引言：神经科学的新里程碑——全脑决策图谱的诞生
近年来，神经科学领域取得了一系列令人瞩目的进展。其中，国际大脑实验室（International Brain Laboratory, IBL）与包括麻省理工学院（MIT）神经科学家Ila Fiete教授在内的全球顶尖研究机构的合作，无疑为理解大脑决策机制开启了全新的篇章。这项开创性的研究首次以细胞分辨率绘制了小鼠大脑在复杂决策过程中的全脑活动图谱，其成果以两篇论文的形式同期发表于权威科学期刊《自然》。
这项突破性工作彻底挑战了传统上认为大脑信息处理遵循严格层级结构的观点，并揭示了决策过程并非局限于某个特定的大脑区域，而是在整个大脑中以高度协调和分布式的方式进行。这种对传统认知模型的颠覆，不仅为我们理解智能行为的深层奥秘提供了前所未有的视角，也为未来的神经科学研究设定了新的标准和方向。
IBL的联合创始人Alexandre Pouget强调了此次研究的规模之宏大，指出这是首次在决策过程中绘制出单神经元全脑活动图谱。研究团队在12个实验室的通力合作下，记录了超过50万个神经元的活动，覆盖了小鼠大脑95%的体积，涉及279个脑区。这种前所未有的广度与深度，使得研究人员得以观察到决策活动，尤其是与奖励相关的信号，是如何“点亮”整个大脑，展现出如同圣诞树般璀璨的神经活动景象。
协同探索：建模决策过程的国际努力
这项大脑图谱的成功绘制，离不开一场史无前例的国际神经科学家大协作。研究团队利用最先进的硅电极——神经像素探针（neuropixels probes）进行同步神经记录，精确测量了小鼠在执行特定决策任务时的脑活动。这项任务巧妙地结合了感官、运动和认知元素，为研究大脑如何整合信息提供了理想平台。
在实验中，小鼠被放置在一个屏幕前，屏幕左右两侧会随机出现光点。如果小鼠能通过转动小轮子向正确的方向作出响应，就能获得奖励。为了进一步探究大脑如何利用“先验知识”进行决策，研究人员设计了部分试验中光线极弱的情况，迫使小鼠进行猜测。而光点在某一侧出现的频率会在一段时间内更高，随后再切换到另一侧。经过训练的小鼠能学会利用这种先验信息来提高其猜测的准确性。这种精妙的实验设计，使得研究团队能够深入分析先验期望如何影响感知和决策过程。
Ila Fiete教授作为IBL的参与者之一，对这项合作的科学贡献表示高度认可。她指出，IBL为她的团队开辟了新的科学探索途径，尤其是在数据分析和生成可靠结论的方法标准化方面发挥了关键作用。作为一名致力于构建大脑工作模型计算神经科学家，Fiete教授表示，获取全脑尺度的神经记录是“难以置信的”。传统的局部脑区记录限制了构建和测试理论的能力，导致模型支离破碎。而现在，拥有全脑视图，反而使得决策模型的构建变得更加简化和清晰。
颠覆性发现一：决策的分布式本质
第一篇发表于《自然》的论文，题为“复杂行为中神经活动的全脑图谱”（A brain-wide map of neural activity during complex behaviour），揭示了一个令人惊讶的发现：决策信号在整个大脑中广泛分布，而非局限于特定的“决策中心”。这一发现为不断挑战大脑功能传统层级模型的众多研究增添了全脑层面的有力证据。它强调了在决策、运动启动乃至奖励处理过程中，大脑各区域之间存在着持续且高度协调的通信。
这意味着未来的神经科学研究在探索复杂行为时，必须采取一种更为整体化、全脑参与的视角。Fiete教授对此表示，前所未有的记录广度，如同拉开帷幕般，展现了整个大脑如何完成从感官处理、认知决策到运动生成的完整过程。这种通过标准化大型数据集构建的协作模式，是系统神经科学领域的一场革命，它将神经科学引入了粒子物理学和人类基因组计划等领域所采用的超协作模式，从而促进了科学的飞跃式发展。更重要的是，作为IBL使命的一部分，此次研究的数据集及相关技术早已开放共享，已成为整个神经科学界广泛利用的宝贵资源。
颠覆性发现二：先验期望的全脑编码
第二篇论文，题为“小鼠决策中先验信息的全脑表征”（Brain-wide representations of prior information），则揭示了另一个关键洞察：先验期望——我们基于近期经验对可能发生事件的信念——在整个大脑中被广泛编码。令人意外的是，这些期望信号不仅存在于传统的认知区域，还渗透到处理感官信息和控制运动的脑区。例如，即使在丘脑这样的早期感觉区域，即大脑接收视觉输入的第一站，也编码着先验期望。
这一发现有力支持了“大脑即预测机器”的观点，即大脑通过不断预测和更新期望来指导行为响应。先验期望在多个大脑结构中的编码，在引导行为中发挥着核心作用。这些发现对于理解精神分裂症和自闭症等神经精神疾病具有深远意义，这些疾病通常被认为与大脑更新期望的方式异常有关。
Fiete教授指出，尽管取得了显著进展，仍有许多未解之谜有待探索。例如，如果在一个脑区发现了信号，这究竟意味着该脑区正在生成信号，还是仅仅反映了其他地方生成的信号？我们的世界感知在多大程度上受到期望的影响？现在，研究团队可以开始提出量化答案，并进入下一阶段的实验，通过干预和调节这些期望信号的活动来探究它们的起源。
神经科学协作的新范式
国际大脑实验室（IBL）于2017年正式启动，其核心理念是引入一种全新的神经科学协作模式。这种模式通过在多个实验室之间共享一套标准化的工具和数据处理流程，确保了大规模数据的采集与数据对齐、可重复性。IBL旨在借鉴粒子物理学领域的欧洲核子研究中心（CERN）和生物学领域的人类基因组计划（Human Genome Project）等大型合作项目的成功经验，以民主化和加速科学研究的进程。
这种开放的科学精神是IBL使命的核心。所有来自这些研究的数据，连同用于数据采集的工具和协议的详细规范，都已向全球科学界开放，以供进一步的分析和研究。这些资源摘要可以在IBL网站的“数据”、“工具”和“协议”部分查看和下载，极大地促进了全球神经科学界的共同进步与创新。
结语与展望：开启神经科学的新篇章
这项由IBL主导的小鼠全脑决策图谱研究，不仅在技术和发现层面取得了突破，更在科学协作模式上树立了典范。它证明了通过国际间的紧密合作、数据共享和标准化方法，可以克服单个实验室难以企及的挑战，从而在复杂领域取得重大进展。这种模式预示着神经科学研究将迈入一个更高效、更开放的全新时代。
展望未来，IBL团队计划将其研究范围从最初的决策机制扩展到更广泛的神经科学问题。随着新一轮研究资金的到位，IBL将继续支持大规模、标准化的实验，以期揭示大脑运作的更多基本原理。这项工作不仅深化了我们对大脑决策过程的理解，也为未来精神疾病的诊断与治疗策略开发提供了重要的理论基础和数据支撑，其长远影响将是深远的。
