畢國強

近期，國際腦實驗室匯集全球12個知名神經科學研究團隊，在《自然》雜志發(fā)表了一項里程碑式的研究成果：他們繪制出首張覆蓋小鼠全腦、貫穿完整決策過程的高分辨率神經活動圖譜。這項歷時多年、橫跨多個國家和地區(qū)的協(xié)同攻關，不僅刷新了人們對大腦如何做出決策的認知，更以“分布式科研”拓展了國際腦科學研究的新范式。

對一般認知而言，人們習慣于將大腦想象成一臺精密的機器，不同腦區(qū)各司其職——視覺區(qū)“看”，運動區(qū)“動”，前額葉“思考”。其實，真實的大腦運行過程，可能更像一座晝夜不息的超級都市，信息在數百個功能區(qū)、數以萬計的神經元之間高速流轉、動態(tài)整合。要破解決策背后的神經密碼，僅靠觀察一兩個腦區(qū)無異于管中窺豹。而由于當前技術的局限，研究者們難以在同一樣本對象中實現全腦神經元活動的同步記錄，數據標準的不一更使得跨實驗室研究的整合難以實現。

此次國際腦實驗室的研究打破了這一困局。他們建立了一套高度標準化的實驗范式：在12個分布于全球各地的實驗室中，研究人員使用相同的設備、訓練流程和行為任務，讓小鼠完成一項看似簡單的視覺抉擇——當屏幕左側或右側出現圖案信號時，小鼠轉動轉盤將圖案移到屏幕中間以獲取飲水“獎勵”。這一看似簡單的任務包含了感知、決策、行動與反饋等認知環(huán)節(jié)。

為了捕捉全腦的神經響應，研究團隊在139只小鼠的大腦中累計進行了699次電極插入，覆蓋了279個解剖學定義的腦區(qū)，記錄下約62.2萬個神經元的放電活動。所有數據通過統(tǒng)一的分析流程進行整合，最終構建出一張動態(tài)、全景式的“全腦神經活動圖譜”。需要強調的是，這并非單只動物的“全腦實時錄像”，而是通過標準化實驗與大規(guī)模數據融合，拼接出統(tǒng)計意義的全腦決策圖景——如同用千萬張航拍照片合成一座城市在不同時段的燈光熱力圖。

研究顯示：當小鼠進行任務時，其大腦并非陸續(xù)啟動一個個“指揮中心”，而是呈現出一場“全城點亮”式的協(xié)同激活。視覺刺激首先在經典視覺通路引發(fā)局部“亮燈”，然后信號迅速向全腦擴散，與運動準備、執(zhí)行、獎賞預期等相關的信號在皮層與皮層下區(qū)域此起彼伏。尤為關鍵的是，與“左還是右”的抉擇本身相關的神經編碼，并非局限于前額葉等高級腦區(qū)，而是在多個腦區(qū)幾乎同步涌現。這表明，腦內決策需要多個神經節(jié)點在毫秒級“時間窗”內相互作用、加權整合，共同形成行為輸出。當“獎勵”到來時，實驗小鼠全腦還出現廣泛的節(jié)律性同步活動，展現出神經系統(tǒng)的高度協(xié)同性。

這一發(fā)現對腦科學發(fā)展的意義深遠。它意味著多個腦區(qū)的大量相互連接的神經元以一種“去中心化”的全腦動態(tài)協(xié)同方式實現決策等高級認知功能，也提示我們，許多神經精神疾病(如抑郁癥、精神分裂癥)可能并非單一腦區(qū)損傷所致，而是大規(guī)模神經網絡協(xié)調失衡的結果。未來的治療策略或將從“定點修復”轉向“網絡調控”，通過精準干預關鍵節(jié)點，恢復整體功能的動態(tài)平衡。

不過，當前圖譜主要是揭示神經活動與行為之間的相關性。要確立因果關系，還需結合光遺傳學、化學遺傳學等干預手段，進一步驗證整個網絡連接體系中各個神經回路在決策中的作用。同時，該實驗中的動物處于頭部固定狀態(tài)，未來如何在實驗對象自由行為場景下進行全腦記錄，也是一個重要的課題。進一步講，這一神經活動的“燈光地圖”通過與神經連接的“線路地圖”研究相互印證、疊加整合，從而構建出多維度的全景神經圖譜，為實現真正的“大腦數字孿生”提供可能。

值得一提的是，此次研究的組織方式也展現出高度的協(xié)同性。12個實驗室如同大腦中的不同區(qū)域，在統(tǒng)一標準下分工協(xié)作、共享數據，最終實現遠超單個團隊能力的科學突破。通過這種“分布式科研網絡”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制，推動類腦智能、腦機接口與神經精神疾病治療的持續(xù)突破。

(作者為中國科學技術大學生命科學學院教授)

《 人民日報 》( 2025年12月01日 15 版)