大脑如何做出决定

科学家们对大脑神经元在决策过程中如何沟通，以及神经元之间的连接如何帮助强化选择有了新的见解。

这项研究由哈佛医学院的神经科学家领导，在小鼠身上进行，是第一个将结构、功能和行为分析结合起来的研究，以探索神经元与神经元之间的连接如何支持决策。

研究结果发表于 2 月 21 日《自然》杂志上。

“大脑如何组织来帮助做出决策是一个重大而基本的问题，而对于决策重要的大脑区域中的神经回路——神经元如何相互连接——尚不清楚，”魏说。 Chung Allen Lee，HMS 布拉瓦尼克研究所神经生物学副教授，波士顿儿童医院神经病学教授。Lee 与HMS 神经生物学教授Christopher Harvey和汉堡-埃彭多夫大学医学中心教授 Stefano Panzeri是这篇论文的共同高级作者。

在这项研究中，老鼠的任务是选择在迷宫中走哪条路来寻找奖励。研究人员发现，小鼠向左或向右的决定会激活连续的神经元组，最终抑制与相反选择相关的神经元。

李说，神经元组之间的这些特定连接可能会通过关闭替代选择的神经通路来帮助制定决策。

富有成果的合作诞生了

一次消防演习期间，哈维和李在大楼外的长凳上偶然相遇，这让哈维和李意识到他们工作的互补性。那天，他们达成了合作，推动了新作品的发展。

哈维实验室使用小鼠来研究决策的行为和功能方面。典型的实验包括将小鼠放入虚拟现实迷宫中并记录其做出决策时的神经活动。这些实验表明，当动物选择左或右时，不同但混合的神经元组会放电。

李从事神经科学新领域的研究，称为连接组学，旨在全面绘制大脑神经元之间的连接图谱。他说，目标是弄清楚“哪些神经元正在相互交谈，以及神经元如何组织成网络”。

通过结合他们的专业知识，哈维和李能够更深入地研究参与决策的不同类型的神经元以及这些神经元如何连接。

选择方向

这项新研究的重点是大脑中被称为后顶叶皮层的区域——李将其描述为“综合枢纽”，它接收和处理多种感官收集的信息，以帮助动物做出决策。

“我们有兴趣了解神经动力学如何在这个对于导航决策非常重要的大脑区域中产生，”李说。“我们正在寻找连接规则——为大脑做出决策时的计算提供基础的简单原则。”

哈维实验室记录了小鼠在虚拟现实中跑过 T 形迷宫时的神经活动。提前几秒钟发生的提示向小鼠表明奖励是否在 T 的左臂或右臂。李实验室使用强大的显微镜来绘制迷宫任务中记录的相同神经元之间的结构连接。

通过结合多种方式，研究人员将兴奋性神经元(激活其他细胞的神经元)与抑制性神经元(抑制其他细胞)区分开来。他们发现，当小鼠决定右转时，一组特定的兴奋性神经元会被激发，而这些“右转”神经元会激活一组抑制性神经元，从而抑制“左转”神经元的活动。当老鼠决定向左转时，情况正好相反。

“当动物表达一种选择时，神经元回路的连接可能会通过抑制其他选择来帮助稳定这种选择，”李说。“这可能是一种帮助动物维持决定并防止&luo;改变想法&ruo;的机制。”

尽管李预计跨物种存在一定的保护性，但这些发现需要在人类身上得到证实。

研究人员看到了未来研究的许多方向。一是探索参与其他大脑区域决策的神经元之间的联系。

我们使用这些组合实验技术来找到一种连接规则，现在我们想找到其他连接规则，”李说。

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