9月20日，《神經(jīng)元》期刊在線(xiàn)發(fā)表了中國科學(xué)院神經(jīng)科學(xué)研究所、腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng )新中心、中科院靈長(cháng)類(lèi)神經(jīng)生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗室空間感知課題組的題為《通過(guò)結合決策信號的測量與微電流刺激的干擾兩種方法來(lái)解析大腦神經(jīng)元信息的讀碼機制》的研究論文。在該研究工作中，科研人員在清醒獼猴執行空間運動(dòng)方向辨別任務(wù)的同時(shí)，記錄了大腦皮層中上顳葉內側皮層、中顳葉皮層和腹頂內皮層三個(gè)腦區的神經(jīng)元反應，通過(guò)數學(xué)方法分離了這些反應中的兩種成份，即神經(jīng)元編碼的感知覺(jué)信息，和與獼猴認知決策的信號，并通過(guò)微電流刺激干擾的技術(shù)手段，分別檢測了三個(gè)腦區中的神經(jīng)元信息被下游讀取的優(yōu)先級別和權重。
大腦對空間的感知包括兩個(gè)重要階段：一個(gè)是編碼階段，即外界環(huán)境中的聲、色、光等刺激通過(guò)各種感官傳入大腦中樞，激活了處理相應感覺(jué)刺激的神經(jīng)元元件，從而把外界刺激分別編碼在相應神經(jīng)元的電活動(dòng)中，例如偏好特定運動(dòng)方向、空間朝向或者空間特定位置的細胞；二是解碼或讀碼階段，即這些神經(jīng)元的電信號經(jīng)過(guò)神經(jīng)系統的層級傳遞，被下游神經(jīng)元抽提信息，最終轉化為大腦對外界刺激的感知，并在此基礎上形成最終的決策，做出特定的行為。大腦神經(jīng)元的編碼機制已經(jīng)有廣泛的研究，但是其第二階段關(guān)于解碼的研究工作還相對較少，具體解碼機制也不清楚。其中一個(gè)重要的方法是在實(shí)驗動(dòng)物執行認知決策任務(wù)的同時(shí)，測量相應感覺(jué)神經(jīng)元的電發(fā)放波動(dòng)中哪些是與抉擇相關(guān)聯(lián)的信號。雖然至今在許多感覺(jué)皮層中都已經(jīng)發(fā)現了與決策相關(guān)的信號，但是這些信號究竟能否直接反映神經(jīng)元所編碼的信息被大腦讀取和利用以形成抉擇，還是只是反映了大腦在形成抉擇之后，再反饋給上游神經(jīng)元的一個(gè)下行信號，一直都存在著(zhù)激烈的爭論。這些爭論目前都只停留在理論層面上，爭論的雙方都缺乏有力的實(shí)驗證據支持。
在該研究工作中，神經(jīng)所研究生余雪菲和空間感知課題組組長(cháng)顧勇訓練獼猴通過(guò)眼動(dòng)來(lái)報告它們所感知到的光流在空間中的運動(dòng)方向，并在獼猴執行任務(wù)的同時(shí)，記錄了上顳葉內側皮層（MST）、中顳葉皮層（MT）和腹頂內皮層（VIP）三個(gè)腦區的神經(jīng)元胞外電生理活動(dòng)，通過(guò)數學(xué)方法分離了兩種成份，一是神經(jīng)元所編碼的視覺(jué)運動(dòng)方向信息，即感覺(jué)成份；二是與獼猴認知決策相關(guān)的成份，即決策信號。分析發(fā)現，在三個(gè)腦區中，感覺(jué)信號并不是一直與決策信號保持一致，有時(shí)也會(huì )出現相反的情況，比如某些神經(jīng)元偏好編碼向左運動(dòng)，每次神經(jīng)元發(fā)放增強的時(shí)候，應該促使獼猴更多的選擇向左運動(dòng)（“感覺(jué)-決策一致細胞”，圖中左下角細胞），但在行為上獼猴卻是更多地選擇向右運動(dòng)（“感覺(jué)-決策相反細胞”）。利用微電流刺激進(jìn)一步實(shí)驗發(fā)現，在MST和MT皮層中通過(guò)微電流人為興奮這兩類(lèi)細胞時(shí)，都能顯著(zhù)地使獼猴的認知決策發(fā)生偏差，并且偏差的方向都趨向于被電刺激興奮的神經(jīng)元所編碼的偏好感覺(jué)信息方向，而不是決策信號所反映的方向。微電流刺激“感覺(jué)-決策一致細胞”對獼猴認知決策產(chǎn)生的偏差要大于刺激“感覺(jué)-決策相反細胞”一倍左右，表明了前者的讀碼權重要大于后者（圖中間粗細箭頭分別表示）。微電流刺激VIP神經(jīng)元卻不能影響獼猴的認知決策，提示這個(gè)腦區的運動(dòng)信息在當前任務(wù)中并沒(méi)有被下游腦區所讀取和利用。
這些直接實(shí)驗結果首次解析了大腦皮層神經(jīng)元所編碼的感覺(jué)信息和獼猴表現的決策相關(guān)信息在解碼過(guò)程中的作用，為關(guān)于決策信號在感知覺(jué)皮層中作用的長(cháng)期爭論提供了重要的實(shí)驗證據，表明大腦神經(jīng)元信息的讀碼權重不僅與特定腦區有關(guān)，還與特定腦區中的特定神經(jīng)元集群有關(guān)。此外通過(guò)建模，該研究還提出了一定的理論預期，即兩類(lèi)神經(jīng)元集群之間存在負相關(guān)的噪音，有待于后續實(shí)驗進(jìn)一步驗證。
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