哪怕最小的選擇，也會點亮整個大腦

一項由國際合作團隊創(chuàng)建的新小鼠腦數(shù)據(jù)集顯示，決策過程會調(diào)動整個大腦的神經(jīng)元活動。

“即便是可以說相對簡單的決策，也會招募到非常多的大腦區(qū)域。”加州大學(xué)洛杉磯分校神經(jīng)生物學(xué)教授、國際腦實驗室（International Brain Laboratory，簡稱IBL）創(chuàng)始成員之一安妮·丘奇蘭（Anne Churchland）說。

丘奇蘭指出，傳統(tǒng)的經(jīng)典模型認(rèn)為，基于視覺的決策活動路徑是：從視覺丘腦傳遞到初級視覺皮層及其聯(lián)絡(luò)區(qū)，然后可能到達額葉皮層。但新的研究結(jié)果顯示，“也許大腦中存在更多的并行處理，而不是我們原先以為的那種線性、逐層的電路結(jié)構(gòu)。”

丘奇蘭和其他科學(xué)家在2017年建立了IBL，這源于他們對以往小規(guī)模決策研究的挫折——那些研究往往一次只分析一兩個腦區(qū)。IBL的目標(biāo)是大規(guī)模地研究大腦如何整合信息并做出決策。“我們組成了一個大型團隊，因為大家都意識到，只有集體的努力才能在這個長期困擾我們的研究問題上取得突破。”丘奇蘭說。

經(jīng)過多年努力，IBL團隊在12個實驗室間統(tǒng)一了研究方法與設(shè)備，最終繪制出了小鼠在執(zhí)行決策任務(wù)時的全腦神經(jīng)活動圖譜。該圖譜最近發(fā)表在《自然》[1]期刊上。結(jié)果顯示，與選擇和運動行為相關(guān)的神經(jīng)活動幾乎遍布整個大腦。同一團隊發(fā)表的另一篇同期論文也發(fā)現(xiàn)，基于先驗知識（prior knowledge）的決策過程同樣涉及廣泛的腦區(qū)[2]。

IBL的實驗室通過整合來自139只完成視覺辨別任務(wù)小鼠的Neuropixels神經(jīng)記錄數(shù)據(jù)生成了這幅圖譜。每個實驗室記錄的腦區(qū)不同，但合起來覆蓋了整個大腦。最終的數(shù)據(jù)集跨越了近300個腦區(qū)，包含超過62萬個神經(jīng)元的活動，是目前關(guān)于決策過程最豐富的數(shù)據(jù)集之一。未參與該研究的拉德堡德大學(xué)腦、認(rèn)知與行為教授弗洛里斯·德·蘭赫（Floris de Lange）評價道。

IBL已將該數(shù)據(jù)集公開[3]。德·蘭赫表示，這將讓研究人員“能夠以一種非常簡便而強大的方式來檢驗新的科學(xué)假設(shè)”。

圖片來源：International Brain Laboratory

挑戰(zhàn)傳統(tǒng)觀點

IBL選擇了一種視覺行為任務(wù)——它足夠復(fù)雜，可以揭示決策過程的不同方面，同時又足夠簡單，能夠在不同實驗室中重復(fù)實現(xiàn)。

在實驗中，小鼠會看到一個帶有黑白條紋的圓形圖案出現(xiàn)在屏幕的左側(cè)或右側(cè)，然后它們需要轉(zhuǎn)動一個微小的滾輪，將圓形移到屏幕中央。如果小鼠成功完成任務(wù)，就會獲得一口水；如果失敗，則會聽到白噪聲作為反饋。在此過程中，電極記錄下小鼠從看到視覺提示、作出選擇、轉(zhuǎn)動滾輪，到最終獲得水或噪聲反饋時的大腦活動。

一旦動物看到視覺提示，大腦中一些可預(yù)測的區(qū)域（包括視覺皮層、丘腦和前額葉皮層）就會出現(xiàn)活動。

與選擇相關(guān)的神經(jīng)活動不僅出現(xiàn)在皮層區(qū)域（這與以往研究一致），還出現(xiàn)在下丘腦、后腦和小腦等皮層下區(qū)域。這一發(fā)現(xiàn)挑戰(zhàn)了“只有少數(shù)特定腦區(qū)編碼決策信息”的傳統(tǒng)觀點，支持了“決策相關(guān)信息在大腦中廣泛分布”的新理念。

“令人驚訝的是，幾乎到處都能看到與選擇有關(guān)的神經(jīng)活動。”賓夕法尼亞大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)副研究教授Long Ding說道，他并未參與這項研究。

與運動和反饋相關(guān)的信號也遍布整個大腦：在記錄的腦區(qū)中，有81%包含可以預(yù)測動物滾輪速度的信息；幾乎所有被記錄的腦區(qū)——包括那些與獎勵無直接關(guān)聯(lián)的區(qū)域——都能準(zhǔn)確預(yù)測小鼠是否獲得獎勵，其中丘腦、中腦和后腦的活動最為強烈。

當(dāng)小鼠在實驗中更頻繁地看到圓形出現(xiàn)在屏幕一側(cè)時，它們會逐漸將這種“先驗信息”融入下一次的決策之中。研究團隊在第二項研究中報告，這種信息廣泛分布在大腦的20%至30%區(qū)域中，包括早期視覺通路中的感覺處理區(qū)域，如背外側(cè)膝狀體（dorsal lateral geniculate）。

這些發(fā)現(xiàn)推翻了長期以來的觀點——即“先驗信息”只會在最后一步才被整合到高級皮層或決策區(qū)的過程中。丘奇蘭表示：“新的結(jié)果表明，先驗信息在整個決策過程中都會發(fā)揮作用。”

總體而言，這些研究提示我們，目前關(guān)于決策機制及其控制腦區(qū)的模型可能過于局限，其他尚未探索的腦區(qū)也可能同樣重要。

盡管分析表明，即使在感覺處理的早期階段，大腦的分布式網(wǎng)絡(luò)中也包含與決策相關(guān)的信息，但這并不意味著存在因果關(guān)系。Ding指出，未來的研究需要確定這些信息是如何被實際用于下一次決策或?qū)W習(xí)的。

德·蘭赫指出，這一詳盡的腦圖為后續(xù)實驗奠定了基礎(chǔ)，并可能成為一個“資料庫”，幫助神經(jīng)科學(xué)家在自己的實驗室中驗證結(jié)果。最終，這些研究強調(diào)了大規(guī)模、多實驗室合作的重要性，尤其是在研究大腦活動時。

該國際合作組織如今已擴展至21個實驗與理論神經(jīng)科學(xué)實驗室，并成立了一個名為IBL 2.0的新團隊，計劃與新的合作伙伴共享他們積累的工具與經(jīng)驗。丘奇蘭表示：“我希望我們的研究能說明，當(dāng)更多人聯(lián)合起來時，他們能完成超越單個實驗室能力的工作，并為整個領(lǐng)域帶來關(guān)鍵性的洞見。”

參考文獻

[1] International Brain Laboratory., Angelaki, D., Benson, B. et al. A brain-wide map of neural activity during complex behaviour. Nature 645, 177–191 (2025).

[2] Findling, C., Hubert, F., International Brain Laboratory. et al. Brain-wide representations of prior information in mouse decision-making. Nature 645, 192–200 (2025).

[3] https://viz.internationalbrainlab.org/

作者：Claudia López Lloreda

譯者：EY

原文：https://www.thetransmitter.org/decision-making/everything-everywhere-all-at-once-decision-making-signals-engage-entire-brain/