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顶叶皮层决策信心表征的群体神经元机制:从异质性动态到行为预测
【字体: 大 中 小 】 时间:2025年04月10日 来源:Cell Reports 7.5
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本研究通过大规模神经记录技术,揭示了猕猴顶叶外侧区(LIP)Tin神经元群体在随机点运动决策任务中编码决策信心的新机制。研究发现,尽管Tin神经元平均放电率在决策终止时趋于一致,但其群体异质性动态可预测选择准确性,并重现人类信心行为特征。该工作突破了传统"证据平衡"假说,首次证明证据积累神经元可通过群体响应模式直接表征决策信心,为理解决策-信心-反应时间三要素的神经整合提供了新视角。
在顶叶皮层决策信心的群体表征研究中,科学家们揭示了令人惊奇的神经机制。通过Neuropixels探针记录猕猴LIP区神经元活动,研究团队发现了一个突破传统认知的现象:在随机点运动方向判别任务中,代表证据积累的Tin神经元群体竟能直接编码决策信心。
任务设计与神经记录显示,当猕猴通过眼跳反应报告决策时,Tin神经元表现出典型的证据累积特征。有趣的是,尽管群体平均放电率在决策终止前达到稳定水平,但通过机器学习解码发现,这些神经元在150-50ms窗口期的活动可准确预测选择正确性(AUCconf=0.72)。这一发现直接挑战了长期主导的"证据平衡"假说——传统理论认为信心应取决于获胜与失败证据积累过程的差值。
更引人注目的是,神经解码结果完美复现了人类信心行为的六大特征:正确决策信心高于错误决策;信心随运动强度增加;快速决策伴随更高信心等。这些发现暗示LIP可能通过群体编码同时表征决策三要素:选择、反应时间和信心。
深入分析揭示了Tin神经元的异质性本质。通过k-means聚类,研究者识别出三类功能亚群:集群1神经元编码运动强度信息,集群3追踪决策时间,而集群2则保持稳定活动。正是前两类神经元的协同作用(集群1高活动+集群3低活动)预示着高准确率决策。这种功能分工解释了为何平均活动掩盖了精度信息——正负相关的神经元响应在群体平均时相互抵消。
控制实验证实这种异质性具有任务特异性:在记忆引导眼跳任务中,三类神经元表现相似;而在被动运动观察时,其方向选择性也无显著差异。这强烈暗示该异质性与决策计算本身相关。
研究还发现,信心与选择在神经表征上存在分离:虽然集群2神经元最擅长解码选择方向,但对信心预测贡献最小;而信心解码主要依赖集群1和3。这种双重编码机制使LIP能同时支持即时行为输出和元认知评估。
这项研究革新了对决策神经机制的理解:首先,它证明信心不需要比较对立证据流,可直接从获胜证据积累神经元的群体动态中读取;其次,揭示了LIP通过功能特化的神经元亚群并行处理多维度决策信息;最后,为发展统一解释选择、反应时间和信心的计算模型提供了神经基础。这些发现对理解精神疾病中的元认知障碍和开发脑机接口具有重要启示。
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