摘要:当60万个鼠脑细胞的活动轨迹首次被完整勾勒,人类对大脑决策机制的认知迎来了一场革命性突破。国际大脑实验室(IBL)耗时五年、跨越三大洲的联合研究,在《自然》杂志同期发表两篇重磅论文,揭示了一个颠覆性真相:决策并非由少数"决策中枢"主导,而是几乎涉及整个大脑的协
当60万个鼠脑细胞的活动轨迹首次被完整勾勒,人类对大脑决策机制的认知迎来了一场革命性突破。国际大脑实验室(IBL)耗时五年、跨越三大洲的联合研究,在《自然》杂志同期发表两篇重磅论文,揭示了一个颠覆性真相:决策并非由少数"决策中枢"主导,而是几乎涉及整个大脑的协同运作。这项涉及139只实验鼠、覆盖95%脑区的超大规模研究,不仅改写了神经科学教科书,更为破解人类意识之谜开辟了全新路径。
在伦敦大学学院的实验室里,神经科学家马泰奥·卡兰迪尼凝视着脑成像图谱,脸上浮现出复杂的表情:"我们发现了远超预期的神经活动网络。"这项突破性研究证实,当实验鼠面对简单的左右转向选择时,传统理论中"视觉皮层→前额叶皮层→运动皮层"的线性决策路径仅是冰山一角。
研究团队通过植入"神经像素"探针,首次实现了对1000个神经元的同时记录。数据显示,在实验鼠做出转向决定的瞬间,不仅视觉皮层和前额叶皮层被激活,包括海马体(记忆中枢)、基底神经节(运动控制)、甚至小脑(平衡协调)在内的23个脑区同时出现显著神经活动。更惊人的是,这些脑区的激活模式能精准预测实验鼠是否获得奖励,准确率高达89%。
"这就像发现城市交通并非由几条主干道控制,"卡兰迪尼比喻道,"而是整个城市的路网都在同步响应每个交通信号。"第二项针对"预期决策"的研究进一步揭示,当实验鼠需要依赖记忆进行猜测时,神经活动网络会扩展到包括嗅球(气味记忆)和杏仁核(情绪处理)在内的31个脑区。
这项突破性成果的背后,是神经科学领域前所未有的协作模式。IBL联合了欧洲11国与美国的15个顶尖实验室,建立了全球首个标准化脑科学实验平台。项目协调人费德里科·图克海默指出:"传统研究就像每个天文学家各自观测不同星系,而我们现在实现了对整个夜空的同步扫描。"
研究团队开发了三大创新技术:
神经像素探针:厚度仅15微米的柔性电极阵列,可同时记录1000个神经元活动,分辨率较传统技术提升40倍标准化行为范式:全球实验室统一使用"黑白条纹转向"任务,确保实验可重复性云端数据分析平台:整合了超过60万细胞的活动数据,构建出首个哺乳动物大脑动态图谱在苏黎世联邦理工学院的实验室里,研究人员展示了这项技术的精妙:当实验鼠转动轮子时,系统能在0.1秒内解析出127个脑区的激活顺序。这种精度使得科学家首次观察到决策过程中的"神经波"现象——信息以每秒3米的速度在脑区间传播。
这项研究带来的认知革命,正在重塑整个神经科学领域。传统研究往往聚焦于特定脑区功能,而IBL的发现证实大脑是一个高度互联的动态系统。正如卡兰迪尼所言:"我们过去认为大脑像台计算机,有专门的CPU和内存模块。现在发现它更像量子计算机,所有组件都处于纠缠状态。"
研究揭示的三个关键发现正在改写教科书:
决策的分布式特征:92%的脑区参与决策过程,没有单一"决策中枢"记忆与决策的深度融合:海马体在决策中的活跃度超出预期300%预期的神经编码:前扣带回皮层能提前0.8秒预测实验鼠的选择这些发现对疾病治疗具有直接启示。在帕金森病模型中,研究人员观察到基底神经节与小脑的异常同步可能是运动障碍的根源。而在抑郁症模型中,前额叶皮层与边缘系统的连接减弱与决策困难高度相关。
尽管成果震撼,研究团队清醒地认识到当前发现的局限性。"我们现在拥有的是大脑活动的'电影剧本',"卡兰迪尼解释,"但还不知道哪些'演员'真正推动了剧情发展。"确立神经活动与决策行为的因果关系,成为下一个前沿挑战。
IBL已启动第二阶段研究,计划通过光遗传学技术精确操控特定神经元群。初步实验显示,激活海马体与前额叶皮层的特定连接,能使实验鼠的决策速度提升40%。这种"因果神经科学"方法,可能为精神疾病治疗开辟新途径。
这项研究的影响远超神经科学范畴。它展示了当代科学研究的范式转变——从单兵作战到全球协作,从局部解构到系统认知。正如人类基因组计划推动生物学进入系统时代,IBL项目正在开启神经科学的"全脑时代"。
当被问及研究意义时,卡兰迪尼指向实验室墙上的伽利略画像:"500年前,望远镜的发明让我们看到更远的星空。现在,我们有了'脑望远镜',终于能窥见意识如何从神经活动中涌现。"这项研究不仅改写了对决策机制的理解,更为破解自由意志、意识本质等哲学命题提供了科学基础。
在这场静默的科学革命中,60万个鼠脑细胞的活动轨迹,正指引着人类向认知的终极疆域迈进。当全球科学家携手突破学科边界,我们或许正站在理解自身意识的新起点上。
来源:科学之力