灵长类尾状核在多模态决策中的独特神经群体编码与因果作用机制解析

为解决分布式决策网络中功能冗余性与特异性争议，中国科学院团队通过灵长类视-前庭多模态决策范式，揭示尾状核(CN)在模态维度上呈现与联合皮层(FEF/LIP)截然不同的神经轨迹特征。结合GABAA 受体激动剂、D1受体拮抗剂干预和微电刺激技术，证实CN通过前庭优势编码策略和早期决策终止机制对复杂环境感知具有不可替代的因果贡献，为理解基底节在高级认知中的特异性功能提供新证据。该成果发表于《Nature Communications》。

　　

在认知神经科学领域，一个长期存在的核心争议是：大脑分布式网络中各节点究竟是完全冗余的备份系统，还是各司其职的功能模块？这个问题在感知决策研究中尤为突出。传统观点认为，从感觉皮层到运动输出的决策通路中，外侧顶内沟(LIP)、额眼区(FEF)、上丘(SC)和尾状核(CN)等区域都表现出类似的"证据累积"电活动模式，暗示可能存在功能重叠。然而近年研究发现，这些区域在决策动力学、奖赏偏差处理等方面存在微妙差异，但差异程度是否足以支持功能特异性假说仍缺乏决定性证据。

为破解这一谜题，中国科学院的研究团队独辟蹊径，采用视-前庭多模态决策范式，在传统选择维度之外引入模态维度作为新的观测窗口。通过比较灵长类动物在执行视觉、前庭及其组合线索的航向辨别任务时，尾状核与经典联合皮层的神经编码特征，并结合多种因果干预手段，首次揭示CN在群体神经表征和行为调控中的独特作用。相关成果以封面论文形式发表于《Nature Communications》。

研究团队运用多通道电生理记录、化学遗传学干预和计算建模等关键技术。在两只训练完成视-前庭航向辨别任务的猕猴中，同步记录CN神经元活动并与历史FEF/LIP数据进行对比。通过可逆性化学抑制（GABA_A
受体激动剂Muscimol和D1受体拮抗剂SCH23390）和双相微电刺激（50-80μA，300Hz）进行因果验证。采用降维分析（PCA/dPCA/TDR）解析神经群体状态空间，并构建循环神经网络(RNN)模拟不同输入条件下的决策动力学。

CN编码多模态决策任务中的多种变量
记录到的169个CN中型多棘神经元(MSN)中，51.3%-63.5%表现出显著选择偏好，75.2%携带模态信息。与皮层神经元类似，CN同样采用类别无关的混合编码策略，但通过线性解混算法可成功分离选择与模态维度。值得注意的是，CN群体活动在错误试验中保持与正确试验相似的编码模式，且被动任务中仅少数神经元对物理航向敏感，证实其主要编码主观选择而非感觉特征。

CN神经流形与联合皮层存在显著差异
在三维主成分子空间中，多模态条件下的神经轨迹在FEF/LIP中紧邻视觉轨迹，而在CN中则靠近前庭轨迹。量化分析显示，CN的组合-前庭欧氏距离显著小于组合-视觉距离（p<1.0e-10），与皮层模式完全相反。时程分析进一步发现，CN的模态和选择信号在试次晚期均出现衰减，不同于皮层的持续平台活动。

RNN模拟再现区域间神经状态异质性
通过构建接收前庭加速度和视觉速度输入的RNN，发现仅输入时间差（前庭信号提前250ms）即可重现CN的前庭偏置模式，而皮层模式还需额外更强的视觉输入增益。当要求网络额外鉴别模态信息时，模态信号持续至试次末；改为早期终止任务时，选择信号出现CN特征的晚期衰减，提示CN可能更参与决策早期阶段。

CN动力学反映多感官行为表现
跨时间Lasso解码器显示，CN群体活动可提前500-850ms预测最终选择，且训练于特定模态的分类器能泛化至其他条件，证实跨模态的抽象编码策略。通过第三只猴的反应时(RT)任务拟合广义漂移扩散模型(GDDM)，发现CN实际响应与基于k值参数预测的多模态轨迹高度吻合（k_comb
=179.07 vs 预测值166.79），完美匹配贝叶斯最优整合理论。

CN因果干预验证其必要性及充分性
单侧CN注射Muscimol引发显著同侧选择偏倚（猴D 5例，猴F 11例，p<0.01），而LIP/FEF干预无此效应；D1受体阻断则产生对侧偏倚。在简化颜色选择任务中，化学干预对运动执行影响微弱，证实其特异性作用于认知过程。微电刺激在54.3%-68.4%位点引起PSE偏移，主要影响决策标准而非灵敏度，但效应方向存在个体差异，可能反映CN内部直接/间接通路的复杂平衡。

这项研究通过创新性的多模态决策范式，首次在群体神经表征层面揭示CN与感觉运动联合皮层的本质差异。前庭优势编码策略可能解释人类研究中观察到的"前庭超重"现象，而早期决策终止特征则与固定时长任务中的快速判断策略相符。在理论层面，研究证实分布式决策网络的节点具有功能特异性，挑战了传统的完全冗余假说；在临床层面，为理解帕金森病等基底节障碍导致的感知决策异常提供了新视角。未来通过光遗传等精准干预技术解析CN直接/间接通路分工，将有助于进一步揭开这一古老脑区的认知奥秘。