我們所做的一些事情看起來幾乎是自動(dòng)的，比如在感到饑餓時(shí)打開冰箱或在溫度升高時(shí)打開空調(diào)。盡管這樣的決定似乎不需要太多思考，但它們實(shí)際上是由數(shù)百萬個(gè)神經(jīng)元和幾個(gè)大腦區(qū)域之間的大量相互作用產(chǎn)生的——一個(gè)如此復(fù)雜的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，以至于科學(xué)家們無法全面、實(shí)時(shí)地觀察它，甚至在簡單的生物體中。
一個(gè)例外是斑馬魚，它的決策過程現(xiàn)在越來越清晰。在Cell上發(fā)表的工作中，研究人員能夠追蹤斑馬魚幼蟲整個(gè)大腦中每個(gè)神經(jīng)元的活動(dòng)，并重建神經(jīng)元事件的展開，因?yàn)閯?dòng)物在行為實(shí)驗(yàn)中反復(fù)做出“左或右”選擇。
由此產(chǎn)生的決策過程中的逐幀視圖非常詳細(xì)，以至于在魚做出反應(yīng)前 10 秒，研究人員可以預(yù)測它們的下一步行動(dòng)是什么以及何時(shí)執(zhí)行。
做出決定后
了解大腦如何做出決定涉及跟蹤多個(gè)大腦區(qū)域的神經(jīng)元如何反應(yīng)和合作——需要明確的是，這絕不是微不足道的?？茖W(xué)家們長期以來一直在兩種選擇之間徘徊：他們要么密切觀察神經(jīng)元子集的放電，這限制了他們對整個(gè)畫面的看法，要么觀察整個(gè)大腦活動(dòng)，同時(shí)對多次試驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行平均以減少噪音。然而，平均會(huì)導(dǎo)致一些細(xì)節(jié)的丟失。
“我們想了解決策是如何在逐個(gè)試驗(yàn)的基礎(chǔ)上展開的，”神經(jīng)技術(shù)和生物物理學(xué)實(shí)驗(yàn)室負(fù)責(zé)人 Alipasha Vaziri 說。為此，該團(tuán)隊(duì)將先進(jìn)的統(tǒng)計(jì)方法與他們最近開發(fā)的成像技術(shù)光場顯微鏡相結(jié)合，可以同時(shí)跟蹤斑馬魚幼蟲大腦中每個(gè)神經(jīng)元的活動(dòng)。
但在對魚進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前，科學(xué)家們必須教給它們一種新的行為，這種行為不僅是反射性的，而且是目標(biāo)導(dǎo)向的。
從魚類的角度來看，目標(biāo)是緩解高溫。研究人員使用激光稍微加熱了魚周圍的水，只有當(dāng)魚向右移動(dòng)尾巴時(shí)才關(guān)閉激光。大約重復(fù) 15 次后，這條魚掌握了竅門：它們會(huì)在激光亮起約 20 秒后對周圍變暖的環(huán)境做出反應(yīng)。大約 80% 的時(shí)間里，魚都記得將尾巴朝正確的方向翻轉(zhuǎn)。(為了避免任何方向偏差，還通過教魚將尾巴轉(zhuǎn)向左側(cè)來重復(fù)整個(gè)實(shí)驗(yàn)。)
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