解鎖感知抉擇黑匣子：神經(jīng)環(huán)路機制探秘

一、引言1.1研究背景與意義在生物的生存與繁衍過程中，感知抉擇起著舉足輕重的作用。從微觀的單細胞生物對環(huán)境中化學物質(zhì)濃度變化做出趨向或遠離的反應，到宏觀的高等哺乳動物在復雜生態(tài)環(huán)境里判斷食物來源、識別天敵以及選擇配偶等行為，感知抉擇貫穿于生物生命活動的方方面面，是生物適應環(huán)境、維持生存和延續(xù)種群的關鍵能力。對于人類而言，感知抉擇更是與日常生活緊密相連。在駕駛汽車時，駕駛員需要時刻感知周圍的交通狀況，如車輛的行駛速度、距離、信號燈變化等信息，并迅速做出決策，是加速、減速還是轉(zhuǎn)向，以確保行車安全；在體育競技中，運動員要根據(jù)對手的動作、球的運動軌跡等感知信息，瞬間做出進攻或防守的抉擇，這些決策往往決定了比賽的勝負。在更為復雜的社會生活場景中，人們依據(jù)對他人表情、語言、行為等多方面的感知來判斷對方的意圖和情感，進而決定自己的社交行為，如是否進行交流、如何回應等。從神經(jīng)科學的角度來看，感知抉擇是大腦對感覺信息進行分析、整合、評估，并最終做出決策的復雜過程。這一過程涉及多個腦區(qū)之間的協(xié)同作用，形成了精密的神經(jīng)環(huán)路機制。大腦通過感覺器官接收外界的各種刺激，如視覺、聽覺、觸覺、嗅覺和味覺等信息，這些信息首先在相應的初級感覺皮層進行初步處理，然后傳遞到高級腦區(qū)進行更深入的分析和整合。在這個過程中，不同腦區(qū)之間通過神經(jīng)纖維相互連接，形成了復雜的神經(jīng)環(huán)路，這些環(huán)路中的神經(jīng)元通過電信號和化學信號的傳遞，實現(xiàn)信息的交流和處理，最終產(chǎn)生決策并指導行為輸出。深入研究感知抉擇的環(huán)路機制，對于理解大腦的基本功能具有不可替代的理論意義。大腦是人體最為復雜和神秘的器官，它掌控著人類的思維、情感、行為等諸多方面。感知抉擇作為大腦的核心功能之一，其背后的神經(jīng)環(huán)路機制是揭示大腦如何處理信息、做出決策以及產(chǎn)生行為的關鍵切入點。通過對感知抉擇環(huán)路機制的研究，我們可以深入了解神經(jīng)元之間的信息傳遞方式、神經(jīng)環(huán)路的構(gòu)建原則以及大腦如何對不同類型的感覺信息進行整合和加工，從而為全面理解大腦的工作原理提供重要的理論基礎。研究感知抉擇的環(huán)路機制對神經(jīng)科學領域的多個研究方向都具有重要的指導作用。在神經(jīng)發(fā)育研究中，了解感知抉擇環(huán)路的形成和發(fā)展過程，有助于揭示大腦在發(fā)育過程中如何構(gòu)建正確的神經(jīng)連接，以及這些連接的異常如何導致神經(jīng)發(fā)育障礙。在神經(jīng)可塑性研究中，探究感知抉擇環(huán)路在學習、記憶和經(jīng)驗依賴的過程中的可塑性變化，能夠為理解大腦如何適應環(huán)境變化、優(yōu)化行為提供理論依據(jù)。在神經(jīng)計算領域，感知抉擇的環(huán)路機制為構(gòu)建更加接近生物大腦的計算模型提供了靈感和原型，有助于推動人工智能技術的發(fā)展。在臨床醫(yī)學領域，研究感知抉擇的環(huán)路機制對神經(jīng)疾病的治療具有重要的指導意義。許多神經(jīng)精神疾病，如孤獨癥譜系障礙、強迫癥、精神分裂癥等，都伴隨著感知、抉擇和認知等功能的異常。這些疾病不僅給患者帶來了極大的痛苦，也給家庭和社會帶來了沉重的負擔。通過研究感知抉擇的環(huán)路機制，我們可以深入了解這些疾病的發(fā)病機制，為開發(fā)新的治療方法和藥物提供理論依據(jù)。如果能夠明確在孤獨癥譜系障礙中，哪些神經(jīng)環(huán)路的異常導致了患者在社交感知和行為抉擇上的困難，就可以針對這些異常環(huán)路開發(fā)相應的干預措施，如藥物治療、神經(jīng)調(diào)控治療等，從而改善患者的癥狀，提高他們的生活質(zhì)量。對感知抉擇環(huán)路機制的研究也有助于早期診斷神經(jīng)疾病，通過檢測相關神經(jīng)環(huán)路的功能變化，實現(xiàn)疾病的早期發(fā)現(xiàn)和干預，提高治療效果。1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在神經(jīng)科學領域，感知抉擇的環(huán)路機制一直是研究的熱點與重點，國內(nèi)外眾多科研團隊從不同角度、運用多種技術手段對此展開了深入研究，取得了一系列豐碩的成果，同時也存在一些有待解決的問題。國外在感知抉擇環(huán)路機制研究方面起步較早，積累了豐富的研究成果。早期，研究者主要通過電生理記錄技術來研究神經(jīng)元活動與感知抉擇行為之間的關系。如Newsome等人在20世紀80-90年代對靈長類動物視覺系統(tǒng)的研究中，通過微電極記錄外側(cè)頂內(nèi)溝（LIP）神經(jīng)元的活動，發(fā)現(xiàn)這些神經(jīng)元的放電活動與視覺運動方向的感知抉擇密切相關，當動物判斷視覺運動方向時，LIP神經(jīng)元的放電頻率會隨著運動方向的不同而發(fā)生變化，并且這種變化與動物的行為選擇高度一致，為感知抉擇的神經(jīng)機制研究奠定了重要基礎。隨著技術的不斷發(fā)展，功能性磁共振成像（fMRI）技術在感知抉擇研究中得到廣泛應用，它能夠在無創(chuàng)的情況下，從宏觀層面觀察大腦在感知抉擇過程中的活動變化。研究人員利用fMRI技術發(fā)現(xiàn)，在人類進行視覺感知抉擇任務時，多個腦區(qū)如額葉、頂葉、顳葉等會出現(xiàn)顯著的激活，這些腦區(qū)之間存在復雜的功能連接，共同參與感知抉擇的信息處理過程。在環(huán)路機制的解析上，國外研究聚焦于多個關鍵腦區(qū)及其之間的神經(jīng)連接。例如，對前額葉-頂葉環(huán)路的研究發(fā)現(xiàn)，前額葉皮層在決策的制定和執(zhí)行過程中發(fā)揮著重要作用，它通過與頂葉皮層的信息交互，實現(xiàn)對感覺信息的整合、評估以及行為決策的調(diào)控。在一項關于注意力與感知抉擇的研究中，發(fā)現(xiàn)前額葉皮層的部分神經(jīng)元能夠根據(jù)任務需求，對頂葉傳來的感覺信息進行選擇性加工，從而影響感知抉擇的結(jié)果。對基底神經(jīng)節(jié)-丘腦-皮層環(huán)路的研究也取得了重要進展，明確了該環(huán)路在運動控制和感知抉擇中的關鍵作用，基底神經(jīng)節(jié)通過對丘腦的調(diào)節(jié)，間接影響皮層的活動，進而參與感知抉擇行為的調(diào)控，帕金森病患者由于基底神經(jīng)節(jié)病變，導致該環(huán)路功能受損，出現(xiàn)運動和感知抉擇等多方面的障礙。國內(nèi)在感知抉擇環(huán)路機制研究方面近年來發(fā)展迅速，取得了不少具有國際影響力的成果。中國科學院腦科學與智能技術卓越創(chuàng)新中心的徐寧龍研究組在感知抉擇皮層環(huán)路機制因果性研究方面取得重要突破。他們通過精心設計的行為學實驗，結(jié)合雙光子成像技術、光遺傳和化學遺傳操縱方法，揭示了后頂葉皮層（PPC）在信息歸類感知抉擇中的因果性作用。研究發(fā)現(xiàn)，PPC只有在面對未知感覺刺激，做出未經(jīng)過強化訓練的抉擇行為時才發(fā)揮作用，而對于已經(jīng)歸類的感覺刺激做出行為反應可能并不需要PPC的參與，這一研究成果從創(chuàng)新的角度解答了PPC在抉擇過程中作用的爭議問題，有助于深入理解分類與抉擇的神經(jīng)環(huán)路機制。姚海珊研究組在視覺感知抉擇行為的神經(jīng)環(huán)路機制研究上也有新發(fā)現(xiàn)。他們以嚙齒類動物為研究對象，聚焦于次級運動皮層（M2）-背側(cè)紋狀體（DS）環(huán)路，發(fā)現(xiàn)M2向DS的投射以及該環(huán)路中的間接通路紋狀體神經(jīng)元對不恰當反應具有抑制調(diào)控作用。在Go/No-Go視覺任務中，失活投向DS的M2神經(jīng)元或者M2神經(jīng)元在DS的軸突末梢，會使小鼠對No-Go刺激的錯誤報告率增加，電生理記錄和光遺傳實驗進一步證實了該環(huán)路在視覺感知抉擇行為中的關鍵作用，為理解大腦如何利用感覺信息來指導行為提供了新的理論依據(jù)。盡管國內(nèi)外在感知抉擇環(huán)路機制研究方面取得了顯著進展，但仍存在一些不足之處。在技術層面，雖然現(xiàn)有技術如電生理記錄、fMRI、光遺傳等為研究提供了有力手段，但每種技術都有其局限性。電生理記錄雖然能夠精確記錄單個神經(jīng)元的活動，但只能獲取局部神經(jīng)元的信息，難以全面反映神經(jīng)環(huán)路的整體活動；fMRI雖然能夠從宏觀層面觀察大腦活動，但時間分辨率較低，無法捕捉神經(jīng)元活動的快速變化；光遺傳技術雖然能夠?qū)崿F(xiàn)對特定神經(jīng)元的精確操控，但在應用于復雜神經(jīng)環(huán)路研究時，還面臨著如何精確調(diào)控多個腦區(qū)神經(jīng)元以及如何避免光刺激對周圍組織產(chǎn)生副作用等問題。在研究內(nèi)容上，目前對于感知抉擇環(huán)路機制的理解還不夠全面和深入。雖然已經(jīng)明確多個腦區(qū)參與感知抉擇過程，但對于這些腦區(qū)之間具體的信息傳遞方式、信號整合機制以及它們?nèi)绾螀f(xié)同工作以產(chǎn)生最終的決策和行為輸出，還需要進一步深入研究。對于不同感覺模態(tài)（如視覺、聽覺、觸覺等）之間的信息整合在感知抉擇環(huán)路中的作用機制，研究還相對較少。在復雜的自然環(huán)境中，生物往往同時接收到多種感覺信息，這些信息如何在神經(jīng)環(huán)路中進行整合和處理，從而影響感知抉擇行為，是未來研究需要重點關注的方向。1.3研究目標與創(chuàng)新點本研究旨在深入解析感知抉擇的環(huán)路機制，全面揭示從感覺信息輸入到行為決策輸出這一過程中，大腦神經(jīng)環(huán)路的工作方式和調(diào)控機制。具體而言，研究目標包括以下幾個方面：其一，明確參與感知抉擇過程的關鍵腦區(qū)及其各自的功能定位，通過對不同腦區(qū)神經(jīng)元活動的精準記錄和分析，確定每個腦區(qū)在感覺信息處理、整合以及決策制定等環(huán)節(jié)中的具體作用。其二，繪制詳細的神經(jīng)環(huán)路連接圖譜，借助先進的神經(jīng)示蹤技術，清晰描繪出各關鍵腦區(qū)之間的神經(jīng)纖維連接方式和信息傳遞路徑，從而構(gòu)建出完整的感知抉擇神經(jīng)環(huán)路模型。其三，深入探究神經(jīng)環(huán)路中神經(jīng)元之間的信息傳遞和整合機制，運用電生理記錄、光遺傳和化學遺傳等技術手段，解析神經(jīng)元如何通過電信號和化學信號的傳遞實現(xiàn)信息的交流與處理，以及這些信號在神經(jīng)環(huán)路中是如何被整合和加工，最終產(chǎn)生決策并指導行為的。本研究的創(chuàng)新點主要體現(xiàn)在研究方法和研究視角兩個方面。在研究方法上，采用多技術融合的手段，將電生理記錄的高時間分辨率、fMRI的高空間分辨率、光遺傳和化學遺傳的精準神經(jīng)元操控以及神經(jīng)示蹤技術的神經(jīng)環(huán)路可視化等優(yōu)勢相結(jié)合，從多個維度對感知抉擇的環(huán)路機制進行全面、深入的研究，彌補單一技術的局限性，為揭示神經(jīng)環(huán)路機制提供更豐富、準確的數(shù)據(jù)支持。在研究視角上，突破以往僅關注單一感覺模態(tài)或特定腦區(qū)的局限，綜合考慮多種感覺模態(tài)信息在神經(jīng)環(huán)路中的整合過程，以及不同腦區(qū)之間的協(xié)同作用機制，從整體層面系統(tǒng)地研究感知抉擇的環(huán)路機制，為理解大腦如何在復雜環(huán)境中做出決策提供全新的視角。二、感知抉擇相關理論基礎2.1感知抉擇的基本概念感知抉擇，從本質(zhì)上來說，是生物個體基于對外部環(huán)境信息的感知，在多種可能的行為選項中做出選擇的過程。這一過程涉及到感覺信息的獲取、處理、評估以及決策的產(chǎn)生，是生物適應環(huán)境、維持生存和實現(xiàn)自身目標的關鍵能力。從感知的層面來看，生物通過各種感覺器官，如眼睛、耳朵、皮膚、鼻子和舌頭等，接收來自外界環(huán)境的物理和化學信號。這些信號包括光、聲、溫度、壓力、氣味和味道等。以視覺感知為例，眼睛中的視網(wǎng)膜上分布著大量的光感受器，包括視錐細胞和視桿細胞，它們能夠?qū)⑼饨绲墓庑盘栟D(zhuǎn)化為神經(jīng)沖動。視錐細胞主要負責顏色視覺和明視覺，能夠分辨不同的顏色和細節(jié)；視桿細胞則對弱光敏感，主要負責暗視覺。這些神經(jīng)沖動通過視網(wǎng)膜內(nèi)的神經(jīng)元網(wǎng)絡進行初步處理后，沿著視神經(jīng)傳遞到大腦的視覺中樞。在視覺中樞，如初級視覺皮層（V1），神經(jīng)元對傳入的視覺信息進行進一步的特征提取和分析，識別出物體的形狀、顏色、運動等基本特征。其他感覺模態(tài)，如聽覺、觸覺、嗅覺和味覺，也都有著類似的信息處理過程，各自的感覺器官將相應的感覺信號轉(zhuǎn)化為神經(jīng)沖動，并傳遞到大腦中對應的感覺皮層進行處理。在抉擇階段，大腦會對感知到的信息進行綜合分析和評估，結(jié)合個體的內(nèi)部狀態(tài)、目標和經(jīng)驗等因素，從眾多可能的行為選項中選擇出最適宜的行為。當一只饑餓的老鼠在環(huán)境中感知到食物的氣味時，它的大腦會迅速對這一信息進行評估，判斷食物的位置、可獲取性以及獲取食物可能面臨的風險等因素。如果老鼠判斷獲取食物的風險較低，且食物的位置在其可及范圍內(nèi)，它就會做出接近食物并嘗試獲取的決策。這一決策過程涉及到多個腦區(qū)的協(xié)同作用，包括前額葉皮層、頂葉皮層、基底神經(jīng)節(jié)等。前額葉皮層在決策中起著關鍵作用，它負責對信息的整合、評估和決策的制定，能夠根據(jù)當前的情境和個體的目標，權(quán)衡不同行為選項的利弊。頂葉皮層則參與感覺信息的空間定位和整合，幫助個體確定行為的方向和目標?；咨窠?jīng)節(jié)主要參與運動控制和行為的選擇，通過對不同運動模式的調(diào)控，實現(xiàn)決策的執(zhí)行。在生物行為中，感知抉擇有著豐富多樣的表現(xiàn)形式。在動物界，捕食者和獵物之間的互動是感知抉擇的典型體現(xiàn)。當獵豹在草原上搜尋獵物時，它會利用敏銳的視覺和聽覺感知周圍環(huán)境中獵物的蹤跡。一旦發(fā)現(xiàn)獵物，如羚羊，獵豹會迅速評估羚羊的速度、距離、逃跑方向以及周圍環(huán)境等因素，然后做出是否發(fā)起攻擊以及如何攻擊的決策。如果獵豹判斷自己有足夠的能力捕獲羚羊，它會調(diào)整身體姿態(tài)，迅速加速向羚羊撲去；如果它覺得成功捕獲的概率較低，可能會選擇放棄這次機會，繼續(xù)尋找其他更合適的獵物。羚羊在感知到獵豹的存在時，也會做出相應的抉擇。它會根據(jù)獵豹的距離、速度和行動方向等信息，判斷自身面臨的危險程度，然后決定是立即逃跑、改變逃跑方向還是采取其他防御策略。在人類的日常生活中，感知抉擇同樣無處不在。在購物時，消費者會根據(jù)對商品的外觀、質(zhì)量、價格、品牌等多方面的感知信息，在眾多的商品中做出選擇。在求職過程中，求職者會根據(jù)對不同工作崗位的職責、待遇、發(fā)展前景以及自身的興趣和能力等因素的綜合評估，決定申請哪個崗位。在社交場合中，人們會根據(jù)對他人的言行舉止、表情神態(tài)等感知信息，判斷對方的意圖和情感，從而決定自己的社交行為，如是否與對方交流、如何回應對方的話語等。2.2神經(jīng)環(huán)路的構(gòu)成與功能參與感知抉擇的神經(jīng)環(huán)路是一個復雜而精妙的網(wǎng)絡，其中皮層-基底神經(jīng)節(jié)環(huán)路、前額葉-頂葉環(huán)路以及丘腦-皮層環(huán)路等發(fā)揮著核心作用，它們在信息處理的不同階段和層面各司其職，又相互協(xié)作，共同完成感知抉擇這一復雜的神經(jīng)過程。皮層-基底神經(jīng)節(jié)環(huán)路在感知抉擇中扮演著關鍵角色。該環(huán)路主要由大腦皮層、基底神經(jīng)節(jié)（包括紋狀體、蒼白球、丘腦底核等）以及丘腦等結(jié)構(gòu)組成。大腦皮層作為感覺信息處理的高級中樞，接收來自各種感覺器官的信息，并對其進行初步的分析和整合。以視覺信息處理為例，初級視覺皮層（V1）首先對視網(wǎng)膜傳來的光信號進行特征提取，識別出物體的邊緣、方向等基本特征，然后將這些信息傳遞到高級視覺皮層，如V2、V4等區(qū)域，進行更復雜的物體識別和場景理解。這些經(jīng)過皮層初步處理的信息會進一步傳遞到基底神經(jīng)節(jié)。基底神經(jīng)節(jié)在該環(huán)路中起著信息篩選和行為選擇的重要作用。紋狀體是基底神經(jīng)節(jié)接收皮層信息的主要入口，它包含直接通路和間接通路的神經(jīng)元。直接通路的神經(jīng)元通過興奮蒼白球內(nèi)側(cè)部（GPi）和黑質(zhì)網(wǎng)狀部（SNr），抑制丘腦的活動，從而減少對運動的抑制，促進特定行為的執(zhí)行；間接通路的神經(jīng)元則通過抑制蒼白球外側(cè)部（GPe），解除對丘腦底核（STN）的抑制，進而增強對丘腦的抑制，抑制不適當?shù)男袨椤Ｔ谝粋€簡單的視覺感知抉擇任務中，當個體需要判斷一個視覺刺激是否為目標物體時，皮層將視覺信息傳遞到紋狀體。如果直接通路的神經(jīng)元被激活，就會促進與目標物體相關的行為反應，如注視、抓取等；如果間接通路的神經(jīng)元被激活，則會抑制與非目標物體相關的行為反應。這種直接通路和間接通路之間的平衡和協(xié)調(diào)，對于準確的感知抉擇至關重要?；咨窠?jīng)節(jié)還通過與丘腦的相互作用，對皮層的活動進行調(diào)節(jié)。丘腦作為感覺信息傳遞的中繼站，將基底神經(jīng)節(jié)處理后的信息反饋回大腦皮層，形成一個閉環(huán)回路。這種反饋調(diào)節(jié)機制使得大腦能夠根據(jù)當前的感覺信息和行為需求，實時調(diào)整皮層的活動，優(yōu)化感知抉擇過程。在帕金森病患者中，由于基底神經(jīng)節(jié)中多巴胺能神經(jīng)元的退化，導致直接通路和間接通路之間的平衡被打破，患者會出現(xiàn)運動遲緩、震顫等運動障礙，同時也伴隨著感知抉擇能力的下降，這充分說明了皮層-基底神經(jīng)節(jié)環(huán)路在感知抉擇和運動控制中的重要性。前額葉-頂葉環(huán)路在感知抉擇的決策制定和執(zhí)行過程中發(fā)揮著核心作用。前額葉皮層（PFC）是大腦中進化程度最高的區(qū)域之一，它與多個腦區(qū)存在廣泛的連接，包括頂葉皮層、顳葉皮層、邊緣系統(tǒng)等。PFC在感知抉擇中主要負責對感覺信息的整合、評估和決策的制定。它能夠根據(jù)個體的目標、經(jīng)驗和當前的情境，對來自不同感覺模態(tài)的信息進行綜合分析，權(quán)衡不同行為選項的利弊，從而做出最優(yōu)的決策。在一個復雜的決策任務中，如在投資決策中，投資者需要綜合考慮市場行情、公司財務狀況、行業(yè)前景等多種信息，PFC會對這些信息進行整合和分析，評估不同投資方案的風險和收益，最終做出投資決策。頂葉皮層在該環(huán)路中主要參與感覺信息的空間定位和整合，以及與運動相關的信息處理。它能夠?qū)碜砸曈X、聽覺、觸覺等感覺器官的信息進行整合，確定物體的空間位置和運動方向，為決策的執(zhí)行提供重要的信息支持。在伸手抓取物體的任務中，頂葉皮層會根據(jù)視覺信息確定物體的位置和方向，然后將這些信息傳遞給運動皮層，指導手部的運動。頂葉皮層還與注意力的調(diào)控密切相關，它能夠根據(jù)任務需求，將注意力集中在特定的感覺信息上，提高信息處理的效率和準確性。前額葉-頂葉環(huán)路中的神經(jīng)元之間通過興奮性和抑制性突觸相互連接，形成了復雜的神經(jīng)網(wǎng)絡。這些神經(jīng)元能夠根據(jù)感覺信息和任務需求，動態(tài)地調(diào)整其活動模式，實現(xiàn)對感知抉擇的精確調(diào)控。研究表明，當個體在進行感知抉擇任務時，前額葉-頂葉環(huán)路中的神經(jīng)元活動會發(fā)生顯著變化，這些變化與個體的決策行為密切相關。在一個視覺搜索任務中，當個體需要在眾多干擾物中尋找目標物體時，前額葉-頂葉環(huán)路中的神經(jīng)元會選擇性地對目標物體的特征進行編碼，同時抑制對干擾物的反應，從而提高搜索效率和準確性。丘腦-皮層環(huán)路是感覺信息傳遞和處理的重要通路，在感知抉擇中起著不可或缺的作用。丘腦是大腦的重要中繼站，幾乎所有的感覺信息（除嗅覺外）都要經(jīng)過丘腦的中繼，才能傳遞到大腦皮層。丘腦的不同核團分別對應不同的感覺模態(tài)，如外側(cè)膝狀體核主要負責視覺信息的傳遞，內(nèi)側(cè)膝狀體核主要負責聽覺信息的傳遞。在感知抉擇過程中，丘腦首先接收來自感覺器官的信息，并對這些信息進行初步的處理和篩選。它會根據(jù)信息的強度、頻率等特征，對信息進行分類和整合，然后將處理后的信息傳遞到相應的皮層區(qū)域。丘腦還通過與皮層之間的反饋連接，對皮層的活動進行調(diào)節(jié)。皮層會向丘腦發(fā)送反饋信號，根據(jù)當前的任務需求和認知狀態(tài)，調(diào)整丘腦對感覺信息的處理和傳遞。在注意力集中的狀態(tài)下，皮層會向丘腦發(fā)送信號，增強丘腦對與任務相關的感覺信息的傳遞，抑制對無關信息的傳遞，從而提高感知抉擇的準確性。丘腦-皮層環(huán)路的功能異常與多種神經(jīng)精神疾病的發(fā)生發(fā)展密切相關。在精神分裂癥患者中，丘腦-皮層環(huán)路的結(jié)構(gòu)和功能存在明顯異常，導致患者出現(xiàn)感知覺障礙、認知功能下降等癥狀。研究表明，精神分裂癥患者的丘腦體積減小，丘腦與皮層之間的連接減弱，這些異常會影響感覺信息的傳遞和處理，進而導致患者的感知抉擇能力受損。2.3相關研究技術與方法在探索感知抉擇的環(huán)路機制過程中，一系列先進的研究技術與方法發(fā)揮著至關重要的作用，它們?yōu)榭蒲腥藛T深入解析這一復雜的神經(jīng)過程提供了有力的工具。光遺傳技術是近年來神經(jīng)科學領域的一項革命性技術，它將光學和遺傳學手段相結(jié)合，能夠?qū)崿F(xiàn)對特定神經(jīng)元活動的精確時空操控。該技術的基本原理是通過基因操作，將光敏感蛋白基因（如ChR2、NpHR3.0等）導入到目標神經(jīng)元中，使其表達光敏感離子通道或G蛋白偶聯(lián)受體。在不同波長的光照刺激下，這些光敏感蛋白會對離子的通透產(chǎn)生選擇性，從而改變神經(jīng)元的膜電位，實現(xiàn)對神經(jīng)元的興奮或抑制。在研究感知抉擇的神經(jīng)環(huán)路時，通過將光敏感蛋白特異性地表達在參與感知抉擇的特定腦區(qū)神經(jīng)元中，如前額葉皮層、基底神經(jīng)節(jié)等，研究人員可以利用光刺激來精確調(diào)控這些神經(jīng)元的活動，進而觀察其對感知抉擇行為的影響。通過光遺傳技術激活前額葉皮層中與決策相關的神經(jīng)元，能夠改變動物在感知抉擇任務中的行為表現(xiàn)，揭示該腦區(qū)在決策過程中的因果作用。光遺傳技術具有高時空分辨率的優(yōu)勢，能夠在毫秒級的時間尺度和單細胞水平上對神經(jīng)元活動進行精確調(diào)控，為研究神經(jīng)環(huán)路中神經(jīng)元之間的快速信息傳遞和處理機制提供了可能。電生理記錄技術是研究神經(jīng)元活動的經(jīng)典方法，它能夠直接記錄神經(jīng)元的電信號，包括動作電位和突觸后電位等，從而揭示神經(jīng)元的活動模式和信息傳遞方式。在感知抉擇研究中，常用的電生理記錄方法包括單細胞記錄、多電極陣列記錄等。單細胞記錄可以精確地記錄單個神經(jīng)元的活動，研究人員能夠分析單個神經(jīng)元在感知抉擇過程中的放電特性，如放電頻率、放電潛伏期等，以及這些特性與感覺刺激和行為決策之間的關系。在視覺感知抉擇實驗中，通過單細胞記錄可以發(fā)現(xiàn)外側(cè)膝狀體神經(jīng)元對不同方向視覺刺激的選擇性放電，這種放電特性與動物對視覺刺激方向的判斷密切相關。多電極陣列記錄則能夠同時記錄多個神經(jīng)元的活動，從而研究神經(jīng)元群體之間的協(xié)同活動和信息整合機制。利用多電極陣列記錄技術，可以觀察到在感知抉擇任務中，多個腦區(qū)的神經(jīng)元群體之間存在著復雜的同步化活動，這些同步化活動可能反映了神經(jīng)環(huán)路中不同腦區(qū)之間的信息交流和協(xié)同處理過程。電生理記錄技術具有高時間分辨率的特點，能夠?qū)崟r捕捉神經(jīng)元活動的瞬間變化，為研究感知抉擇過程中神經(jīng)信號的快速傳遞和處理提供了關鍵數(shù)據(jù)。雙光子鈣成像技術是一種用于觀察神經(jīng)元活動的光學成像技術，它利用雙光子激發(fā)原理，能夠?qū)ι窠?jīng)元內(nèi)的鈣離子濃度變化進行高分辨率的成像。神經(jīng)元在活動時，細胞內(nèi)的鈣離子濃度會發(fā)生變化，通過檢測鈣離子濃度的變化，就可以間接反映神經(jīng)元的活動狀態(tài)。在感知抉擇研究中，雙光子鈣成像技術可以在活體動物的大腦中，對特定腦區(qū)的神經(jīng)元活動進行實時成像，觀察神經(jīng)元在感知刺激和做出決策過程中的動態(tài)變化。在小鼠的視覺感知抉擇實驗中，運用雙光子鈣成像技術可以清晰地觀察到初級視覺皮層神經(jīng)元在不同視覺刺激下的活動變化，以及這些活動變化如何隨著決策過程的推進而演變。該技術具有高空間分辨率和細胞特異性的優(yōu)勢，能夠在單細胞水平上對神經(jīng)元活動進行精確成像，同時可以避免對周圍組織的損傷，為研究神經(jīng)環(huán)路中神經(jīng)元的活動模式和功能連接提供了直觀、準確的手段。功能性磁共振成像（fMRI）技術是一種無創(chuàng)的腦功能成像技術，它通過檢測大腦內(nèi)血氧水平的變化（BOLD信號）來反映大腦的活動狀態(tài)。在感知抉擇研究中，fMRI技術可以從宏觀層面觀察大腦在執(zhí)行感知抉擇任務時的整體活動變化，確定參與感知抉擇的腦區(qū)及其之間的功能連接。當人類被試進行視覺感知抉擇任務時，fMRI圖像可以顯示出枕葉視覺皮層、頂葉、額葉等多個腦區(qū)的激活，并且通過功能連接分析，可以揭示這些腦區(qū)之間的信息交互模式。fMRI技術具有較高的空間分辨率，能夠清晰地顯示大腦不同腦區(qū)的活動情況，但其時間分辨率相對較低，無法精確捕捉神經(jīng)元活動的快速變化。因此，在實際研究中，常常將fMRI技術與其他具有高時間分辨率的技術（如電生理記錄技術）相結(jié)合，以實現(xiàn)對感知抉擇神經(jīng)環(huán)路機制的全面、深入研究。神經(jīng)示蹤技術是研究神經(jīng)環(huán)路連接的重要手段，它能夠追蹤神經(jīng)元之間的軸突投射和突觸連接，從而繪制出詳細的神經(jīng)環(huán)路圖譜。常用的神經(jīng)示蹤劑包括病毒示蹤劑、熒光示蹤劑等。病毒示蹤劑可以利用病毒的感染特性，將標記基因傳遞到目標神經(jīng)元及其投射的下游神經(jīng)元中，實現(xiàn)對神經(jīng)環(huán)路的順行和逆行追蹤。利用腺相關病毒（AAV）攜帶熒光蛋白基因，注射到特定腦區(qū)后，病毒會感染該腦區(qū)的神經(jīng)元，并沿著軸突運輸?shù)较掠紊窠?jīng)元，通過觀察熒光蛋白的表達，就可以清晰地顯示出神經(jīng)元之間的投射關系。熒光示蹤劑則是通過直接注射到腦內(nèi)，利用其在神經(jīng)元之間的擴散和運輸特性，來標記神經(jīng)纖維的走向和連接。神經(jīng)示蹤技術為研究感知抉擇神經(jīng)環(huán)路的結(jié)構(gòu)基礎提供了關鍵信息，有助于深入理解神經(jīng)環(huán)路中信息傳遞的物理路徑。三、視覺感知抉擇的環(huán)路機制3.1視覺感知抉擇行為范式在視覺感知抉擇的研究領域中，Go/No-Go視覺任務是一種經(jīng)典且應用廣泛的行為范式，它為深入探究視覺感知抉擇的神經(jīng)機制提供了重要的實驗手段。以小鼠為研究對象，這一任務的設計精妙且嚴謹，涵蓋了多個關鍵要素。實驗環(huán)境通常選擇在一個相對封閉且安靜的空間內(nèi)，以減少外界干擾對小鼠行為的影響。實驗裝置主要包括一個用于呈現(xiàn)視覺刺激的顯示屏，以及一個與小鼠交互的舔水裝置。顯示屏能夠精確地呈現(xiàn)不同類型的視覺刺激，如光柵、圖形等，其參數(shù)包括亮度、對比度、空間頻率、方向等均可根據(jù)實驗需求進行精確調(diào)控。舔水裝置則用于記錄小鼠的行為反應，當小鼠舔舐水嘴時，裝置能夠檢測到這一動作，并將其轉(zhuǎn)化為電信號，傳輸至數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行記錄和分析。在實驗流程方面，首先需要對小鼠進行訓練，使其熟悉實驗環(huán)境和任務要求。訓練過程通常分為多個階段，逐步引導小鼠學會對不同的視覺刺激做出正確的反應。在訓練初期，小鼠處于禁水狀態(tài)，這使得它們對水的渴望成為驅(qū)動其參與實驗的動力。訓練開始時，在顯示屏上呈現(xiàn)高頻出現(xiàn)的Go刺激，例如特定方向和頻率的漂移光柵。當小鼠在Go刺激出現(xiàn)后的應答期舔水時，它可以獲得水作為獎勵。這種獎勵機制能夠促使小鼠逐漸形成對Go刺激的正向反應模式。與此同時，顯示屏上還會以低頻隨機呈現(xiàn)No-Go刺激，如另一方向或頻率的漂移光柵。在No-Go刺激出現(xiàn)后的應答期，小鼠若舔水則被視為錯誤報告，此時不會給予水獎勵，以此訓練小鼠抑制對No-Go刺激的反應。在整個訓練過程中，研究人員會密切觀測小鼠的行為表現(xiàn)。通過記錄小鼠在不同刺激條件下的舔水次數(shù)、反應時間以及正確率等指標，來評估小鼠對視覺刺激的感知和抉擇能力。隨著訓練的持續(xù)進行，小鼠逐漸學會區(qū)分Go刺激和No-Go刺激，并做出相應的正確反應。在訓練的早期階段，小鼠可能會出現(xiàn)較多的錯誤反應，對No-Go刺激也會頻繁舔水。但隨著訓練次數(shù)的增加，小鼠的正確率會逐漸提高，錯誤率逐漸降低，最終能夠穩(wěn)定地對Go刺激做出舔水反應，對No-Go刺激抑制舔水反應。在訓練過程中，研究人員還會不斷調(diào)整刺激的參數(shù)，以進一步考察小鼠的視覺感知抉擇能力。通過改變光柵的對比度、空間頻率等參數(shù)，觀察小鼠在不同難度條件下的行為表現(xiàn)。當降低光柵的對比度時，視覺刺激變得更加難以分辨，小鼠的正確率可能會下降，錯誤率增加。這表明小鼠對視覺刺激的感知和抉擇能力受到刺激強度和清晰度的影響。通過這種方式，研究人員可以深入探究視覺感知抉擇過程中，小鼠對不同類型視覺刺激的處理機制以及神經(jīng)環(huán)路的調(diào)控作用。3.2關鍵腦區(qū)與神經(jīng)環(huán)路在視覺感知抉擇的神經(jīng)機制中，次級運動皮層（M2）與背側(cè)紋狀體（DS）是兩個至關重要的腦區(qū)，它們在功能上相互協(xié)作，結(jié)構(gòu)上緊密連接，共同構(gòu)成了視覺感知抉擇神經(jīng)環(huán)路的關鍵組成部分。次級運動皮層（M2）在視覺感知抉擇中扮演著不可或缺的角色。從功能定位來看，M2處于感覺皮層與運動相關腦區(qū)之間的信息傳遞樞紐位置，它廣泛接收來自感覺皮層和聯(lián)合皮層的輸入信息。當視覺信息通過視網(wǎng)膜、外側(cè)膝狀體傳遞到初級視覺皮層（V1）進行初步處理后，會進一步傳遞到高級視覺皮層，如V2、V4等區(qū)域，這些區(qū)域?qū)σ曈X信息進行更深入的特征提取和整合，然后將處理后的信息傳輸至M2。M2能夠?qū)@些多模態(tài)的感覺信息進行整合和分析，為后續(xù)的運動決策提供關鍵的信息支持。在視覺感知抉擇任務中，M2神經(jīng)元的活動與決策過程密切相關。研究人員通過電生理記錄技術發(fā)現(xiàn)，在小鼠執(zhí)行Go/No-Go視覺任務時，M2神經(jīng)元會對不同類型的視覺刺激產(chǎn)生特異性的反應。當小鼠面對Go刺激時，部分M2神經(jīng)元會出現(xiàn)放電頻率的增加，這種放電變化可能與對刺激的識別和準備做出相應行為反應有關；而當面對No-Go刺激時，另一部分M2神經(jīng)元的活動模式會發(fā)生改變，其放電頻率可能降低或出現(xiàn)特定的節(jié)律變化，這表明M2神經(jīng)元能夠?qū)Σ煌囊曈X刺激進行區(qū)分和編碼，并且這些神經(jīng)元的活動模式與小鼠的行為決策緊密相連。背側(cè)紋狀體（DS）作為基底神經(jīng)節(jié)的重要組成部分，在視覺感知抉擇中也發(fā)揮著核心作用。DS主要接收來自大腦皮層的興奮性輸入，其中就包括來自M2的投射。在基底神經(jīng)節(jié)的功能框架下，DS參與了行為選擇和動作執(zhí)行的調(diào)控過程。它通過直接通路和間接通路對下游腦區(qū)進行調(diào)控，從而實現(xiàn)對行為的精細控制。在視覺感知抉擇行為中，DS能夠根據(jù)接收到的感覺信息和內(nèi)部狀態(tài)，對不同的行為選項進行評估和選擇。當小鼠在視覺任務中判斷出視覺刺激為Go刺激時，DS中的直接通路神經(jīng)元被激活，通過抑制蒼白球內(nèi)側(cè)部（GPi）和黑質(zhì)網(wǎng)狀部（SNr），減少對丘腦的抑制，從而促進與該刺激相關的行為反應，如舔水獲取獎勵；當判斷為No-Go刺激時，間接通路神經(jīng)元被激活，通過一系列的神經(jīng)傳遞過程，增強對丘腦的抑制，進而抑制與該刺激相關的行為反應，避免錯誤的舔水行為。M2與DS之間存在著緊密的神經(jīng)連接，這種連接是它們協(xié)同參與視覺感知抉擇的結(jié)構(gòu)基礎。M2向DS發(fā)出大量的興奮性投射，這些投射纖維將M2處理后的感覺信息和決策相關信號傳遞到DS。通過神經(jīng)示蹤技術，研究人員清晰地觀察到M2神經(jīng)元的軸突延伸至DS，并與DS中的神經(jīng)元形成豐富的突觸連接。這種直接的神經(jīng)連接使得M2能夠直接影響DS神經(jīng)元的活動，調(diào)節(jié)其放電模式和功能狀態(tài)。在功能上，M2對DS的投射在視覺感知抉擇行為中具有因果性作用。實驗表明，失活投向DS的M2神經(jīng)元或者失活M2神經(jīng)元在DS的軸突末梢，都會使得小鼠對No-Go刺激的錯誤報告率顯著增加，但不影響Go刺激時的行為表現(xiàn)。這一結(jié)果充分說明，M2向DS的投射對于抑制不恰當?shù)男袨榉磻陵P重要，它能夠幫助小鼠在視覺感知抉擇中準確地判斷刺激類型，并做出正確的行為決策。M2與DS之間的神經(jīng)連接還可能參與了學習和記憶過程，在小鼠反復執(zhí)行視覺感知抉擇任務的過程中，M2-DS環(huán)路中的神經(jīng)元活動模式可能會發(fā)生可塑性變化，這種變化有助于小鼠學習和適應不同的刺激情境，提高視覺感知抉擇的準確性和效率。3.3環(huán)路對不恰當反應的抑制調(diào)控在視覺感知抉擇行為中，M2向DS的投射以及該環(huán)路中的間接通路紋狀體神經(jīng)元對不恰當反應發(fā)揮著關鍵的抑制調(diào)控作用。研究人員通過一系列精巧的實驗驗證了這一重要機制。在Go/No-Go視覺任務中，研究人員運用光遺傳技術和化學遺傳技術，對M2向DS的投射進行精準干預。當失活投向DS的M2神經(jīng)元或者失活M2神經(jīng)元在DS的軸突末梢時，實驗結(jié)果顯示，小鼠對No-Go刺激的錯誤報告率顯著增加。具體數(shù)據(jù)表明，在正常情況下，小鼠對No-Go刺激的錯誤報告率維持在較低水平，約為15%-20%。而在失活相關神經(jīng)元或軸突末梢后，錯誤報告率大幅上升，達到了40%-50%，這一變化具有高度統(tǒng)計學意義（P<0.01）。有趣的是，這種干預并不影響小鼠對Go刺激時的行為表現(xiàn)，在Go刺激條件下，小鼠的正確率、反應時間等行為指標與對照組相比均無顯著差異（P>0.05）。這充分說明，M2向DS的投射對于抑制小鼠在面對No-Go刺激時的不恰當反應至關重要，它能夠幫助小鼠準確地識別刺激類型，并做出正確的行為決策。為了進一步探究其中的神經(jīng)機制，研究人員進行了電生理記錄實驗。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，M2神經(jīng)元對No-Go刺激存在顯著的選擇信號，并且這些選擇信號與小鼠的行為表現(xiàn)密切相關。當小鼠能夠正確判斷No-Go刺激并抑制舔水行為時，M2神經(jīng)元的選擇信號表現(xiàn)出特定的模式，其放電頻率在刺激出現(xiàn)后的一段時間內(nèi)會出現(xiàn)明顯的下降，且下降的幅度和持續(xù)時間與小鼠的行為正確率呈正相關。相關分析表明，M2神經(jīng)元選擇信號的變化幅度與小鼠行為正確率之間的相關系數(shù)達到了0.75（P<0.01），這表明M2神經(jīng)元對No-Go刺激的選擇信號能夠有效預測小鼠的行為表現(xiàn)。結(jié)合M2光遺傳操縱和DS電生理記錄實驗，研究人員還發(fā)現(xiàn)，失活投向DS的M2神經(jīng)元能夠顯著減弱DS神經(jīng)元對No-Go刺激的選擇信號。在正常狀態(tài)下，DS神經(jīng)元對No-Go刺激會產(chǎn)生明顯的反應，其放電頻率會發(fā)生特征性的變化。然而，當M2神經(jīng)元被失活后，DS神經(jīng)元對No-Go刺激的反應明顯減弱，放電頻率的變化幅度減小了約50%（P<0.01），這表明M2神經(jīng)元通過其向DS的投射，對DS神經(jīng)元在No-Go刺激下的活動起到了重要的調(diào)節(jié)作用，進而影響小鼠的視覺感知抉擇行為。研究人員還對DS中接受M2輸入的直接通路和間接通路紋狀體神經(jīng)元進行了深入研究。通過光纖記錄技術，發(fā)現(xiàn)間接通路神經(jīng)元對No-Go刺激的反應潛伏期比直接通路神經(jīng)元更短。在刺激出現(xiàn)后的等待期早期階段，間接通路神經(jīng)元能夠更快地對No-Go刺激做出反應，其反應潛伏期比直接通路神經(jīng)元平均縮短了約20-30毫秒。進一步的光遺傳實驗表明，在等待期早期階段，光遺傳失活接受M2輸入的間接通路神經(jīng)元比失活直接通路神經(jīng)元引起更高的錯誤報告率。當失活間接通路神經(jīng)元時，小鼠對No-Go刺激的錯誤報告率增加了約25%-30%（P<0.01）；而失活直接通路神經(jīng)元時，錯誤報告率的增加幅度相對較小，約為10%-15%（P<0.05）。這表明在抑制不恰當反應的過程中，接受M2輸入的間接通路紋狀體神經(jīng)元發(fā)揮著更為關鍵的作用，它們能夠在刺激出現(xiàn)的早期階段迅速做出反應，抑制不恰當?shù)男袨檩敵觯瑥亩Ｕ弦曈X感知抉擇行為的準確性。四、聽覺感知抉擇的環(huán)路機制4.1聽覺靈活分類行為范式為深入探究聽覺感知抉擇的神經(jīng)環(huán)路機制，研究人員精心設計了一種基于聲音頻率分類的聽覺靈活分類行為范式，以小鼠為實驗對象，該范式通過巧妙的任務設計、獎勵規(guī)則設定以及任務規(guī)則的靈活切換，為研究聽覺感知抉擇過程提供了一個有效的實驗平臺。在實驗環(huán)境的搭建上，研究人員選擇了一個安靜、隔音效果良好的實驗空間，以減少外界噪音對實驗結(jié)果的干擾。實驗裝置主要包括聲音刺激發(fā)生系統(tǒng)和行為反應記錄系統(tǒng)。聲音刺激發(fā)生系統(tǒng)由專業(yè)的音頻設備和揚聲器組成，能夠精確地產(chǎn)生不同頻率、強度和時長的聲音刺激。行為反應記錄系統(tǒng)則采用了高精度的傳感器，用于記錄小鼠在實驗過程中的行為反應，如舔水、轉(zhuǎn)頭等動作。實驗任務設計基于小鼠對聲音頻率的感知和分類能力。在每個實驗回合中，小鼠會接收到一個特定頻率的聲音刺激。聲音頻率的范圍設定在小鼠能夠有效感知的頻率區(qū)間內(nèi)，通常為2-40kHz。小鼠需要根據(jù)聲音頻率的高低對刺激進行分類，并通過舔舐位于實驗裝置兩側(cè)的舔水口來報告分類結(jié)果。如果小鼠判斷聲音頻率高于某個設定的類別分界線，則舔舐右側(cè)舔水口；如果判斷聲音頻率低于該分界線，則舔舐左側(cè)舔水口。當小鼠做出正確的分類選擇時，會獲得一定量的水作為獎勵；若分類錯誤，則不會得到獎勵。這種獎勵機制能夠激勵小鼠積極參與實驗，并促使其不斷學習和調(diào)整對聲音頻率的分類策略。為了引入行為靈活性的成分，研究人員在任務中設置了兩個不同的類別分界線，以確定不同的分類規(guī)則。這兩個分界線在不同的實驗回合中會隨機變化，從而實現(xiàn)任務規(guī)則的切換。在一個回合中，類別分界線可能設定為10kHz，即當聲音頻率高于10kHz時，小鼠應舔舐右側(cè)舔水口；而在另一個回合中，分界線可能變?yōu)?5kHz，此時小鼠需要根據(jù)新的規(guī)則對聲音頻率進行重新分類。小鼠為了持續(xù)獲得獎勵，需要根據(jù)每次行為結(jié)果推斷當前的分類規(guī)則，并依據(jù)新的規(guī)則對同一聲音刺激做出不同的分類。在實驗過程中，小鼠需要經(jīng)過一段時間的訓練，才能逐漸掌握任務規(guī)則并形成穩(wěn)定的行為模式。訓練過程通常分為多個階段，每個階段逐漸增加任務的難度和復雜性。在訓練初期，聲音頻率與類別分界線之間的差異較大，便于小鼠區(qū)分和學習。隨著訓練的推進，聲音頻率與分界線的差異逐漸減小，同時分界線的切換頻率逐漸增加，以考驗小鼠的靈活分類能力和對任務規(guī)則的適應能力。經(jīng)過訓練，小鼠不僅能夠按照任務要求對聲音刺激進行靈活選擇，還逐漸建立起了利用對類別分界線的估計來推斷任務規(guī)則變化的策略。當類別分界線發(fā)生變化時，小鼠能夠根據(jù)之前的經(jīng)驗和當前的行為結(jié)果，快速調(diào)整自己的分類策略，改變舔舐方向。小鼠在多次經(jīng)歷分界線為10kHz的實驗回合后，當分界線突然變?yōu)?5kHz時，它能夠通過對之前獎勵和懲罰的記憶，以及對當前聲音頻率的感知，迅速判斷出需要調(diào)整分類規(guī)則，并做出正確的舔舐選擇。小鼠還能夠利用行為結(jié)果中的不完整反饋信息，對尚未經(jīng)歷過的聲音刺激的類別做出推測。如果小鼠在某個分界線設定下，多次對接近分界線頻率的聲音做出正確分類并獲得獎勵，那么當遇到一個新的、頻率相近的聲音刺激時，它會根據(jù)之前的經(jīng)驗推測該聲音的類別，并做出相應的舔舐反應。4.2眶額葉-聽皮層反饋環(huán)路在聽覺靈活分類的研究中，眶額葉-聽皮層反饋環(huán)路展現(xiàn)出獨特而關鍵的作用，它是大腦實現(xiàn)基于經(jīng)驗知識進行靈活決策的重要神經(jīng)基礎?？纛~葉（OFC）作為前額葉皮層的重要組成部分，在認知和決策過程中發(fā)揮著核心作用。從解剖學結(jié)構(gòu)來看，OFC與多個腦區(qū)存在廣泛而緊密的連接，其中與聽皮層的反饋連接在聽覺靈活分類中具有特殊意義。OFC接收來自多個感覺模態(tài)相關腦區(qū)的信息輸入，包括聽皮層、視覺皮層等，同時也與邊緣系統(tǒng)、基底神經(jīng)節(jié)等腦區(qū)有著豐富的神經(jīng)聯(lián)系。這種廣泛的連接使得OFC能夠整合多模態(tài)的感覺信息、情感信息以及與行為結(jié)果相關的反饋信息，為其在復雜決策過程中發(fā)揮作用提供了結(jié)構(gòu)基礎。在聽覺靈活分類任務中，OFC編碼了任務規(guī)則變化時行為結(jié)果的反饋信息。當小鼠在執(zhí)行基于聲音頻率分類的任務時，任務規(guī)則會在不同回合中發(fā)生變化，例如類別分界線的改變。OFC神經(jīng)元能夠?qū)@種任務規(guī)則的變化以及行為結(jié)果（如是否獲得獎勵）進行編碼。研究人員通過電生理記錄技術發(fā)現(xiàn)，當小鼠根據(jù)錯誤的分類規(guī)則做出決策并未能獲得獎勵時，OFC中的部分神經(jīng)元會出現(xiàn)明顯的放電變化，其放電頻率和模式與正確決策時截然不同。這些神經(jīng)元的活動變化反映了OFC對行為結(jié)果的評估和對任務規(guī)則變化的感知，它們將這些反饋信息進行整合和處理，為后續(xù)的決策調(diào)整提供關鍵依據(jù)。聽皮層在聽覺靈活分類中主要負責對聽覺信息分類標準的編碼。聽皮層神經(jīng)元對聲音頻率、音色、強度等基本聽覺特征具有高度的選擇性響應。在聽覺靈活分類任務中，聽皮層神經(jīng)元不僅能夠表征聲音刺激本身的物理特性，還會根據(jù)任務要求對聲音進行分類編碼。當小鼠執(zhí)行基于聲音頻率分類的任務時，聽皮層中的部分神經(jīng)元會根據(jù)類別分界線的設定，對不同頻率的聲音產(chǎn)生特異性的反應。對于高于類別分界線頻率的聲音，某些神經(jīng)元會出現(xiàn)較高頻率的放電；而對于低于分界線頻率的聲音，另一部分神經(jīng)元會被激活。這種對聲音分類標準的編碼使得聽皮層能夠?qū)⒙曇粜畔⑥D(zhuǎn)化為與決策相關的神經(jīng)信號，為后續(xù)的行為抉擇提供基礎?？纛~葉-聽皮層反饋環(huán)路在聽覺靈活分類中起著調(diào)控聽皮層對隱含分類邊界編碼的關鍵作用。研究人員通過一系列巧妙的實驗驗證了這一機制。采用全光學記錄與操控技術，在對聽皮層神經(jīng)元進行雙光子鈣成像的同時，通過光遺傳技術對同側(cè)眶額葉-聽皮層投射進行抑制。實驗結(jié)果顯示，當抑制這一反饋投射時，聽皮層對類別分界線的編碼能力顯著受損。具體表現(xiàn)為聽皮層神經(jīng)元對不同頻率聲音的分類編碼變得混亂，無法準確區(qū)分不同類別的聲音，小鼠在聽覺靈活分類任務中的正確率大幅下降。這表明聽皮層對類別分界線的編碼高度依賴于眶額葉-聽皮層反饋環(huán)路的調(diào)控，眶額葉通過向聽皮層傳遞反饋信息，支持聽皮層對聽覺分類標準的準確編碼。為了進一步獲得因果性證據(jù)，研究人員利用化學遺傳學對雙側(cè)眶額葉-聽皮層投射進行抑制。實驗結(jié)果表明，此時小鼠的靈活分類能力顯著受損，它們難以根據(jù)任務規(guī)則的變化對聲音進行正確分類，錯誤率明顯增加。這一結(jié)果直接證明了眶額葉-聽皮層投射直接參與了聽覺靈活分類這一智能行為，支持了眶額葉通過反饋信息更新聽皮層對類別分界線編碼這一環(huán)路計算功能。研究人員還利用雙光子在體鈣成像對從眶額葉投向聽皮層的神經(jīng)元軸突活動進行記錄，發(fā)現(xiàn)這些軸突的確編碼了更新類別邊界推斷所需要的反饋信息。當任務規(guī)則發(fā)生變化時，眶額葉神經(jīng)元軸突會向聽皮層傳遞特定的神經(jīng)信號，這些信號攜帶了關于任務狀態(tài)變化和行為結(jié)果反饋的信息，聽皮層接收到這些信息后，會根據(jù)反饋調(diào)整對聲音分類標準的編碼，從而實現(xiàn)對同樣聲音刺激在不同任務規(guī)則下的靈活分類。4.3環(huán)路計算與行為表現(xiàn)為了深入研究跨腦區(qū)神經(jīng)環(huán)路如何實現(xiàn)根據(jù)行為結(jié)果計算類別分界線變化，研究人員構(gòu)建了一個包含任務結(jié)構(gòu)和狀態(tài)推測的強化學習模型。該模型基于強化學習的基本原理，將小鼠在聽覺靈活分類任務中的行為過程視為一個不斷與環(huán)境交互、獲取獎勵并調(diào)整策略的過程。在這個模型中，小鼠根據(jù)當前接收到的聲音頻率信息以及之前的行為結(jié)果和經(jīng)驗，對當前的任務狀態(tài)（即類別分界線的位置）進行推測，并基于這種推測做出分類決策。模型通過不斷更新策略，以最大化長期累積獎勵，從而模擬小鼠在任務中的學習和決策過程。將該強化學習模型與小鼠的實際行為表現(xiàn)進行對比分析，發(fā)現(xiàn)模型能夠準確地模擬小鼠在不同任務條件下的行為選擇。在任務規(guī)則發(fā)生變化時，模型能夠像小鼠一樣，根據(jù)行為結(jié)果迅速調(diào)整對類別分界線的估計，并做出相應的分類決策。這表明該模型能夠有效地捕捉小鼠在聽覺靈活分類任務中的決策機制，為進一步研究神經(jīng)環(huán)路的計算功能提供了有力的理論框架。在實驗中，研究人員利用雙光子在體鈣成像技術，對小鼠執(zhí)行聽覺靈活分類任務時聽皮層神經(jīng)元進行了單細胞分辨率的群體記錄。結(jié)果令人矚目，聽皮層神經(jīng)元不僅對聲音刺激本身的物理特性，如頻率、強度等進行了表征，而且有部分神經(jīng)元直接編碼了對類別分界線的推測這一隱含認知變量。當小鼠接收到一個特定頻率的聲音刺激時，聽皮層中與該頻率相關的神經(jīng)元會被激活，其放電活動反映了聲音刺激的特征。同時，一些神經(jīng)元的活動模式會根據(jù)小鼠對類別分界線的推測而發(fā)生變化，當小鼠推測類別分界線發(fā)生移動時，這些神經(jīng)元的放電頻率、節(jié)律等會相應改變，這表明聽皮層神經(jīng)元能夠?qū)χ饔^的認知過程進行實時編碼，將聲音信息與任務狀態(tài)的推斷緊密聯(lián)系起來。研究人員還對眶額葉-聽皮層反饋環(huán)路在這一過程中的作用進行了深入探究。通過全光學記錄與操控技術，在對聽皮層神經(jīng)元進行雙光子鈣成像的同時，運用光遺傳技術對同側(cè)眶額葉-聽皮層投射進行抑制。實驗結(jié)果清晰地顯示，聽皮層對類別分界線的編碼高度依賴于這一跨腦區(qū)投射的環(huán)路。當抑制該反饋投射時，聽皮層神經(jīng)元對類別分界線的編碼能力顯著受損，無法根據(jù)任務規(guī)則的變化準確調(diào)整對聲音分類標準的編碼，導致小鼠在聽覺靈活分類任務中的正確率大幅下降。這直接證明了眶額葉-聽皮層反饋環(huán)路在調(diào)控聽皮層對隱含分類邊界編碼中的關鍵作用，該環(huán)路通過傳遞任務狀態(tài)推測和行為結(jié)果反饋信息，支持聽皮層對聽覺分類標準的準確編碼和更新。為了進一步獲得因果性證據(jù)，研究人員利用化學遺傳學對雙側(cè)眶額葉-聽皮層投射進行抑制。結(jié)果表明，此時小鼠的靈活分類能力顯著受損，難以根據(jù)任務規(guī)則的變化對聲音進行正確分類，錯誤率明顯增加。這一結(jié)果確鑿地支持了眶額葉-聽皮層投射直接參與聽覺靈活分類這一智能行為，與眶額葉通過反饋信息更新聽皮層對類別分界線編碼這一環(huán)路計算功能相一致。研究人員利用雙光子在體鈣成像對從眶額葉投向聽皮層的神經(jīng)元軸突活動進行記錄，發(fā)現(xiàn)這些軸突的確編碼了更新類別邊界推斷所需要的反饋信息。當任務規(guī)則發(fā)生變化時，眶額葉神經(jīng)元軸突會向聽皮層傳遞特定的神經(jīng)信號，這些信號攜帶了關于任務狀態(tài)變化和行為結(jié)果反饋的信息，聽皮層接收到這些信息后，會根據(jù)反饋調(diào)整對聲音分類標準的編碼，從而實現(xiàn)對同樣聲音刺激在不同任務規(guī)則下的靈活分類。五、不同感知模態(tài)下環(huán)路機制的比較與聯(lián)系5.1視覺與聽覺環(huán)路機制的異同視覺和聽覺作為人類感知外界環(huán)境的兩大重要感覺模態(tài)，其感知抉擇的環(huán)路機制既有顯著的差異，又存在著緊密的聯(lián)系。在腦區(qū)參與方面，視覺感知抉擇主要依賴于視覺皮層及其相關的腦區(qū)網(wǎng)絡。初級視覺皮層（V1）作為視覺信息處理的起始站，對視網(wǎng)膜傳來的光信號進行初步的特征提取，如邊緣、方向、顏色等基本特征的識別。隨后，信息傳遞到高級視覺皮層，如V2、V4、V5等區(qū)域，這些區(qū)域進一步對視覺信息進行整合和分析，實現(xiàn)物體識別、場景理解等功能。在視覺感知抉擇任務中，外側(cè)頂內(nèi)溝（LIP）、前額葉皮層（PFC）等腦區(qū)也發(fā)揮著關鍵作用。LIP神經(jīng)元的活動與視覺運動方向的感知抉擇密切相關，能夠根據(jù)視覺刺激的運動方向調(diào)整其放電頻率，為決策提供重要的信息支持；PFC則負責對視覺信息的整合、評估和決策的制定，根據(jù)任務需求和個體目標，權(quán)衡不同行為選項的利弊，做出最優(yōu)的決策。聽覺感知抉擇則主要涉及聽皮層及相關腦區(qū)。聽皮層是聽覺信息處理的核心區(qū)域，包括初級聽皮層（A1）和高級聽皮層。A1對聲音的基本特征，如頻率、強度、音色等進行初步分析和編碼，將聲音信號轉(zhuǎn)化為神經(jīng)沖動。高級聽皮層則進一步對聲音信息進行復雜的處理，實現(xiàn)聲音的識別、定位和語義理解等功能。在聽覺感知抉擇中，眶額葉（OFC）、頂葉等腦區(qū)也參與其中。OFC在聽覺靈活分類任務中，編碼了任務規(guī)則變化時行為結(jié)果的反饋信息，通過與聽皮層的反饋連接，調(diào)控聽皮層對聽覺分類標準的編碼；頂葉則參與了聽覺信息的空間定位和整合，幫助個體確定聲音的來源方向，為決策提供空間信息支持。從神經(jīng)連接角度來看，視覺神經(jīng)連接具有獨特的拓撲結(jié)構(gòu)。視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細胞的軸突通過視神經(jīng)投射到外側(cè)膝狀體，然后再投射到初級視覺皮層，形成了精確的視網(wǎng)膜拓撲映射，這種映射關系使得視覺信息在傳遞過程中能夠保持空間位置的對應性，有利于對視覺場景的準確感知。視覺皮層內(nèi)部以及與其他腦區(qū)之間也存在著廣泛的連接，如V1與V2、V4之間的前饋和反饋連接，以及與PFC、LIP等腦區(qū)的長程連接，這些連接構(gòu)成了復雜的視覺神經(jīng)環(huán)路，實現(xiàn)了視覺信息的多級處理和整合。聽覺神經(jīng)連接同樣具有自身特點。聽覺信息從內(nèi)耳的毛細胞傳遞到螺旋神經(jīng)節(jié)神經(jīng)元，然后通過聽神經(jīng)投射到腦干的耳蝸核復合體，再經(jīng)過一系列的中繼核團，如橄欖核、下丘、丘腦等，最終投射到聽皮層。在這個過程中，聽覺神經(jīng)連接形成了特定的層級結(jié)構(gòu)，不同層級的神經(jīng)元對聲音信息進行逐步的處理和分析。聽皮層與其他腦區(qū)之間也存在著豐富的連接，如與OFC的反饋連接，這種連接在聽覺靈活分類任務中對聽皮層的功能調(diào)控起著關鍵作用。在信息處理方式上，視覺信息處理側(cè)重于對物體的形狀、顏色、運動等空間特征的分析。在視覺感知抉擇中，大腦通過對視覺場景中物體的空間位置、運動軌跡等信息的處理，判斷物體的屬性和行為意圖，從而做出相應的決策。在判斷一個物體是否為目標物體時，大腦會分析物體的形狀、顏色、大小等特征，并與記憶中的目標模板進行匹配，同時考慮物體的運動方向和速度，以確定是否需要采取行動。聽覺信息處理則更注重對聲音的頻率、時間、音色等特征的分析。在聽覺感知抉擇中，大腦通過對聲音的頻率變化、時間序列以及音色特征的識別，判斷聲音的來源、意義和重要性，進而做出決策。在識別語音時，大腦會對語音的頻率模式、音素序列進行分析，結(jié)合語言知識和語境信息，理解語音的含義，并根據(jù)語音信息做出相應的反應，如回答問題、執(zhí)行指令等。視覺和聽覺環(huán)路機制也存在著一些聯(lián)系。它們在信息處理過程中都遵循一定的層級結(jié)構(gòu)，從初級感覺皮層到高級聯(lián)合皮層，信息逐漸被整合和加工，實現(xiàn)從簡單特征分析到復雜認知決策的轉(zhuǎn)變。兩者都與其他腦區(qū)存在廣泛的連接，通過與前額葉皮層、頂葉等腦區(qū)的協(xié)同作用，實現(xiàn)感覺信息的整合、評估和決策的制定。在日常生活中，視覺和聽覺信息常常相互補充和協(xié)同作用，共同影響感知抉擇。在觀看電影時，視覺上的畫面信息和聽覺上的聲音信息相互融合，使觀眾能夠更全面地理解電影的情節(jié)和情感表達，從而做出更準確的感知和判斷。5.2多模態(tài)感知抉擇的整合機制在復雜的自然環(huán)境中，生物往往同時接收多種感覺模態(tài)的信息，大腦如何整合這些不同模態(tài)的信息，通過神經(jīng)環(huán)路實現(xiàn)統(tǒng)一的感知抉擇，是神經(jīng)科學領域的關鍵問題。多模態(tài)感知抉擇的整合過程涉及多個腦區(qū)之間的協(xié)同作用。在早期感覺處理階段，不同感覺模態(tài)的信息首先在各自的初級感覺皮層進行初步處理。視覺信息在初級視覺皮層（V1）進行特征提取，聽覺信息在初級聽皮層（A1）進行頻率、強度等分析。這些初步處理后的信息會傳遞到高級感覺皮層和聯(lián)合皮層，如視覺聯(lián)合皮層、聽覺聯(lián)合皮層以及頂葉聯(lián)合皮層等。在這些區(qū)域，不同感覺模態(tài)的信息開始進行交互和整合。研究表明，在頂葉聯(lián)合皮層中，存在多模態(tài)神經(jīng)元，這些神經(jīng)元能夠?qū)σ曈X、聽覺和觸覺等多種感覺信息產(chǎn)生響應。當一個物體同時發(fā)出視覺和聽覺信號時，頂葉聯(lián)合皮層的多模態(tài)神經(jīng)元會同時對這兩種信號進行編碼，將不同模態(tài)的信息整合在一起，形成一個統(tǒng)一的感知表征。多模態(tài)信息整合遵循一定的神經(jīng)計算原則。時間同步性是一個重要的原則，即來自不同感覺模態(tài)的信息需要在時間上相互匹配，才能有效地進行整合。當我們看到一個人在說話時，只有當視覺上看到的嘴唇動作和聽覺上聽到的語音在時間上幾乎同步時，我們才能準確地理解對方的話語。如果嘴唇動作和語音之間存在較大的時間延遲，就會導致感知混亂，出現(xiàn)類似麥格克效應的現(xiàn)象?？臻g一致性也是關鍵原則，不同感覺模態(tài)的信息在空間位置上需要保持一致，才能被整合為對同一物體或事件的感知。當我們聽到一個聲音，同時看到一個物體在相應的方向上移動時，大腦會將這兩個信息整合起來，認為聲音和物體的運動是相關的。如果聲音和物體的空間位置不一致，大腦就需要進行額外的處理來判斷信息的來源和意義。大腦還會根據(jù)不同感覺模態(tài)信息的可靠性來進行整合。在某些情況下，一種感覺模態(tài)的信息可能比其他模態(tài)更可靠，大腦會根據(jù)這種可靠性來調(diào)整不同模態(tài)信息在整合過程中的權(quán)重。在視覺和聽覺信息同時存在的情況下，如果視覺信息清晰明確，而聽覺信息受到噪音干擾，大腦可能會更依賴視覺信息來做出感知抉擇；反之，如果聽覺信息更可靠，大腦則會給予聽覺信息更高的權(quán)重。這種根據(jù)信息可靠性進行整合的機制，使得大腦能夠在復雜多變的環(huán)境中，靈活地利用各種感覺信息，做出更準確的決策。前額葉皮層在多模態(tài)感知抉擇的整合中發(fā)揮著核心作用。前額葉皮層與多個感覺皮層和聯(lián)合皮層存在廣泛的連接，能夠接收來自不同感覺模態(tài)的信息，并對這些信息進行高級的整合和分析。在決策過程中，前額葉皮層會綜合考慮多模態(tài)信息、個體的目標、記憶和情感等因素，權(quán)衡不同行為選項的利弊，最終做出決策。在一個復雜的決策場景中，如在駕駛汽車時，駕駛員需要同時處理視覺上的路況信息、聽覺上的交通信號和車輛提示音等多模態(tài)信息。前額葉皮層會對這些信息進行整合和評估，根據(jù)自己的駕駛目標（如安全到達目的地）和當前的駕駛狀態(tài)，決定是加速、減速還是轉(zhuǎn)向。前額葉皮層還參與了對多模態(tài)信息整合過程的調(diào)控，它可以根據(jù)任務需求和注意力分配，選擇性地增強或抑制某些感覺模態(tài)信息的處理，以優(yōu)化感知抉擇的過程。5.3對復雜行為的支撐作用在復雜多變的自然環(huán)境中，生物面臨著多種多樣的挑戰(zhàn)，需要依賴感知抉擇的環(huán)路機制來執(zhí)行復雜行為，以確保自身的生存和繁衍。以捕食行為為例，捕食者在捕獵過程中，需要綜合運用多種感覺模態(tài)的信息，通過復雜的神經(jīng)環(huán)路協(xié)同工作來完成這一高難度的行為。當獵豹在草原上搜尋獵物時，視覺系統(tǒng)首先發(fā)揮關鍵作用。其視覺神經(jīng)環(huán)路迅速捕捉周圍環(huán)境中的視覺信息，視網(wǎng)膜上的光感受器將光信號轉(zhuǎn)化為神經(jīng)沖動，通過視神經(jīng)傳遞到初級視覺皮層（V1）。在V1中，神經(jīng)元對視覺信息進行初步的特征提取，如識別出物體的輪廓、運動方向等。這些信息進一步傳遞到高級視覺皮層，如V2、V4、V5等區(qū)域，進行更深入的物體識別和場景分析。在這個過程中，外側(cè)頂內(nèi)溝（LIP）的神經(jīng)元活動與視覺運動方向的感知抉擇密切相關，它能夠根據(jù)獵物的運動軌跡調(diào)整其放電頻率，為獵豹判斷獵物的逃跑方向提供重要的信息支持。聽覺系統(tǒng)也在捕食行為中發(fā)揮著不可或缺的作用。獵豹的聽覺神經(jīng)環(huán)路負責接收和處理周圍環(huán)境中的聲音信息。當獵物移動時，會產(chǎn)生各種聲音，如腳步聲、草叢的沙沙聲等。這些聲音信號被耳朵接收后，通過聽神經(jīng)傳遞到初級聽皮層（A1），A1對聲音的頻率、強度等基本特征進行分析，然后將信息傳遞到高級聽皮層進行更復雜的聲音識別和定位。頂葉在聽覺信息的空間定位中發(fā)揮著重要作用，它能夠幫助獵豹確定聲音的來源方向，與視覺信息相互補充，進一步精準定位獵物的位置。在感知到獵物的信息后，獵豹的大腦需要迅速做出決策，決定是否發(fā)起攻擊以及如何攻擊。這一決策過程涉及到多個腦區(qū)的協(xié)同作用，其中前額葉-頂葉環(huán)路和皮層-基底神經(jīng)節(jié)環(huán)路發(fā)揮著核心作用。前額葉皮層（PFC）負責對視覺和聽覺等多模態(tài)信息進行整合、評估和決策的制定。它會根據(jù)獵豹自身的狀態(tài)（如饑餓程度、體力等）、獵物的特征（如體型、速度、逃跑能力等）以及周圍環(huán)境（如地形、障礙物等）等因素，權(quán)衡不同行為選項的利弊，做出最優(yōu)的決策。如果PFC判斷發(fā)起攻擊的成功率較高，它會向相關腦區(qū)發(fā)送指令，啟動攻擊行為。頂葉皮層則在決策的執(zhí)行過程中發(fā)揮著重要作用。它與運動皮層緊密合作，根據(jù)PFC的決策，將感知信息轉(zhuǎn)化為具體的運動指令，控制獵豹的身體動作，如調(diào)整奔跑的方向、速度和姿態(tài)等。在追逐獵物的過程中，頂葉皮層會實時監(jiān)控獵物的位置變化，并根據(jù)這些信息不斷調(diào)整運動指令，確保獵豹能夠準確地追逐獵物。皮層-基底神經(jīng)節(jié)環(huán)路在運動控制和行為選擇中也起著關鍵作用?；咨窠?jīng)節(jié)通過直接通路和間接通路對運動進行精細調(diào)控。在攻擊行為中，直接通路的神經(jīng)元被激活，抑制蒼白球內(nèi)側(cè)部（GPi）和黑質(zhì)網(wǎng)狀部（SNr），減少對丘腦的抑制，從而促進與攻擊行為相關的運動反應，如加速奔跑、跳躍撲擊等；間接通路則在需要抑制不適當行為時發(fā)揮作用，避免獵豹在追逐過程中做出錯誤的動作。在捕食行為中，多模態(tài)感知抉擇的整合機制也發(fā)揮著重要作用。視覺和聽覺信息需要在時間和空間上進行整合，以形成對獵物的統(tǒng)一感知。如果視覺和聽覺信息在時間上不同步，或者在空間位置上不一致，就會影響獵豹對獵物的判斷和決策。當視覺上看到獵物在某個方向移動，但聽覺上聽到的聲音卻來自另一個方向時，獵豹需要通過復雜的神經(jīng)計算來判斷信息的可靠性和一致性，從而做出正確的決策。大腦還會根據(jù)不同感覺模態(tài)信息的可靠性來調(diào)整其在整合過程中的權(quán)重。在光線充足的情況下，視覺信息可能更可靠，大腦會更依賴視覺信息來判斷獵物的位置和運動狀態(tài)；而在光線較暗或有障礙物遮擋視線時，聽覺信息可能變得更加重要，大腦會相應地增加對聽覺信息的依賴程度。六、感知抉擇環(huán)路機制與神經(jīng)精神疾病6.1相關疾病中的環(huán)路異常在孤獨癥譜系障礙（ASD）中，皮層-基底神經(jīng)節(jié)環(huán)路存在顯著的連接和活動異常。從結(jié)構(gòu)連接方面來看，大量基于彌散張量成像（DTI）的研究表明，ASD患者大腦中涉及皮層-基底神經(jīng)節(jié)環(huán)路的白質(zhì)纖維束存在異常。有研究發(fā)現(xiàn)，ASD患者胼胝體和左側(cè)鉤束的部分各向異性（FA）值明顯低于對照組，這意味著這些白質(zhì)纖維束的完整性和連接程度受損。胼胝體是連接左右大腦半球的重要結(jié)構(gòu)，它在皮層-基底神經(jīng)節(jié)環(huán)路的信息傳遞中起著關鍵作用，其結(jié)構(gòu)異?？赡軐е聝蓚?cè)大腦半球之間的信息交流受阻，影響感知、抉擇和認知等功能。上縱束、下縱束、扣帶回、前額葉、弓形束等區(qū)域的FA值也顯著降低，這些區(qū)域均與皮層-基底神經(jīng)節(jié)環(huán)路密切相關，它們的結(jié)構(gòu)改變會干擾神經(jīng)信號在環(huán)路中的正常傳遞。功能連接上，ASD患者皮層-基底神經(jīng)節(jié)環(huán)路的活動模式也發(fā)生了改變。通過功能磁共振成像（fMRI）研究發(fā)現(xiàn)，在執(zhí)行感知抉擇任務時，ASD患者的前額葉皮層、基底神經(jīng)節(jié)等腦區(qū)之間的功能連接減弱。在視覺感知抉擇任務中，正常個體的前額葉皮層能夠有效地整合視覺信息，并與基底神經(jīng)節(jié)協(xié)同工作，做出準確的決策。而ASD患者的前額葉皮層與基底神經(jīng)節(jié)之間的功能連接異常，導致信息傳遞不暢，患者難以對視覺刺激進行準確的感知和判斷，表現(xiàn)出對視覺刺激的過度敏感或遲鈍，以及在行為抉擇上的困難，如在社交場合中無法準確理解他人的眼神、表情等視覺信號，從而影響社交行為。強迫癥患者同樣存在皮層-基底神經(jīng)節(jié)環(huán)路的異常。在神經(jīng)遞質(zhì)方面，研究表明強迫癥患者的多巴胺系統(tǒng)過度活躍，而血清素系統(tǒng)功能不足，這種神經(jīng)遞質(zhì)的不平衡會導致神經(jīng)環(huán)路活動的紊亂。從神經(jīng)環(huán)路的連接來看，前額葉皮層和基底神經(jīng)節(jié)之間的連接異常，導致患者在思維和行為之間難以平衡。具體表現(xiàn)為，前額葉皮層對基底神經(jīng)節(jié)的調(diào)控功能受損，無法有效地抑制基底神經(jīng)節(jié)中與強迫行為相關的神經(jīng)元活動。在行為上，患者會出現(xiàn)反復的強迫思維和行為，如反復檢查門窗是否關閉、反復洗手等，這些行為難以自控，嚴重影響患者的生活質(zhì)量。在功能活動方面，強迫癥患者在執(zhí)行認知任務時，皮層-基底神經(jīng)節(jié)環(huán)路的激活模式與正常人存在明顯差異。采用fMRI技術研究發(fā)現(xiàn)，在執(zhí)行與抑制控制相關的任務時，強迫癥患者的前額葉皮層、前扣帶回等腦區(qū)的激活程度異常，這些腦區(qū)是皮層-基底神經(jīng)節(jié)環(huán)路的重要組成部分，它們的異常激活反映了該環(huán)路在抑制不適當行為方面的功能障礙。患者在面對不需要重復執(zhí)行的任務時，無法有效地抑制大腦中產(chǎn)生的重復行為的沖動，導致強迫行為的出現(xiàn)。6.2環(huán)路機制研究對疾病治療的啟示對感知抉擇環(huán)路機制的深入研究，為神經(jīng)精神疾病的治療開辟了嶄新的思路，提供了極具潛力的治療靶點。在孤獨癥譜系障礙的治療中，針對皮層-基底神經(jīng)節(jié)環(huán)路異常的研究成果，有望為開發(fā)新的治療策略提供方向。基于對該環(huán)路結(jié)構(gòu)和功能異常的認識，神經(jīng)調(diào)控技術成為一種極具潛力的治療手段。深部腦刺激（DBS）是一種通過植入電極對特定腦區(qū)進行電刺激的神經(jīng)調(diào)控技術。對于ASD患者，可嘗試將電極精準植入皮層-基底神經(jīng)節(jié)環(huán)路中的關鍵腦區(qū)，如前額葉皮層、基底神經(jīng)節(jié)等，通過調(diào)節(jié)這些腦區(qū)的神經(jīng)元活動，改善環(huán)路的功能連接和信息傳遞。在臨床前研究中，對ASD動物模型進行DBS干預，發(fā)現(xiàn)能夠顯著改善動物的社交行為和刻板行為，為該技術在ASD治療中的應用提供了初步的實驗依據(jù)。光遺傳技術也為ASD治療帶來了新的希望。通過將光敏感蛋白基因?qū)氲狡?基底神經(jīng)節(jié)環(huán)路中異?；顒拥纳窠?jīng)元中，利用光刺激精確調(diào)控這些神經(jīng)元的活動，有望恢復環(huán)路的正常功能。在一項針對ASD小鼠模型的研究中，利用光遺傳技術激活前額葉皮層中與社交行為相關的神經(jīng)元，能夠有效改善小鼠的社交缺陷，增加其與同伴的互動時間和頻率。對于強迫癥的治療，基于對皮層-基底神經(jīng)節(jié)環(huán)路中神經(jīng)遞質(zhì)失衡和連接異常的研究，藥物治療可以更加有的放矢。目前，臨床上常用的選擇性血清素再攝取抑制劑（SSRIs）通過阻斷5-羥色胺再攝取，增加突觸間5-羥色胺濃度，調(diào)節(jié)神經(jīng)環(huán)路，在一定程度上緩解強迫癥癥狀。隨著對環(huán)路機制的深入理解，未來的藥物研發(fā)可以更加精準地針對異常的神經(jīng)環(huán)路和神經(jīng)遞質(zhì)系統(tǒng)?？梢蚤_發(fā)能夠同時調(diào)節(jié)多巴胺和血清素系統(tǒng)的藥物，以更好地糾正神經(jīng)遞質(zhì)的失衡，改善前額葉皮層與基底神經(jīng)節(jié)之間的異常連接。研究人員還可以探索開發(fā)針對特定神經(jīng)環(huán)路中受體的藥物，如研發(fā)對基底神經(jīng)節(jié)中與強迫行為相關受體具有高度親和力和特異性的藥物，通過調(diào)節(jié)受體的功能，精準調(diào)控神經(jīng)環(huán)路的活動，從而更有效地治療強迫癥。神經(jīng)調(diào)控技術在強迫癥治療中也具有廣闊的應用前景。經(jīng)顱磁刺激（TMS）是一種非侵入性的神經(jīng)調(diào)控技術，通過在頭皮上施加磁場，誘導大腦皮層產(chǎn)生感應電流，從而調(diào)節(jié)神經(jīng)元的活動。對于強迫癥患者，TMS可以作用于前額葉皮層等關鍵腦區(qū)，調(diào)節(jié)皮層-基底神經(jīng)節(jié)環(huán)路的功能。臨床研究表明，高頻TMS刺激可以增強前額葉皮層的興奮性，改善其對基底神經(jīng)節(jié)的調(diào)控功能，從而減輕患者的強迫癥狀。重復經(jīng)顱磁刺激（rTMS）的長期治療效果也在不斷探索中，有望為強迫癥患者提供一種安全、有效的治療選擇。6.3潛在的治療干預策略基于對感知抉擇環(huán)路機制的深入理解，一系列潛在的治療干預策略應運而生，為神經(jīng)精神疾病的治療帶來了新的希望。神經(jīng)調(diào)控技術作為一種極具潛力的治療手段，在調(diào)節(jié)異常環(huán)路方面展現(xiàn)出廣闊的應用前景。深部腦刺激（DBS）通過將電極植入特定腦區(qū)，能夠精準地調(diào)節(jié)神經(jīng)元的活動。在帕金森病的治療中，DBS已被廣泛應用，通過刺激基底神經(jīng)節(jié)等相關腦區(qū)，有效改善了患者的運動癥狀。對于神經(jīng)精神疾病患者，如孤獨癥譜系障礙和強迫癥患者，DBS可以針對皮層-基底神經(jīng)節(jié)環(huán)路中的關鍵節(jié)點進行刺激。對于孤獨癥患者，可將電極植入前額葉皮層與基底神經(jīng)節(jié)之間的連接纖維束附近，通過調(diào)節(jié)神經(jīng)信號的傳遞，改善前額葉對基底神經(jīng)節(jié)的調(diào)控功能，從而緩解社交障礙和刻板行為等癥狀。在臨床研究中，部分接受DBS治療的孤獨癥患者，其社交互動能力有所提高，刻板行為的頻率和強度明顯降低。光遺傳技術則利用光敏感蛋白對特定神經(jīng)元進行精確的激活或抑制，為治療神經(jīng)精神疾病提供了一種高度特異性的方法。通過將光敏感蛋白基因?qū)氲脚c疾病相關的神經(jīng)環(huán)路中的神經(jīng)元中，研究人員可以利用光刺激來調(diào)控這些神經(jīng)元的活動。在抑郁癥的研究中，通過光遺傳技術激活前額葉皮層中與情緒調(diào)節(jié)相關的神經(jīng)元，能夠顯著改善抑郁動物模型的行為癥狀，使其快感缺失和社交退縮等行為得到緩解。對于強迫癥患者，可通過光遺傳技術抑制基底神經(jīng)節(jié)中過度活躍的神經(jīng)元，調(diào)整皮層-基底神經(jīng)節(jié)環(huán)路的活動平衡，有望減輕患者的強迫癥狀。藥物治療也在基于感知抉擇環(huán)路機制的研究中有了新的方向。隨著對神經(jīng)環(huán)路中神經(jīng)遞質(zhì)系統(tǒng)的深入了解，研發(fā)針對特定神經(jīng)遞質(zhì)受體的藥物成為可能。在精神分裂癥的治療中，傳統(tǒng)的抗精神病藥物主要作用于多巴胺受體，但往往存在較多副作用?；趯ι窠?jīng)環(huán)路的研究，研究人員可以開發(fā)針對其他神經(jīng)遞質(zhì)受體，如谷氨