近期，國(guó)際腦實(shí)驗(yàn)室匯集全球12個(gè)知名神經(jīng)科學(xué)研究團(tuán)隊(duì)，在《自然》雜志發(fā)表了一項(xiàng)里程碑式的研究成果：他們繪制出首張覆蓋小鼠全腦、貫穿完整決策過(guò)程的高分辨率神經(jīng)活動(dòng)圖譜。這項(xiàng)歷時(shí)多年、橫跨多個(gè)國(guó)家和地區(qū)的協(xié)同攻關(guān)，不僅刷新了人們對(duì)大腦如何做出決策的認(rèn)知，更以“分布式科研”拓展了國(guó)際腦科學(xué)研究的新范式。

對(duì)一般認(rèn)知而言，人們習(xí)慣于將大腦想象成一臺(tái)精密的機(jī)器，不同腦區(qū)各司其職——視覺(jué)區(qū)“看”，運(yùn)動(dòng)區(qū)“動(dòng)”，前額葉“思考”。其實(shí)，真實(shí)的大腦運(yùn)行過(guò)程，可能更像一座晝夜不息的超級(jí)都市，信息在數(shù)百個(gè)功能區(qū)、數(shù)以萬(wàn)計(jì)的神經(jīng)元之間高速流轉(zhuǎn)、動(dòng)態(tài)整合。要破解決策背后的神經(jīng)密碼，僅靠觀察一兩個(gè)腦區(qū)無(wú)異于管中窺豹。而由于當(dāng)前技術(shù)的局限，研究者們難以在同一樣本對(duì)象中實(shí)現(xiàn)全腦神經(jīng)元活動(dòng)的同步記錄，數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的不一更使得跨實(shí)驗(yàn)室研究的整合難以實(shí)現(xiàn)。

此次國(guó)際腦實(shí)驗(yàn)室的研究打破了這一困局。他們建立了一套高度標(biāo)準(zhǔn)化的實(shí)驗(yàn)范式：在12個(gè)分布于全球各地的實(shí)驗(yàn)室中，研究人員使用相同的設(shè)備、訓(xùn)練流程和行為任務(wù)，讓小鼠完成一項(xiàng)看似簡(jiǎn)單的視覺(jué)抉擇——當(dāng)屏幕左側(cè)或右側(cè)出現(xiàn)圖案信號(hào)時(shí)，小鼠轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)將圖案移到屏幕中間以獲取飲水“獎(jiǎng)勵(lì)”。這一看似簡(jiǎn)單的任務(wù)包含了感知、決策、行動(dòng)與反饋等認(rèn)知環(huán)節(jié)。

為了捕捉全腦的神經(jīng)響應(yīng)，研究團(tuán)隊(duì)在139只小鼠的大腦中累計(jì)進(jìn)行了699次電極插入，覆蓋了279個(gè)解剖學(xué)定義的腦區(qū)，記錄下約62.2萬(wàn)個(gè)神經(jīng)元的放電活動(dòng)。所有數(shù)據(jù)通過(guò)統(tǒng)一的分析流程進(jìn)行整合，最終構(gòu)建出一張動(dòng)態(tài)、全景式的“全腦神經(jīng)活動(dòng)圖譜”。需要強(qiáng)調(diào)的是，這并非單只動(dòng)物的“全腦實(shí)時(shí)錄像”，而是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)驗(yàn)與大規(guī)模數(shù)據(jù)融合，拼接出統(tǒng)計(jì)意義的全腦決策圖景——如同用千萬(wàn)張航拍照片合成一座城市在不同時(shí)段的燈光熱力圖。

研究顯示：當(dāng)小鼠進(jìn)行任務(wù)時(shí)，其大腦并非陸續(xù)啟動(dòng)一個(gè)個(gè)“指揮中心”，而是呈現(xiàn)出一場(chǎng)“全城點(diǎn)亮”式的協(xié)同激活。視覺(jué)刺激首先在經(jīng)典視覺(jué)通路引發(fā)局部“亮燈”，然后信號(hào)迅速向全腦擴(kuò)散，與運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)備、執(zhí)行、獎(jiǎng)賞預(yù)期等相關(guān)的信號(hào)在皮層與皮層下區(qū)域此起彼伏。尤為關(guān)鍵的是，與“左還是右”的抉擇本身相關(guān)的神經(jīng)編碼，并非局限于前額葉等高級(jí)腦區(qū)，而是在多個(gè)腦區(qū)幾乎同步涌現(xiàn)。這表明，腦內(nèi)決策需要多個(gè)神經(jīng)節(jié)點(diǎn)在毫秒級(jí)“時(shí)間窗”內(nèi)相互作用、加權(quán)整合，共同形成行為輸出。當(dāng)“獎(jiǎng)勵(lì)”到來(lái)時(shí)，實(shí)驗(yàn)小鼠全腦還出現(xiàn)廣泛的節(jié)律性同步活動(dòng)，展現(xiàn)出神經(jīng)系統(tǒng)的高度協(xié)同性。

這一發(fā)現(xiàn)對(duì)腦科學(xué)發(fā)展的意義深遠(yuǎn)。它意味著多個(gè)腦區(qū)的大量相互連接的神經(jīng)元以一種“去中心化”的全腦動(dòng)態(tài)協(xié)同方式實(shí)現(xiàn)決策等高級(jí)認(rèn)知功能，也提示我們，許多神經(jīng)精神疾?。ㄈ缫钟舭Y、精神分裂癥）可能并非單一腦區(qū)損傷所致，而是大規(guī)模神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)失衡的結(jié)果。未來(lái)的治療策略或?qū)摹岸c(diǎn)修復(fù)”轉(zhuǎn)向“網(wǎng)絡(luò)調(diào)控”，通過(guò)精準(zhǔn)干預(yù)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，恢復(fù)整體功能的動(dòng)態(tài)平衡。

不過(guò)，當(dāng)前圖譜主要是揭示神經(jīng)活動(dòng)與行為之間的相關(guān)性。要確立因果關(guān)系，還需結(jié)合光遺傳學(xué)、化學(xué)遺傳學(xué)等干預(yù)手段，進(jìn)一步驗(yàn)證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)連接體系中各個(gè)神經(jīng)回路在決策中的作用。同時(shí)，該實(shí)驗(yàn)中的動(dòng)物處于頭部固定狀態(tài)，未來(lái)如何在實(shí)驗(yàn)對(duì)象自由行為場(chǎng)景下進(jìn)行全腦記錄，也是一個(gè)重要的課題。進(jìn)一步講，這一神經(jīng)活動(dòng)的“燈光地圖”通過(guò)與神經(jīng)連接的“線路地圖”研究相互印證、疊加整合，從而構(gòu)建出多維度的全景神經(jīng)圖譜，為實(shí)現(xiàn)真正的“大腦數(shù)字孿生”提供可能。

值得一提的是，此次研究的組織方式也展現(xiàn)出高度的協(xié)同性。12個(gè)實(shí)驗(yàn)室如同大腦中的不同區(qū)域，在統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)下分工協(xié)作、共享數(shù)據(jù)，最終實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)超單個(gè)團(tuán)隊(duì)能力的科學(xué)突破。通過(guò)這種“分布式科研網(wǎng)絡(luò)”模式，全球研究者將繪制不斷完善的圖景，共同探索腦功能的深層機(jī)制，推動(dòng)類腦智能、腦機(jī)接口與神經(jīng)精神疾病治療的持續(xù)突破。

（作者為中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院教授）

《 人民日?qǐng)?bào) 》（ 2025年12月01日 15 版）