“字典”将老鼠的大脑活动与简单的动作联系起来

如果行为是一种语言，UO神经科学家卢卡·马祖卡托正在解码它的语法。

他和他的团队在一项新研究中表明，大组神经元中独特而协调的活动可以预测大鼠未来的行为。他们创建了一本字典，将大脑活动模式与简单动作联系起来。这一发现有助于他们理解大脑如何决定未来行动的时间，并将小的行动联系到更大的序列。

他和他的团队他们的研究结果发表在10月29日的《神经元》杂志上．

马祖卡托说:“在这篇论文中，我们找出了大脑中创造简单行为序列的法则。”

每一个复杂的行为都是由一系列简单的行为组成的，就像一个句子可以被分解成串在一起的音节一样。虽然这些步骤可以灵活地组合在一起，但也有一些规则来管理哪些组合是有意义的，哪些是没有意义的。

以在房间里走动为例。一个人的步伐可能不同，但连续看到两个左脚的步伐是不寻常的。预测复杂的行为需要理解这种语法——包括行为受到约束的方式和不受约束的方式。

马祖卡托想要弄清楚是什么让动物决定在特定的时间采取某种行动，以及这种选择是如何在大脑中表现出来的。

他和他的团队，由博士后Stefano Recanatesi和Ulises Pereira领导，与葡萄牙里斯本尚帕利莫未知中心的神经科学家Zachary Mainen合作。他们做了一个实验，训练老鼠把鼻子戳到笼子墙上的一个地方，然后移到笼子里的另一个地方喝水。如果老鼠立即去找奖励，他们会得到一小口;如果他们能等10到20秒，他们就能得到更多的水。大鼠的一系列动作相对固定，但每只动物都可以选择时间。

当老鼠四处乱窜时，研究人员追踪了大脑中一个叫做运动皮层的部分中大量神经元的活动，这个部分与计划运动有关。

研究人员发现，大鼠的未来意图是由运动皮层中大量神经元的协调活动表现出来的。每一个动作都在运动皮层中产生了一个独特的特征，一组神经元以协调一致的方式表现。当一只老鼠准备切换到另一个动作时，神经信号突然改变了。

马祖卡托说:“对于动物在笼子里所做的每一个动作，我们都能够理解神经元在大脑中进行的计算。”“我们可以在动物行动前几百毫秒预测它们会做什么。”

也就是说，他们可以通过观察大脑活动来区分哪些老鼠会立即获得奖励，哪些老鼠会坚持等待更大的水。

他们还可以通过一组被称为循环神经网络的数学方程来复制老鼠选择的可变性，这是大脑启发的人工智能的一个例子。“现在我们有了一个模型，我们可以推广它，”马祖卡托说。

在这里，研究小组只关注一个行为变量，即行动的时间。但在未来，他们希望在更接近现实生活复杂性的场景中，研究关于选择和决策的类似问题。

参考:Recanatesi S, Pereira-Obilinovic U, Murakami M, Mainen Z, Mazzucato L.亚稳态吸引子解释稳定行为动作序列的可变时间。神经元．2021.doi:10.1016 / j.neuron.2021.10.011

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