《Neuron》一种涉及终止决策的神经机制

　　

在决策过程中，人类的大脑基本上是在积累有用的信息，权衡各种选择，直到有足够的证据来做出选择。过去的研究表明，与选择相关的证据是在大脑外层的特定部分(即皮层)积累起来的，但人们对最终“选择”决策的神经机制仍知之甚少。

哥伦比亚大学的研究人员进行了一项旨在更好地理解这些神经机制的研究。他们的论文发表在《Neuron》杂志上，强调了中脑结构上丘(SC)在终止决策中的作用。

“这项工作是几十年来对决策的神经生物学研究的高潮，”进行这项研究的研究人员之一Michael N. Shadlen说。

这句话有点欺骗性，因为重点不是做出好与坏的决定，而是大脑如何产生一个想法，或者至少我是这样想的。因为决策涉及到信息和时间使用中的偶然性、不确定性和灵活性，所以它在各个连接点上雕刻着思想或认知。我把后者称为脱离即时性的自由，这与我们手头的研究相关。”

研究一致表明，当人类和非人类灵长类动物试图决定某事时，他们会思考一段时间，依次考虑现有的证据，直到他们准备好做出选择。

Shadlen的工作特别关注于感性决策，或者换句话说，由感官信息引导的决策。例如，在恶劣的天气条件下驾驶时，如果障碍物突然出现，决定该怎么做。

在这种类型的决策过程中，大脑会积累与你试图做出的选择相关的感官证据。一旦这些积累起来，证据就会超过一个阈值(即当大脑收集到足够的信息来选择一个特定的行动方案时)，积累就会停止，大脑就会“投入”一个给定的选择。

Shadlen解释说:“我们已经知道，在我们研究的任务中，噪声信息的积累是由顶叶侧顶叶内皮层(LIP区)的神经元代表的，顶叶是大脑负责认知的一部分。当LIP的神经信号强度达到一个阈值水平时，这个决定会在十分之一秒后结束。到目前为止，我们还不知道这个门槛是如何实施的，以终止这一决定。”

Shadlen和他的同事们研究的总体目标是描述在决策过程中与LIP相互作用的广泛的相互连接的大脑区域。研究人员首先开始观察SC，这是LIP直接投射信息的关键区域之一。

为此，他们进行了一系列实验，让两只猴子完成一项简单的感知决策任务。在这个实验中，猴子们通过朝自己选择的方向移动眼睛来决定屏幕上小点的移动方向。

Shadlen说:“我们的策略是同时记录两个区域的神经元，它们代表相同的选择目标，也就是说，猴子会看到的目标告诉我们运动的方向是向左的。最近开发的猕猴神经像素探针使这项努力变得可行，这项新技术允许我们记录两个区域的100多个神经元，几乎可以保证我们在两个区域都有代表相同答案的种群。”

研究人员使用的记录技术允许他们测量伴随个人决定的神经信号。这意味着他们不需要像其他技术那样，通过计算在重复决策过程中观察到的信号的平均值来计算单个信号。

Shadlen说:“平均法消除了信号的可变性，而正是这种可变性导致了选择的可变性和做出选择所花费的时间。通过同时记录许多神经元，我们可以看到LIP中产生每种选择的可变信号，以及SC中发现的爆发式活动。这些爆发在随机时间发生，所以平均，简而言之，就是将它们平均掉。”

有趣的是，Shadlen和他的同事在猴子的SC中观察到活动的爆发，这与他们在积累决策相关信息时在LIP中记录的信号特征有关。

基于这些观察，他们假设一旦收集到的证据超过阈值点，最高法院最终负责“终止”决定。在他们的论文中，他们认为这个大脑区域也有某种“阈值”，一旦通过，就会引发最后的活动爆发，促使猴子通过向选定的方向移动眼睛来传达其最终决定。

“我们的同步记录表明，SC执行了终止决策的阈值，”进行这项研究的另一位研究人员Gabriel Stine解释说。“如果是这样，我们推断，在猴子做决定时停用SC会损害这种阈值机制。值得注意的是，这正是我们发现的:SC失活后，猴子变得更加审慎。”

从本质上讲，研究人员观察到，当SC被抑制时，猴子在感知决策任务中需要更长的时间才能做出决定。他们的大脑似乎比在正常情况下(即SC保持活跃)积累了更多与选择相关的证据。

Shadlen说:“我们不知道宏观回路(由几个大脑区域组成的回路)中的节点是如何相互作用的。”

一种流行的观点是，它们分配了计算，这种观点得到了只观察重复平均值的实验的支持。我们提供了一个明显的不同操作的例子。”

此外，LIP中的信号是难以捉摸的漂移扩散信号，人们一直认为它可以解释选择和响应时间的变化，以及决策速度和准确性之间的权衡。几年前这似乎是有争议的，但现在应该已经解决了。”

这组研究人员最近的发现强调了SC在终止感性决策过程中的关键作用。具体来说，他们的观察表明，LIP中“嘈杂”(即随机波动)感觉信息的积累并不取决于SC。相反，SC似乎负责终止这种积累过程。

Shadlen补充说:“我们想知道SC是否在终止秘密终止的决定中起作用，而这些决定是在没有行动的情况下秘密终止的，我们现在正在测试这一点，作为我们下一步研究的一部分。此外，我们很快计划在宏观电路中同时记录更多节点。”