Science重磅發布全球首張大腦圖譜，揭秘決策背后的大腦活動情況

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早上好，我是腦叔，一個愛聊腦的家伙。

想象一下：當你手握方向盤，在陌生路口猶豫不決。導航延遲，路牌模糊，你必須快速決定左轉還是直行——這一刻，你的大腦內部正上演著一場怎么樣的劇情？

過去，科學家們認為這類決策僅由大腦中少數“高級部門”（如前額葉）處理。但一項剛剛發表于《自然》雜志的突破性研究，徹底顛覆了這一認知。通過繪制全球首張“全腦決策圖譜”，這個跨國科學家團隊發現：當我們做出選擇時，幾乎整個大腦都在參與這場“集體決策”。

這項歷時七年、由22個實驗室共同完成的研究，對139只小鼠的大腦279個區域中超過60萬個神經元進行了監測，覆蓋了大腦95%的區域。這張圖譜首次提供了決策時整個大腦活動情況的完整圖像。

圖像中的每個彩色點代表在決策過程中放電的神經元。

為了構建這張圖譜，研究人員首先創建了一個可在各實驗室共享的標準程序，然后在小鼠對視覺提示做出反應時追蹤其神經活動，并整合了每個實驗室收集的所有數據。

“他們創建了迄今為止規模最大的數據集，這超出了任何人的想象，”紐約大學格羅斯曼醫學院神經科學與生理學系主任、神經科學研究所所長Paul W. Glimcher博士如此評價這項研究，在神經科學領域，“這將被載入史冊，成為一個重大事件?！?/p>

先前的研究表明，在決策過程中，只有大腦的某些部分（主要是與感覺輸入和認知相關的區域）會有小簇神經元放電。但新圖譜揭示，神經活動要廣泛得多，在決策的不同階段，電信號幾乎遍及小鼠的整個大腦。

從單個神經元到同時觀察數千個

幾十年來，科學家們一直通過使用記錄單個神經元電脈沖的電極來研究執行特定任務時的大腦活動。但一次記錄一個神經元既困難又緩慢；數月的工作只能獲得大約100個神經元的結果，使得該技術最適合研究高度特定的大腦區域。

在過去的十年中，隨著名為神經像素（Neuropixels）的數字神經探針的發展，神經科學取得了巨大飛躍，這種探針可以同時監測數千個神經元。這些靈敏的電極是創建新圖譜的重要工具。

“我們從觀察一個區域僅僅幾百個神經元，擴展到觀察所有大腦區域的60萬個神經元，”Pouget說。

為了構建這張圖譜，研究團隊設計了一個精巧的實驗：小鼠戴著電極頭盔，同時轉動一個微型方向盤來控制屏幕上黑白條紋圓圈的移動。圓圈會短暫地出現在屏幕的左側或右側，成功將圓圈轉向中心的小鼠會獲得糖水作為獎勵。當小鼠對所見之物做出反應時，神經像素探針記錄了它們大腦中的電信號。

根據該圖譜，活動首先在大腦后部處理視覺輸入的區域激增。然后活動擴散到整個大腦，隨著小鼠的決定最終轉化為行動，控制運動的區域也活躍起來。當小鼠獲得含糖獎勵時，廣泛的大腦活動隨之而來。

“不僅僅是少數幾個區域參與其中，而是一個非常大的區域網絡協同工作，”Pouget說。研究的作者們報告稱，了解大腦有多少部分參與決策將有助于研究人員對復雜行為進行更有針對性的研究。

研究人員還給小鼠增加了一項額外挑戰。有時圓圈很模糊，或者幾乎看不見。為了決定向哪個方向轉動方向盤才能獲得獎勵，小鼠必須回憶它在先前嘗試中看到的情況。

“這叫做先驗知識（prior knowledge），”Pouget說?！澳阕龀龅拿恳粋€決定都是這樣完成的?！?/p>

神經科學家先前假設，大腦在決策早期就會調用先驗知識，“這樣一旦你開始處理感覺刺激，你就是在你所預期的背景下進行的，”Pouget說。他指出，大腦圖譜證明這一預測是正確的。

“大腦的斯隆數字巡天”

Glimcher說，正如其他學科的大規模國際合作改變了科學進行的方式一樣，這項產生大腦活動圖譜的工作的規模，對神經科學來說也是一個改變游戲規則的事件。

“傳統上，生物科學一直是逐個實驗室進行的科學，”他說，這與物理和天文學中經常發生的多實驗室合作不同。一個著名的例子是斯隆數字巡天（Sloan Digital Sky Survey），它涉及數百名天體物理學家和天文學家，制作了有史以來最詳細的宇宙三維地圖，涵蓋了超過三分之一的夜空。

“斯隆數字巡天徹底改變了我們收集天文數據并在天體物理學家之間分發的方式，”Glimcher說。大腦圖譜背后研究機構——國際腦實驗室（International Brain Laboratory, IBL）的愿景是“為大腦構建一個斯隆數字巡天”。

IBL聯合創始人Pouget補充說，理想情況下，這張圖譜將是神經科學家之間許多大規模合作中的第一個：“我們真誠地希望這將激勵其他團隊開始采用這種方法工作?！?/p>

原文作者：Mindy Weisberger

原文參考：https://www.cnn.com/2025/09/09/science/brain-map-decision-making

聲明：本文版權屬于原作者，僅用于學術交流

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