Science：大脑回路会记录刚刚发生的事情，以帮助判断现在发生的事情

为了记录眼前发生的事情，大脑不仅依赖于它所看到的，而且还依赖于它刚刚看到的。一项研究确定了提供这项服务的电路。

　　

当大脑试图判断周围发生的事情时，它必须不断地应对这个高度多变、快节奏的世界。一方面，它必须对可能出现的任何新的感官信息开放，但另一方面，为了跟上，它必须尝试利用先前的经验来预测似乎正在发生的事情。

在发表在《科学》杂志上的一项新研究中，麻省理工学院的神经科学家发现了一个回路，它将感觉决策区域与一个提示它刚刚改变了多少感觉信息的区域联系起来。

“这个回路组织了刚刚发生的事情与感官世界中正在发生的事情之间的比较，这种比较可以用来采取行动，”该研究的资深作者、皮考尔学习与记忆研究所和麻省理工学院大脑与认知科学系的牛顿教授Mriganka Sur说。

该研究的主要作者，23岁的Ning Leow博士，曾是Sur实验室的研究生，现在是新加坡a *STAR的博士后，他说，在小鼠身上的研究揭示了人类密切类似的电路，其中前额叶皮层（前扣带皮层，或ACC）的一个区域负责感官决策。这项新的研究表明，大脑的这些决定是基于丘脑中一个叫做枕状核的区域（尽管在小鼠身上，它被称为外侧后丘脑，简称LP）对近期历史的建议。

“大脑不会从头开始评估每一个新事件，”Leow说。传统上，人们一直在研究颞叶在注意力和过滤视觉信息方面的作用，但我们发现，它对于比较当前信息和刚刚过去的信息以及突出有意义的变化也很重要，这些变化会影响我们是维持还是更新决策。

作为Sur长期以来对大脑皮层如何整合感官知觉和学习以产生行为的兴趣的一部分，Leow和Sur开始全面绘制LP-ACC回路的大量输入，并在2022年的一篇论文中达到高潮。从这项研究中可以清楚地看出，该回路似乎处于帮助集中注意力的良好位置，这就是它当时所知的。

但在更深入地思考集中注意力的作用，以及这些连接良好的区域如何不仅是注意力的中心，而且是感知和行动的中心，Sur和Leow假设它们也可能在指导基于感官信息的决策方面发挥作用。这项新研究提供了多种证据来证明这一点。

Sur说，这些发现不仅揭示了大脑的基本功能，而且也可以应用于自闭症的研究，在自闭症中，许多患者在对感官世界的预测上表现出显著的差异。通常，这表现为难以过滤掉那些神经正常的人能够认为是反复出现的、因此是平凡的刺激。

哪条路?

为了进行这项研究，研究人员训练实验鼠玩一个视频游戏，在游戏中，屏幕上的点会四处移动，但至少有一些会朝同一个方向移动（向左或向右）。在每次试验中，小鼠都必须辨别出这种趋势。从一个实验到下一个实验，感觉线索不仅会随着运动的方向而变化，还会随着参与的点的比例而变化。例如，在一次试验中，可能64%的点会向左移动，而在下一次试验中，可能16%的点会向右移动。通过这种方式，研究人员可以测量从一个试验到下一个试验的整个连续的差异。

同时，当小鼠玩游戏时，科学家们用双光子显微镜记录下LP-ACC回路的活动和ACC神经元的反应。在一些实验中，他们使用了一种称为光遗传学的技术来人为地激活该电路。

通过一次又一次地跟踪小鼠完成任务的情况，研究人员发现，小鼠确实不仅考虑了它们当时看到的东西，还考虑了它们之前看到的东西。例如，当小鼠猜对时，如果新的线索与之前的线索非常相似，它们很可能会重复猜测，如果线索非常不同，它们就不太可能重复猜测。但如果它们猜错了，那么情况就正好相反：如果线索与上一个相似，它们就不会重复这个决定，但如果线索看起来非常不同，它们就会重复。

观察大脑

当然，行为观察只表明小鼠确实比较了新的线索和以前的线索。为了确定这是否真的是因为LP-ACC回路，研究人员需要使用光遗传学来干扰它（通过刺激lp - rsquo输入ACC的额外活动）。例如，对左脑回路的光遗传扰动使小鼠不太可能猜测点向右移动，而对右脑的扰动使小鼠更有可能猜测点向右移动。但在这两种情况下，这些偏离正常行为的程度与当前线索和前一个线索之间的差异成正比。Leow说，换句话说，扰乱神经回路扰乱了小鼠在评估新证据时使用近期感觉历史的方式。

Leow说，这表明这条通路与影响当前证据如何被解释的比较过程有因果关系，而不仅仅是携带信息。

此外，使用显微镜成像（可以看到神经元中的钙水平，电活动的密切代表），研究人员广泛分析了LP输入ACC的活动模式以及ACC神经元如何对该输入做出反应。

Leow说，主要的结论是，LP和ACC在执行不同的工作。民众似乎并没有自己做决定。相反，它会将与历史相关的感觉比较发送到额叶皮层。然后，ACC将这些信息转化为预测动物最终选择的神经活动。

从本质上讲，枕状核向前扣带皮层提供变化程度的建议，这样额叶皮层就可以考虑是否该改变猜测了。毕竟，如果一只小鼠的猜测是正确的，而且几乎没有什么变化，为什么不继续前进呢？但如果发生了很大的变化，那么对小鼠来说，重新评估它在想什么可能是有意义的。

事实证明，大脑有一个专门的回路来做这件事。

除了Leow和Sur，该论文的其他作者还有Arundhati Natesan， Alexandria Barlowe, Sofie & ahlund - richter, Tianyu (Cindy) Luo和Mehrdad Jazayeri。