Nature：科学家揭示大脑是如何制定决策的？

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Nature：科学家揭示大脑是如何制定决策的？
9 N) z- g% S/ J; `+ [( U来源：生物谷原创 2024-02-25 11:27
: ]- k& a) F2 D* N来自耶鲁大学医学院等机构的科学家们通过研究揭示了大脑中的神经元是如何在个体做决定时相互交流沟通的，以及神经元之间的关联是如何帮助强化这一选择的。* q# }. O8 j  n; d- A5 @
后顶叶皮层（posterior parietal cortex）能在知觉决策制定任务重表现出选择的选择性活动，然而，目前研究人员并不清楚这些选择性活动是如何从潜在的突触连接性中所产生的。近日，一篇发表在国际杂志Nature上题为“Synaptic wiring motifs in posterior parietal cortex support decision-making”的研究报告中，来自耶鲁大学医学院等机构的科学家们通过研究揭示了大脑中的神经元是如何在个体做决定时相互交流沟通的，以及神经元之间的关联是如何帮助强化这一选择的。研究人员通过对小鼠进行研究首次结合结构、功能和行为分析来探索神经元之间的关联是如何支持机体决定制定的。5 H  o; Q  t" W4 D- w: P
研究者Wei-Chung Allen Lee教授表示，大脑是如何组织起来帮助制定决策的是一个重大的基本问题，而大脑区域中的神经回路（神经元之间彼此相互连接的模式）对于决策制定非常重要，目前我们并没有对其进行很好地理解。这项研究中，研究人员让小鼠在迷宫中选择路径来寻求奖励，他们发现，小鼠进行向左或向右的决策或能激活其大脑中一系列的神经元，从而最终导致与相反选择相关的神经元会被抑制。研究者指出，神经元群体之间的特定连接或许能通过关闭替代选择的神经通路来塑造决策。- V, G, y1 w4 n% `
研究者Harvey利用小鼠来研究决策制定的行为和功能，其所开展的典型实验包括将小鼠置于一种虚拟现实的迷宫中，并记录其在指定决策时的神经活动，实验结果表明，当小鼠选择向左或向右时，其大脑中不同的混杂神经元组会被激活；研究者Lee从事的是连接组学（connectomics）研究，只在全面绘制出大脑中神经元之间的连接图谱，他表示，我们的目标就是搞清楚哪些神经元彼此之间会相互交流，以及神经元是如何被组装形成网络的。, c2 H  ], `& p5 F/ P9 V6 D
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科学家揭示大脑是如何制定决策的？, v8 f" D5 y/ f6 k
图片来源：Nature (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07088-7
% p: A  |3 g. C9 L9 g3 m+ x7 f+ }4 F通过结合相关专业知识，研究人员联合研究深入分析了参与决策制定的不同类型的神经元以及这些神经元是如何进行连接的。这项最新研究重点关注了大脑中称之为后顶叶皮层的区域，研究者Lee将其描述为“综合中心”（integrative hub），其能接受并加工由多种感知所收集的信息，并帮助动物制定决策。目前研究人员非常感兴趣理解神经动力学是如何在对导航决策制定过程非常重要的大脑区域中产生的，而目前他们正在寻找连接的规则，即在做出决策时为大脑计算提供基础的简单原则。
1 ?% b8 ^; d) [9 S& U研究者Harvey的实验室记录了小鼠在虚拟现实中走T型迷宫时的神经活动，在实验开始前几秒钟会出现一个提示，告诉小鼠奖励是在T型迷宫的左侧或右侧；研究者Lee利用强大的显微镜来观察并绘制出了在迷宫任务中所记录的小鼠大脑中相同神经元之间的结构连接图。通过结合多种模式，研究人员就能区分兴奋性神经元和抑制性神经元，他们发现，当小鼠决定向右走时，其大脑中一组特定的兴奋性神经元就会被激活，而且这些“向右走”神经元还会激活一组抑制“向左走”神经元活性的抑制性神经元；而当小鼠决定向左走时，所表现出的情况则刚好相反。
- R. D  q" \( A3 I: r' k% F( ]0 m研究者Lee说道，当动物表达出一种选择时，其神经回路的连接可能会通过抑制其它选择从而稳定这种选择，这或许是一种能帮助动物维持决策并防止其“改变主意”的分子机制；这一研究发现或许还需要在人类中证实，尽管研究者Lee预测者在不同物种之间或存在一些守恒机制。目前研究人员看到了未来研究的很多方向，其中一种就是探索其它大脑区域中参与决策制定的神经元之间的相互交流过程；目前研究人员能利用实验性的技术来找到一种连接规则，而且他们还想找到其它的规则。$ l' T7 q0 w" V  Y
综上，本文研究结果为揭示大脑皮层回路中的突触连接支持学习决策制定任务的机制提供了一定的证据。（生物谷Bioon.com）
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Kuan, A.T., Bondanelli, G., Driscoll, L.N. et al. Synaptic wiring motifs in posterior parietal cortex support decision-making. Nature (2024). doi：10.1038/s41586-024-07088-7' f4 Y6 q% j/ l) M% a) z( I

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