畢業(yè)季到了，小明奔走于各大招聘會，想找到一份滿意的工作。他首先判斷某職位是否匹配自己的學(xué)習(xí)背景和專業(yè)技能，然后嘗試了解公司的文化和價值觀，從而決定是否申請該職位或繼續(xù)尋找其他職位。小明這種找工作的過程便是一個經(jīng)典的決策行為。大腦通過收集多方面的證據(jù)來進行決策，證據(jù)積累的神經(jīng)機制已被證實主要和皮層有關(guān)，但終止決策的行為機制尚未清楚。

對于復(fù)雜事情的思考：總是會有很多雜亂的信號對最后的決策進行干擾，需要有一個標(biāo)準(zhǔn)對判斷過程進行中斷。2023年6月哥倫比亞大學(xué)神經(jīng)所 Michael N. Shadlen 實驗室在Neuron上發(fā)表文章，以恒河猴為模型揭示了從深思熟慮到?jīng)Q策的轉(zhuǎn)變機制。在恒河猴進行決策時同時記錄來自旁內(nèi)側(cè)區(qū)域（LIP，lateral intraparietal area ）和上丘（SC，superior colliculus ）的反應(yīng)。提出了“SC 失活，使得‘判斷閾值傳感器’受損，并延長了 LIP 的活動”的假設(shè)。

LIP 腦區(qū)已被證實在積累證據(jù)中的重要作用。在形成“決策”前的一小段時間里，LIP 神經(jīng)元會以固定速率興奮。LIP 的主要下游目標(biāo)之一：SC，是一個參與定向行為的保守中腦結(jié)構(gòu)。有研究證明了 SC 在多項任務(wù)中的重要作用，包括眼球運動。此外，SC 還會向上投射到基底節(jié)和大腦皮層（包括 LIP）。但 SC 是否和 LIP 一起參與決策行為的停止還不清楚，基于高密度多通道電極技術(shù)的發(fā)展，本實驗得以同時記錄 LIP 和 SC 的活動。研究者猜測 SC 參與眼球運動，可能會對 LIP 的活動設(shè)定一個閾值，當(dāng)?shù)竭_(dá)閾值時，就終止決策行為。

LIP和SC的關(guān)系呈現(xiàn)動態(tài)變化

研究人員在猴子上建立了一種行為范式，使得猴子能夠通過眼球運動來傳達(dá)它們的選擇。研究人員讓恒河猴執(zhí)行一項“運動辨別任務(wù)”，又稱隨機點運動 （random dot motion，RDM）實驗：該任務(wù)要求猴子判斷小點的運動方向（圖1A）。小點會隨機按照不同方向和強度進行移動，猴子的眼球向左或向右運動來預(yù)測小點運動的最終位置。

圖1：行為任務(wù)范式建立

研究者使用一條曲線來標(biāo)記猴子的選擇與小點運動的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)猴子的選擇反應(yīng)時間（RT），取決于小點的運動強度和方向（圖1B）：小點運動的強度越強，RT 越??；當(dāng)超過向左或向右的累積證據(jù)的閾值水平時，猴子終止決策。此外，一些弱強度運動的實驗進一步證實了動物的決策基于積累證據(jù)。

隨后，研究者在猴子執(zhí)行 RDM 任務(wù)時同時記錄了 LIP 和 SC 中的單個神經(jīng)元。研究者發(fā)現(xiàn)猴子的 LIP 和 SC 腦區(qū)在 RDM 期間的平均活性類似（圖 2A 和 2B）：這兩個區(qū)域的活動都受到運動強度和方向的調(diào)節(jié)，并且都能預(yù)測試驗向左還是向右。圖 2C 和 2D 顯示了控制其他因素后，刺激脈沖對 LIP 和 SC 活性的影響。結(jié)果顯示LIP 和 SC 的活動與眼球運動開始和掃視過程是一致的。

根據(jù)這兩個區(qū)域的不同動力學(xué)數(shù)據(jù)，研究者推測 SC 對 LIP 中的漂移擴散信號設(shè)定了閾值，超過閾值表現(xiàn)為“突發(fā)”。通常，“突發(fā)”會終止決策，但有時也不會。

圖2：LIP和SC中神經(jīng)元的試驗平均反應(yīng)

接下來，研究者同時記錄了 LIP 中的單次試驗活動與 SC “突發(fā)”之間的關(guān)系，并得出結(jié)論：LIP 的上升、SC 的爆發(fā)以及決策的終止密切相關(guān)。因此理論上，SC 爆發(fā)可能是 LIP 上升的原因，或者是由未觀察到的中介，例如FEF（frontal eye field）腦區(qū)引起的。

SC腦區(qū)和終止決策是因果關(guān)系，被改變的決策閾值在LIP活動中表現(xiàn)得非常明顯

基于上述結(jié)果，研究者進一步推測：SC 的失活應(yīng)該會損害“終止閾值”。因此，他們用少量麝香酚（一種GABA激動劑）滅活 SC，同時用神經(jīng)像素探針記錄 LIP 中的神經(jīng)元（圖5A）。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，局部 SC 失活增加了掃視的延遲時間；LIP 的發(fā)放率在決策終止前的一段時間提高。因此，研究者認(rèn)為 SC 的失活降低了選擇最終靶點時的視覺反應(yīng)幅度，并導(dǎo)致早期積累證據(jù)率有所下降，SC 失活破壞了 LIP 上升與決策終止之間的關(guān)系。

圖3：SC的局部失活影響了決策終止

結(jié)論

作者認(rèn)為“閾值機制”幾乎參與其他視覺運動關(guān)聯(lián)區(qū)域，例如 FEF 和基底神經(jīng)節(jié)，其中黑質(zhì)網(wǎng)狀部（SNr）（基底神經(jīng)節(jié)的輸出核）的作用至關(guān)重要。

他們闡述了兩條“決策”環(huán)路機制：（1）當(dāng)SC檢測到興奮性輸入的上升時，觸發(fā)“突發(fā)”反應(yīng)（2）隨后，來自SNr的反應(yīng)抑制SC，下調(diào)LIP的活動。當(dāng)LIP的活動很弱時，SC的抑制就很強。但是，LIP 和 SC 只是高度互連網(wǎng)絡(luò)中的兩個節(jié)點，整個網(wǎng)絡(luò)中的交互對于 SC 的“突發(fā)”或許也產(chǎn)生了至關(guān)重要的作用。

圖4：決策終止環(huán)路機制的假設(shè)

最后，研究者也在討論中指出本篇文章并沒有對 SC 的失活在掃視延遲時間中的作用做出詳細(xì)解釋，也不清楚 LIP 的活動是否直接接受SC腦區(qū)“突發(fā)”的影響，這或許是之后研究中所需要關(guān)注的方向。

原文鏈接：

https://www.cell.com/neuron/fulltext/S0896-6273(23)00400-2

編譯作者：Zoey（brainnews創(chuàng)作團隊）

校審：Simon（brainnews編輯部）

標(biāo)簽：腦科學(xué)