科技日報記者 張夢然

通過一項大規(guī)模全球合作，國際腦實驗室的神經(jīng)科學家團隊在最新一期《自然》雜志上發(fā)布了首張完整的動物大腦活動圖譜，其涵蓋了小鼠在決策過程中全腦神經(jīng)活動的精細動態(tài)。這項研究標志著神經(jīng)科學領(lǐng)域取得了一次重大突破，其規(guī)模之大前所未有，覆蓋了279個腦區(qū)，占全腦體積的95%以上，記錄神經(jīng)元總數(shù)超過50萬個。這張全腦活動圖開啟了理解大腦整體功能的新紀元。

該圖譜依托國際腦實驗室于2017年建立的新型協(xié)作模式，由來自歐洲和美國12個頂尖實驗室的科學家共同完成。這一協(xié)作模式強調(diào)標準化實驗流程、統(tǒng)一的數(shù)據(jù)采集工具和共享的數(shù)據(jù)處理管道，極大提升了研究的可重復(fù)性。團隊使用先進的電極探針，在小鼠執(zhí)行視覺決策任務(wù)時同步記錄全腦神經(jīng)活動。實驗中，小鼠需根據(jù)屏幕上左右閃爍的光信號轉(zhuǎn)動輪子以獲取獎勵，而在光線微弱的試驗中，它們必須依賴以往經(jīng)驗進行推測。

研究發(fā)現(xiàn)，與決策相關(guān)的神經(jīng)活動遍布全腦，不僅出現(xiàn)在運動和認知區(qū)域，也廣泛存在于感覺處理區(qū)。這表明大腦各區(qū)域之間存在持續(xù)而緊密的交流，而非孤立運作。更令人驚訝的是，個體基于過往經(jīng)歷形成的預(yù)測——先驗期望，同樣在全腦范圍內(nèi)被編碼，甚至在丘腦等早期感覺中繼區(qū)域也能檢測到。這一結(jié)果支持了“大腦是預(yù)測機器”的理論，說明期望在引導行為中起著核心作用，影響從感知到動作的全過程。

這一成果不僅深化了對決策神經(jīng)機制的理解，也為研究精神分裂癥、自閉癥等與預(yù)期處理異常相關(guān)的神經(jīng)精神疾病提供了新線索。團隊成員強調(diào)，這項工作代表了從傳統(tǒng)單點研究向全腦系統(tǒng)視角研究的范式轉(zhuǎn)變。

多位核心成員指出，如此大規(guī)模的項目單靠一個實驗室無法完成，唯有通過全球緊密協(xié)作才得以實現(xiàn)。目前，國際腦實驗室已公開共享其工具、數(shù)據(jù)和平臺，未來，團隊計劃拓展研究范圍，探索更多神經(jīng)科學問題，并歡迎全球研究者加入這一協(xié)作網(wǎng)絡(luò)。

總編輯圈點

這是一項單個課題組無法完成的研究。通過全球合作，科研人員首次繪制出了小鼠全腦神經(jīng)活動圖譜。它以極高的分辨度，觀察了小鼠大腦在做決策時279個腦區(qū)的神經(jīng)元活動。此前，對大腦的研究通常聚焦一個或幾個特定腦區(qū)，這次的完整圖譜，可以幫助人類更好地從整體上理解大腦功能。研究發(fā)現(xiàn)，大腦各個腦區(qū)一直在緊密溝通，而“先驗期望”似乎是一個影響大腦運作的關(guān)鍵因素。這提示我們，一些神經(jīng)系統(tǒng)疾病，有可能和處理預(yù)期功能異常相關(guān)。