近日，国际脑研究所汇聚了来自世界各地的12个领先的神经科学研究团队，在《自然》杂志上发表了突破性的研究成果。他们创建了第一个高分辨率神经活动图，覆盖整个小鼠大脑并执行整个决策过程。这项合作研究，在多个国家和地区实现了多领域、多地区、多领域的研究，不单独对大脑决策进行重新理解，并扩大了国际大脑研究和研究的新范式“调查科学血统”。
谈到一般认知，人们习惯于将大脑想象成一台复杂的机器，其中大脑的不同区域执行不同的功能，例如视觉皮层负责“看”，运动皮层负责“移动”，前额皮层负责“思考”。 De hecho，真实大脑的操作过程可以就像一座24小时营业的超级城市，信息在数百个功能区域和数万个神经元之间流动和动态集成。要破译决策背后的神经密码，您只需观察大脑的一两个区域即可一睹其风采。当前技术的局限性使得研究人员很难同时记录同一受试者整个大脑的神经活动，并且不同的数据标准使得跨实验室的研究难以整合。
国际大脑研究所的这项研究着眼于这一困境。他们建立了高度标准化的实验范式。在世界各地的 12 个实验室中，研究人员使用相同的设备、训练程序和行为任务来迫使小鼠做出看似简单的视觉决策。当屏幕左侧或右侧出现图案提示时，小鼠旋转转盘将图案移动到屏幕中央，从而获得一杯饮料“报酬。”这个看似简单的任务涉及感知、决策、行动和反馈等认知环节。
为了捕捉整个大脑的神经元反应，研究人员在 139 只小鼠的大脑中插入了总共 699 个电极，覆盖了 279 个解剖学定义的大脑区域，并记录了大约 622,000 个神经元的放电活动。所有数据通过统一的分析过程进行整合，最终创建动态的、全景的“全脑神经活动图”。这不是单个动物的“实时全脑视频”，而是使用标准化实验和大规模数据融合的全脑视频。指出这是具有统计意义的决策图像。这相当于用数千万张航拍照片合成了一个城市不同时间的光热图。
研究表明，当老鼠执行一项任务时，它们的大脑并不是依次激活“指挥中心”，而是而是一起激活，让“整个城市都亮起来”。视觉刺激首先在经典视觉通路中引起局部“光发射”，随后信号迅速传播到整个大脑。与运动准备、执行、奖励预期等相关的信号。它们在皮层和皮层下区域相继发生。尤其重要的是，决定“右或左”的神经编码并不局限于前额叶皮层等高级大脑区域，而是几乎同时出现在多个大脑区域。这表明大脑的决策需要多个神经节点在毫秒级的“时间窗口”内相互作用和加权整合，共同塑造行为结果。当“奖励”到来时，实验小鼠在整个大脑中表现出广泛的同步节律活动，展示了神经系统的功能。高度协同。
这个d这一发现对脑科学的发展具有深远的影响。这意味着多个大脑区域中大量相互连接的神经元可以在动态的“分散式”全脑协作中实现高级认知功能，例如决策。这也提醒人们，许多神经精神疾病（如抑郁症、精神分裂症）并不是单一脑区的变化引起的，而可能是大规模神经网络协调不平衡的结果。未来的治疗策略可能从“定点修复”转向“网络控制”，通过对关键节点的精准干预，恢复整体功能的动态平衡。
然而，当前的图谱主要揭示神经活动和行为之间的相关性。为了建立因果关系，需要结合光遗传学和化学遗传学等干预技术来进一步检查每个神经回路在网络化决策中的作用。系统。同时，本实验中的动物保持头部固定的位置。未来一个重要的问题将是如何在实验对象自由移动的场景中进行全脑记录。进一步，我们可以将这种神经活动的“光图”作为神经连接的“线路图”。通过研究对这些结果进行确认、叠加、相互整合，将有可能构建多维的全景神经图，实现真正的“大脑的数字孪生”。
值得一提的是，本研究的组成也表现出高度的协同作用。这12个实验室就像大脑的不同区域，在统一的标准下协同工作，共享数据，最终取得远远超出任何单个团队能力的科学进步。通过这种“分布式科研网络”模式，世界各地的研究人员将描绘出越来越美好的图景，协同探索深层次的问题。脑功能机制，并促进类脑智能、脑机接口和神经精神疾病治疗的持续进步。
（作者为中国科学技术大学生命科学学院教授）
《人民日报》（2025年12月1日，第15页）
（岳宏斌、牛勇主编）
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