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建的新小鼠腦數據集顯示，決策過程會調動整個大腦的神經元活動。

“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域。”加州大學洛杉磯分校神經生物學教授、國際腦實驗室（International Brain Laboratory，簡稱IBL）創始成員之一安妮·丘奇蘭（Anne Churchland）說。

丘奇蘭指出，傳統的經典模型認為，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絡區，然后可能到達額葉皮層。但新的研究結果顯示，“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、逐層的電路結構。”

丘奇蘭和其他科學家在2017年建立了IBL，這源于他們對以往小規模決策研究的挫折——那些研究往往一次只分析一兩個腦區。IBL的目標是大規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。

經過多年努力，IBL團隊在12個實驗室間統一了研究方法與設備，最終繪制出了小鼠在執行決策任務時的全腦神經活動圖譜。該圖譜最近發表在《自然》[1]期刊上。結果顯示，與選擇和運動行為相關的神經活動幾乎遍布整個大腦。同一團隊發表的另一篇同期論文也發現，基于先驗知識（prior knowledge）的決策過程同樣涉及廣泛的腦區[2]。

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

IBL已將該數據集公開[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假設”。

圖片來源：International Brain Laboratory

挑戰傳統觀點

IBL選擇了一種視覺行為任務——它足夠復雜，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實現。

在實驗中，小鼠會看到一個帶有黑白條紋的圓形圖案出現在屏幕的左側或右側，然后它們需要轉動一個微小的滾輪，將圓形移到屏幕中央。如果小鼠成功完成任務，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，大腦中一些可預測的區域（包括視覺皮層、丘腦和前額葉皮層）就會出現活動。

與選擇相關的神經活動不僅出現在皮層區域（這與以往研究一致），還出現在下丘腦、后腦和小腦等皮層下區域。這一發現挑戰了“只有少數特定腦區編碼決策信息”的傳統觀點，支持了“決策相關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的神經活動。”賓夕法尼亞大學的神經科學副研究教授Long Ding說道，他并未參與這項研究。

與運動和反饋相關的信號也遍布整個大腦：在記錄的腦區中，有81%包含可以預測動物滾輪速度的信息；幾乎所有被記錄的腦區——包括那些與獎勵無直接關聯的區域——都能準確預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。

當小鼠在實驗中更頻繁地看到圓形出現在屏幕一側時，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%區域中，包括早期視覺通路中的感覺處理區域，如背外側膝狀體（dorsal lateral geniculate）。

這些發現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的過程中。丘奇蘭表示：“新的結果表明，先驗信息在整個決策過程中都會發揮作用。”

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

盡管分析表明，即使在感覺處理的早期階段，大腦的分布式網絡中也包含與決策相關的信息，但這并不意味著存在因果關系。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學習的。

德·蘭赫指出，這一詳盡的腦圖為后續實驗奠定了基礎，并可能成為一個“資料庫”，幫助神經科學家在自己的實驗室中驗證結果。最終，這些研究強調了大規模、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個實驗與理論神經科學實驗室，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驗。丘奇蘭表示：“我希望我們的研究能說明，當更多人聯合起來時，他們能完成超越單個實驗室能力的工作，并為整個領域帶來關鍵性的洞見。”

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/