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在大脑研究中，感觉反馈错配和预测形成机制不明。研究人员以清醒头固定小鼠为对象，开展听觉 - 触觉刺激序列相关研究。结果发现后顶叶皮层（PPC）神经元能报告刺激序列错配及预期，M2 可调节 PPC 感觉处理。这为理解大脑预测机制提供依据。
大脑是人体最神秘的器官之一，它时刻处理着各种感觉信息，帮助我们感知世界。在这个过程中，大脑会将接收到的感觉反馈刺激与对外部世界的内部预测进行比较，一旦出现偏差，就会产生错配反应，进而更新预期。然而，感觉反馈错配和预测形成背后的机制一直是个谜。为了揭开这一谜团，来自瑞士伯尔尼大学的研究人员 Constanze Raltschev、Sergej Kasavica 等人开展了深入研究，相关成果发表在《Nature Communications》上。
大脑通过预测感觉反馈来适应环境变化，这一过程至关重要。例如，我们看到闪电后会预期雷声的出现，如果没有听到雷声，就会产生惊讶的感觉，这就是预测和实际感觉输入之间的错配。此前，虽然在一些脑区发现了感觉反馈错配反应，但对于如何从感觉序列中形成学习关联，以及这种关联如何影响感觉处理和错配反应的产生，我们知之甚少。
研究人员以清醒头固定的小鼠为实验对象，构建了一种听觉 - 触觉刺激序列，即通过扬声器发出声音，随后用磁线圈使小鼠的胡须产生触觉刺激，让声音能够预测即将到来的胡须刺激。在实验过程中，他们通过改变胡须刺激的强度或省略刺激来引入错配，并利用体内双光子钙成像技术，以单细胞分辨率记录 PPC 第 2/3 层神经元的活动。
研究人员首先创建了感觉刺激序列并观察小鼠的反应。他们依次进行了 “声音”“胡须”“配对”“交错” 等实验环节。在 “声音” 环节，给小鼠呈现不同强度的声音；“胡须” 环节，只给予胡须刺激；“配对” 环节，让声音和胡须刺激相继出现；“交错” 环节，则随机省略 20% 的胡须刺激，形成错配试验。结果发现，PPC 神经元能对刺激序列中的错配做出反应，而且这种错配反应在首次错配试验中就已出现，并且随时间保持稳定。同时，他们还发现错配反应神经元是新招募的细胞群体，并非简单的声音偏移反应神经元。
研究人员猜测，在预测声音窗口中，平均ΔF/F的预刺激增加可能代表着期望的神经关联。为此，他们进行了额外实验。在实验中，先进行一个交错实验，声音后立即给予胡须刺激；接着进行第二个交错实验，在声音和胡须刺激之间引入 1 秒延迟。结果发现，在交错匹配试验中，有延迟时预刺激反应会延长和增强，同时刺激后胡须反应会减少；而在错配试验中，预刺激反应与无延迟时相当。这表明交错匹配反应神经元中的预刺激反应可能是 PPC 中自上而下驱动的期望神经关联。
除了省略胡须刺激，研究人员还想探究 PPC 是否能报告刺激强度的错配。于是他们设计了不同类型的交错实验，分别设置减少和增加胡须刺激强度的错配试验。结果显示，PPC 能够有效报告刺激强度在两个方向上的错配，而且错配反应大于相应的交错匹配反应。并且，不同类型的错配反应由不同的神经元群体编码，这表明存在明显的负向和正向错配神经元。
后顶叶皮层（PPC）与二级运动皮层（M2）等高级皮层区域有紧密连接，M2 可能是驱动预刺激反应的自上而下反馈的来源。为验证这一猜想，研究人员在投射到 PPC 的 M2 神经元中表达抑制性 DREADD hM4Di，通过腹腔注射氯氮平 - N - 氧化物（CNO）抑制这些神经元的活动。结果发现，抑制 M2 反馈会减少参与报告错配的神经元数量，同时抑制群体错配反应和对预测声音的反应，但对单个神经元错配反应的大小没有影响。这说明 M2 可以调节 PPC 的感觉处理，对自上而下的预测和错配反应有重要贡献。
在这项研究中，研究人员主要运用了以下关键技术方法：一是双光子钙成像技术，用于记录 PPC 第 2/3 层神经元的活动；二是使用 DREADD 技术，通过表达抑制性 DREADD hM4Di 来抑制 M2 神经元的活动；三是利用内在光学信号（IOS）成像技术，定位 PPC 区域。
综合上述研究结果，研究人员得出结论：PPC 能够动态地表示感觉序列，其中不同类型的神经元负责报告不同的感觉刺激和错配情况。M2 对 PPC 的感觉处理起到重要的调节作用，它可以驱动不同神经元群体的预刺激反应，从而影响大脑对感觉刺激的预测和错配反应。这一研究成果为我们理解大脑如何处理感觉信息、形成预测以及对偏差做出反应提供了新的视角，有助于深入探索大脑的预测处理机制，在神经科学领域具有重要意义。未来，研究人员可以进一步探究其他脑区在这一过程中的作用，以及这些机制在不同行为和生理状态下的变化，为揭示大脑的奥秘提供更多线索。
