优先考虑意外：揭示新的大脑机制_生活_资讯_绿文网

　　伦敦大学学院的神经科学家展示了动物的大脑是如何对意外事件做出反应的。

　　研究人员发现，大脑的两个区域，即新皮层和丘脑，是如何协同工作来检测动物对环境的期望与实际事件之间的差异的。大脑区域选择性地增强或优先处理任何意想不到的感觉信息。

　　这些发现增强了我们对大脑预测处理的理解，并可能为自闭症谱系障碍和精神分裂症谱系障碍中大脑回路的改变提供见解。

　　今天发表在《自然》杂志上的这项研究概述了伦敦大学学院塞恩斯伯里威康中心的科学家们是如何在虚拟现实环境中研究老鼠的，从而使我们更接近于理解大脑中预测误差(期望与现实之间的差异)信号的本质以及它们产生的机制。

　　该研究的主要作者、SWC的组长索尼娅·霍弗教授说:“我们的大脑会不断预测我们周围的世界会发生什么，以及我们行为的后果。”当这些预测出现错误时，就会导致不同大脑区域的强烈激活，而这种预测错误信号对于帮助我们从错误中吸取教训并更新预测非常重要。

　　“但是，尽管它们很重要，但令人惊讶的是，人们对大脑中负责它们的神经回路机制知之甚少。”

　　为了研究大脑是如何处理预期和意外事件的，研究人员将老鼠放在一个虚拟现实环境中，在那里它们可以沿着熟悉的走廊导航以获得奖励。虚拟环境使团队能够精确控制视觉输入，并在墙上引入意想不到的图像。通过使用一种叫做双光子钙成像的技术，研究人员能够记录初级视觉皮层中许多单个神经元的神经活动，初级视觉皮层是大脑新皮层中接收来自眼睛的视觉信息的第一个区域。

　　第一作者Shohei Furutachi博士(伦敦大学学院塞恩斯伯里威康中心)说:“以前的理论认为，预测错误信号编码了实际视觉输入与预期的不同，但令人惊讶的是，我们没有发现任何实验证据。”相反，我们发现大脑会增强神经元的反应，这些神经元对意想不到的视觉输入有最强烈的偏好。我们观察到的误差信号是这种选择性放大视觉信息的结果。

　　“这意味着我们的大脑会发现预测和实际输入之间的差异，从而使意外事件更加突出。”

　　为了了解大脑如何在视觉皮层中产生这种意想不到的感觉输入的放大，研究小组使用了一种称为光遗传学的技术来灭活或激活不同组的神经元。他们发现有两组神经元对视觉皮层中产生预测误差信号很重要:V1中的血管活性肠多肽(VIP)表达抑制性中间神经元和丘脑脑区pulvinar，它整合了来自许多新皮层和皮层下区域的信息，并与V1紧密相连。但研究人员发现，这两组神经元以一种令人惊讶的方式相互作用。

　　Furutachi博士解释说:“通常在神经科学中，我们一次只专注于研究一个大脑区域或通路。但是，由于具有分子生物学背景，我对不同的分子途径如何协同相互作用以实现灵活和上下文调节着迷。我决定测试在神经回路层面，VIP神经元和pulvinar之间是否存在合作的可能性。”

　　事实上，Furutachi博士的研究表明VIP神经元和pulvinar协同作用。VIP神经元就像一个开关板:当VIP神经元关闭时，枕状核抑制新皮层的活动，但当VIP神经元打开时，枕状核可以强烈地、有选择地促进新皮层的感觉反应。因此，这两种通路的合作相互作用介导了视觉皮层的感觉预测误差信号。

　　该团队的下一步工作是探索动物的预测如何以及在大脑中的哪个位置与实际的感官输入进行比较，以计算感官预测误差，以及预测误差信号如何驱动学习。他们还在探索他们的发现如何有助于理解自闭症谱系障碍(ASDs)和精神分裂症谱系障碍(ssd)。

　　Furutachi博士补充说:“有人提出，自闭症谱系障碍和固态硬盘都可以用预测误差系统的不平衡来解释。我们现在正试图将我们的发现应用于asd和ssd模型动物，以研究这些疾病的机械神经回路基础。”

　　这项研究由盖茨比慈善基金会和惠康基金会资助，欧洲研究委员会、国家科学基金会和生物中心也提供了支持。