Neuron：研究发现大脑终止决策可能与这个神经机制有关
毕业季到了，小明奔走于各大招聘会，想找到一份满意的工作。他首先判断某职位是否匹配自己的学习背景和专业技能，然后尝试了解公司的文化和价值观，从而决定是否申请该职位或继续寻找其他职位。小明这种找工作的过程便是一个经典的决策行为。大脑通过收集多方面的证据来进行决策，证据积累的神经机制已被证实主要和皮层有关，但终止决策的行为机制尚未清楚。
对于复杂事情的思考：总是会有很多杂乱的信号对最后的决策进行干扰，需要有一个标准对判断过程进行中断。2023年6月哥伦比亚大学神经所 Michael N. Shadlen 实验室在Neuron上发表文章，以恒河猴为模型揭示了从深思熟虑到决策的转变机制。在恒河猴进行决策时同时记录来自旁内侧区域（LIP，lateral intraparietal area ）和上丘（SC，superior colliculus ）的反应。提出了“SC 失活，使得‘判断阈值传感器’受损，并延长了 LIP 的活动”的假设。
LIP 脑区已被证实在积累证据中的重要作用。在形成“决策”前的一小段时间里，LIP 神经元会以固定速率兴奋。LIP 的主要下游目标之一：SC，是一个参与定向行为的保守中脑结构。有研究证明了 SC 在多项任务中的重要作用，包括眼球运动。此外，SC 还会向上投射到基底节和大脑皮层（包括 LIP）。但 SC 是否和 LIP 一起参与决策行为的停止还不清楚，基于高密度多通道电极技术的发展，本实验得以同时记录 LIP 和 SC 的活动。研究者猜测 SC 参与眼球运动，可能会对 LIP 的活动设定一个阈值，当到达阈值时，就终止决策行为。
LIP和SC的关系呈现动态变化
研究人员在猴子上建立了一种行为范式，使得猴子能够通过眼球运动来传达它们的选择。研究人员让恒河猴执行一项“运动辨别任务”，又称随机点运动 （random dot motion，RDM）实验：该任务要求猴子判断小点的运动方向（图1A）。小点会随机按照不同方向和强度进行移动，猴子的眼球向左或向右运动来预测小点运动的最终位置。
图1：行为任务范式建立
研究者使用一条曲线来标记猴子的选择与小点运动的关系，发现猴子的选择反应时间（RT），取决于小点的运动强度和方向（图1B）：小点运动的强度越强，RT 越小；当超过向左或向右的累积证据的阈值水平时，猴子终止决策。此外，一些弱强度运动的实验进一步证实了动物的决策基于积累证据。
随后，研究者在猴子执行 RDM 任务时同时记录了 LIP 和 SC 中的单个神经元。研究者发现猴子的 LIP 和 SC 脑区在 RDM 期间的平均活性类似（图 2A 和 2B）：这两个区域的活动都受到运动强度和方向的调节，并且都能预测试验向左还是向右。图 2C 和 2D 显示了控制其他因素后，刺激脉冲对 LIP 和 SC 活性的影响。结果显示LIP 和 SC 的活动与眼球运动开始和扫视过程是一致的。
根据这两个区域的不同动力学数据，研究者推测 SC 对 LIP 中的漂移扩散信号设定了阈值，超过阈值表现为“突发”。通常，“突发”会终止决策，但有时也不会。
图2：LIP和SC中神经元的试验平均反应
接下来，研究者同时记录了 LIP 中的单次试验活动与 SC “突发”之间的关系，并得出结论：LIP 的上升、SC 的爆发以及决策的终止密切相关。因此理论上，SC 爆发可能是 LIP 上升的原因，或者是由未观察到的中介，例如FEF（frontal eye field）脑区引起的。
SC脑区和终止决策是因果关系，被改变的决策阈值在LIP活动中表现得非常明显
基于上述结果，研究者进一步推测：SC 的失活应该会损害“终止阈值”。因此，他们用少量麝香酚（一种GABA激动剂）灭活 SC，同时用神经像素探针记录 LIP 中的神经元（图5A）。结果发现，局部 SC 失活增加了扫视的延迟时间；LIP 的发放率在决策终止前的一段时间提高。因此，研究者认为 SC 的失活降低了选择最终靶点时的视觉反应幅度，并导致早期积累证据率有所下降，SC 失活破坏了 LIP 上升与决策终止之间的关系。
图3：SC的局部失活影响了决策终止
结论
作者认为“阈值机制”几乎参与其他视觉运动关联区域，例如 FEF 和基底神经节，其中黑质网状部（SNr）（基底神经节的输出核）的作用至关重要。
他们阐述了两条“决策”环路机制：（1）当SC检测到兴奋性输入的上升时，触发“突发”反应（2）随后，来自SNr的反应抑制SC，下调LIP的活动。当LIP的活动很弱时，SC的抑制就很强。但是，LIP 和 SC 只是高度互连网络中的两个节点，整个网络中的交互对于 SC 的“突发”或许也产生了至关重要的作用。
图4：决策终止环路机制的假设
最后，研究者也在讨论中指出本篇文章并没有对 SC 的失活在扫视延迟时间中的作用做出详细解释，也不清楚 LIP 的活动是否直接接受SC脑区“突发”的影响，这或许是之后研究中所需要关注的方向。
原文链接：
https://www.cell.com/neuron/fulltext/S0896-6273(23)00400-2
编译作者：Zoey（brainnews创作团队）
校审：Simon（brainnews编辑部）
