一項(xiàng)由國(guó)際合作團(tuán)隊(duì)創(chuàng)建的新小鼠腦數(shù)據(jù)集顯示，決策過(guò)程會(huì)調(diào)動(dòng)整個(gè)大腦的神經(jīng)元活動(dòng)。

“即便是可以說(shuō)相對(duì)簡(jiǎn)單的決策，也會(huì)招募到非常多的大腦區(qū)域�！奔又荽髮W(xué)洛杉磯分校神經(jīng)生物學(xué)教授、國(guó)際腦實(shí)驗(yàn)室（International Brain Laboratory，簡(jiǎn)稱IBL）創(chuàng)始成員之一安妮·丘奇蘭（Anne Churchland）說(shuō)。

丘奇蘭指出，傳統(tǒng)的經(jīng)典模型認(rèn)為，基于視覺(jué)的決策活動(dòng)路徑是：從視覺(jué)丘腦傳遞到初級(jí)視覺(jué)皮層及其聯(lián)絡(luò)區(qū)，然后可能到達(dá)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?cè)纫詾榈哪欠N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(duì)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(gè)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(gè)大型團(tuán)隊(duì)，因?yàn)榇蠹叶家庾R(shí)到，只有集體的努力才能在這個(gè)長(zhǎng)期困擾我們的研究問(wèn)題上取得突破�！鼻鹌嫣m說(shuō)。

經(jīng)過(guò)多年努力，IBL團(tuán)隊(duì)在12個(gè)實(shí)驗(yàn)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(shí)的全腦神經(jīng)活動(dòng)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(yùn)動(dòng)行為相關(guān)的神經(jīng)活動(dòng)幾乎遍布整個(gè)大腦。同一團(tuán)隊(duì)發(fā)表的另一篇同期論文也發(fā)現(xiàn)，基于先驗(yàn)知識(shí)（prior knowledge）的決策過(guò)程同樣涉及廣泛的腦區(qū)[2]。

IBL的實(shí)驗(yàn)室通過(guò)整合來(lái)自139只完成視覺(jué)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(gè)實(shí)驗(yàn)室記錄的腦區(qū)不同，但合起來(lái)覆蓋了整個(gè)大腦。最終的數(shù)據(jù)集跨越了近300個(gè)腦區(qū)，包含超過(guò)62萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元的活動(dòng)，是目前關(guān)于決策過(guò)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(píng)價(jià)道。

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

圖片來(lái)源：International Brain Laboratory

挑戰(zhàn)傳統(tǒng)觀點(diǎn)

IBL選擇了一種視覺(jué)行為任務(wù)——它足夠復(fù)雜，可以揭示決策過(guò)程的不同方面，同時(shí)又足夠簡(jiǎn)單，能夠在不同實(shí)驗(yàn)室中重復(fù)實(shí)現(xiàn)。

在實(shí)驗(yàn)中，小鼠會(huì)看到一個(gè)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(dòng)一個(gè)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(huì)獲得一口水；如果失敗，則會(huì)聽(tīng)到白噪聲作為反饋。在此過(guò)程中，電極記錄下小鼠從看到視覺(jué)提示、作出選擇、轉(zhuǎn)動(dòng)滾輪，到最終獲得水或噪聲反饋時(shí)的大腦活動(dòng)。

一旦動(dòng)物看到視覺(jué)提示，大腦中一些可預(yù)測(cè)的區(qū)域（包括視覺(jué)皮層、丘腦和前額葉皮層）就會(huì)出現(xiàn)活動(dòng)。

與選擇相關(guān)的神經(jīng)活動(dòng)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(diǎn)，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(dòng)。”賓夕法尼亞大學(xué)的神經(jīng)科學(xué)副研究教授Long Ding說(shuō)道，他并未參與這項(xiàng)研究。

與運(yùn)動(dòng)和反饋相關(guān)的信號(hào)也遍布整個(gè)大腦：在記錄的腦區(qū)中，有81%包含可以預(yù)測(cè)動(dòng)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(jiǎng)勵(lì)無(wú)直接關(guān)聯(lián)的區(qū)域——都能準(zhǔn)確預(yù)測(cè)小鼠是否獲得獎(jiǎng)勵(lì)，其中丘腦、中腦和后腦的活動(dòng)最為強(qiáng)烈。

當(dāng)小鼠在實(shí)驗(yàn)中更頻繁地看到圓形出現(xiàn)在屏幕一側(cè)時(shí)，它們會(huì)逐漸將這種“先驗(yàn)信息”融入下一次的決策之中。研究團(tuán)隊(duì)在第二項(xiàng)研究中報(bào)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(jué)通路中的感覺(jué)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(zhǎng)期以來(lái)的觀點(diǎn)——即“先驗(yàn)信息”只會(huì)在最后一步才被整合到高級(jí)皮層或決策區(qū)的過(guò)程中。丘奇蘭表示：“新的結(jié)果表明，先驗(yàn)信息在整個(gè)決策過(guò)程中都會(huì)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(jī)制及其控制腦區(qū)的模型可能過(guò)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(jué)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(lái)的研究需要確定這些信息是如何被實(shí)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(shí)驗(yàn)奠定了基礎(chǔ)，并可能成為一個(gè)“資料庫(kù)”，幫助神經(jīng)科學(xué)家在自己的實(shí)驗(yàn)室中驗(yàn)證結(jié)果。最終，這些研究強(qiáng)調(diào)了大規(guī)模、多實(shí)驗(yàn)室合作的重要性，尤其是在研究大腦活動(dòng)時(shí)。

該國(guó)際合作組織如今已擴(kuò)展至21個(gè)實(shí)驗(yàn)與理論神經(jīng)科學(xué)實(shí)驗(yàn)室，并成立了一個(gè)名為IBL 2.0的新團(tuán)隊(duì)，計(jì)劃與新的合作伙伴共享他們積累的工具與經(jīng)驗(yàn)。丘奇蘭表示：“我希望我們的研究能說(shuō)明，當(dāng)更多人聯(lián)合起來(lái)時(shí)，他們能完成超越單個(gè)實(shí)驗(yàn)室能力的工作，并為整個(gè)領(lǐng)域帶來(lái)關(guān)鍵性的洞見(jiàn)�！�

參考文獻(xiàn)

[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/