《Nature》大脑是如何做决定?哈佛大学的科学家们有了新发现

科学家们通过一项让小鼠走迷宫的研究，发现了大脑中的神经元连接是如何影响决策的。这项研究由哈佛医学院的神经科学家领导，标志着首次将结构、功能和行为分析结合起来，以了解选择的神经基础。科学家们通过一项让小鼠走迷宫的研究，发现了大脑中的神经元连接是如何影响决策的。这项研究由哈佛医学院的神经科学家领导，标志着首次将结构、功能和行为分析结合起来，以了解选择的神经基础。

　　

一项对小鼠的研究为我们了解神经元在决策过程中是如何交流的提供了新的思路。

研究人员对脑细胞或神经元在做决定时的相互作用方式，以及这些神经元之间的联系如何加强决定，有了新的见解。

这项研究是由哈佛医学院的神经科学家在小鼠身上进行的，是第一个结合结构、功能和行为分析来探索神经元之间的连接如何支持决策的研究。

研究结果最近发表在《Nature》杂志上。

HMS Blavatnik研究所神经生物学副教授、波士顿儿童医院神经学教授Wei-Chung Allen Lee说:“大脑是如何组织起来帮助做出决定的，这是一个很大的、基本的问题，而神经回路——神经元是如何相互连接的——在大脑中对决策很重要的区域，我们还没有很好地理解。”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共同撰写了这篇论文。

在这项研究中，小鼠被要求在迷宫中选择哪条路来寻找奖励。研究人员发现，小鼠选择向左或向右的决定激活了一系列神经元，最终导致与相反选择相关的神经元受到抑制。

神经元群之间的这些特定连接可能有助于通过关闭替代选择的神经通路来塑造决策。

一个富有成效的合作就此诞生

一次消防演习期间，Harvey和Lee在大楼外的长凳上偶然相遇，这让他们意识到他们的工作是互补的。在那一天，他们达成了合作，推动了这项新工作。

Harvey实验室用小鼠来研究决策的行为和功能方面。典型的实验包括将一只小鼠放在一个虚拟现实迷宫中，并记录下它做决定时的神经活动。这样的实验表明，当动物选择左或右时，不同但混杂的神经元组会被激活。

Lee在神经科学的一个新领域工作，称为连接组学，旨在全面绘制大脑神经元之间的连接图。他说，目标是弄清楚“哪些神经元在相互交流，以及神经元是如何组织成网络的。”

通过结合他们的专业知识，Harvey和Lee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是如何连接的。

选择方向

这项新研究的重点是大脑中一个叫做后顶叶皮层的区域，Lee将其描述为一个“综合中枢”，它接收和处理由多种感官收集的信息，帮助动物做出决定。

“我们感兴趣的是了解神经动力学是如何在这个对导航决策很重要的大脑区域产生的，”Lee说。“我们正在寻找连接的规则——为大脑做出决定时的计算提供基础的简单原则。”

Harvey实验室记录了小鼠在虚拟现实中走T形迷宫时的神经活动。在实验前几秒钟就会有一个提示，告诉小鼠奖励是在t的左臂还是右臂。Lee实验室用强大的显微镜绘制了迷宫任务中记录的相同神经元之间的结构连接图。

通过结合多种模式，研究人员区分了兴奋性神经元(激活其他细胞的神经元)和抑制性神经元(抑制其他细胞的神经元)。他们发现，当小鼠决定向右转时，一组特定的兴奋性神经元被激活，这些“向右转”的神经元激活了一组抑制“向左转”神经元活动的抑制性神经元。当小鼠决定向左拐时，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通过抑制其他选择来帮助稳定这种选择，”Lee说。“这可能是一种帮助动物保持决定并防止‘改变主意’的机制。”

这一发现需要在人类身上得到证实，尽管Lee预计在不同物种之间存在一些守恒。研究人员看到了未来研究的许多方向。其中一个是探索大脑其他区域中参与决策的神经元之间的联系。我们使用这些综合实验技术找到了连接的一个规则，现在我们想找到其他规则，”Lee说。

参考文献:“Synaptic wiring motifs in posterior parietal cortex support decision-making” by Aaron T. Kuan, Giulio Bondanelli, Laura N. Driscoll, Julie Han, Minsu Kim, David G. C. Hildebrand, Brett J. Graham, Daniel E. Wilson, Logan A. Thomas, Stefano Panzeri, Christopher D. Harvey and Wei-Chung Allen Lee, 21 February 2024, Nature.