​里程碑式研究！Cell重磅发布首次绘制小鼠视觉变化检测行为下跨脑区、跨皮层层次、跨细胞类型的精细神经活动图谱

近日，国际顶级学术期刊《Cell》发表了一项来自艾伦研究所的重大研究成果：研究团队利用Neuropixels高密度硅探针技术，对小鼠视觉系统中的超过75,000个神经元进行了大规模同步记录，首次绘制出视觉变化检测行为下跨脑区、跨皮层层次、跨细胞类型的精细神经活动图谱。这一开放获取数据集为理解大脑如何将感官信息转化为行为决策提供了前所未有的资源。

图形摘要

大规模同步记录：解码视觉行为的神经密码

视觉行为需要大脑多个层级区域的协调活动。然而，传统研究方法往往只能同时记录少数脑区的少量神经元，难以捕捉神经网络的全貌。在本研究中，研究团队创新性地采用六根Neuropixels探针同步记录，覆盖了小鼠初级视皮层、外侧及内侧高级视皮层、丘脑和中脑等多个关键区域。

研究共采集了54只小鼠在103次行为实验中的数据，获得了76,091个高质量神经元的放电活动记录。在实验设计中，小鼠需要完成一项图像变化检测任务——当连续呈现的自然图像发生改变时，小鼠需通过舔舐行为获得水奖励。这一范式完美模拟了生物体在动态环境中快速检测变化的生存本能。

关键时间窗口：100毫秒内的决策奥秘

研究最引人注目的发现之一，是确定了视觉皮层活动影响行为选择的关键时间窗口。通过解码分析和光遗传学沉默实验，研究团队精确地将这一窗口定位在图像呈现后的20至100毫秒之间。

研究发现，当视觉刺激发生变化时，信号可以在极短时间内从丘脑传递到皮层，并最终驱动中脑的运动准备。令人惊讶的是，如果在小鼠看到图像变化后100毫秒才开始抑制初级视皮层的活动，小鼠的行为表现完全不受影响。这意味着大脑只需要不到100毫秒的视觉皮层活动就能做出可靠判断。

适应策略：大脑如何“偷懒”做决策？

研究还揭示了一个有趣的认知策略问题。当小鼠面对新颖图像集时，它们对“保留图像”（即在新颖图像集中仍然出现的两张熟悉图像）的变化检测率显著降低。通过对比两种可能的计算模型，研究团队发现，小鼠采用的并非“图像比较策略”，而是更为高效的“适应策略”。

适应策略只需要一个决策边界，而图像比较策略最多需要八个，这种策略避免了维持图像模板所需的持续放电，转而依赖短期突触可塑性机制，包括突触抑制等。从计算经济学的角度看，这是一种非常聪明的偷懒方式。

细胞类型特异性的功能分化

通过光遗传标记技术，研究团队还鉴定了不同亚型的中间神经元在视觉处理中的独特作用。其中，生长抑素阳性（SST⁺）中间神经元展现出惊人的区域特异性：位于初级视皮层和外侧高级视皮层的SST神经元偏好熟悉图像，而位于内侧高级视皮层的SST神经元却偏好新颖图像。

此外，血管活性肠肽阳性（VIP⁺）中间神经元在新颖图像处理中扮演着重要角色。研究推测，VIP神经元可能通过抑制SST神经元从而解除对兴奋性神经元的抑制作用，进而调控新颖图像诱导的扩群反应。

研究意义与未来展望

这项研究不仅为我们理解视觉感知和决策的神经机制提供了前所未有的细节，也为人工智能领域的视觉模型设计带来了启发。研究揭示的“适应策略”和“扩群机制”可能为开发更高效、更鲁棒的计算机视觉算法提供生物学灵感。这张全面的神经活动图谱，为理解感觉运动计算如何在神经网络中实现提供了宝贵的基质。（转化医学网360zhyx.com）

原文链接：

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(26)00745-2

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