详细的大脑地图显示了各个区域在复杂决策过程中如何协作。
我们总是在做决定。如果我点一杯南瓜香料拿铁，它会比我平常喝的黑咖啡更让我开心吗？如果我去旅行，选择一条风景优美的路线，是否值得多花些时间？
过去和现在的经历都会影响每一个决定。通过对大脑进行成像，科学家们早已知道，在权衡各种选择时，多个大脑区域会协同工作，提取记忆，并将其与我们所见、所闻和所想的内容整合在一起。但由于分辨率相对较低，我们对其中复杂的神经连接只能形成一个粗略的了解。
一项全球合作正在深入挖掘。国际脑实验室（International Brain Laboratory）取得了一项技术突破，发布了小鼠在执行一项艰难决策任务时的大型动态脑图。
该团队成立于2017年，旨在将大脑活动与行为联系起来，这是神经科学领域的终极目标之一。这是一场艰苦的斗争。之前的尝试只能测量小区域，而且各个团队使用各自的行为测试，这使得数据整合变得困难。
这项新的合作项目采用标准化程序，从全球多个实验室收集了小鼠的神经电记录。科学家们总共使用了近700个脑植入物，记录了139只小鼠的神经活动，捕捉到了大脑中62万个神经元的活动。
“这是首次有人绘制出一张完整的、覆盖整个大脑的单个神经元在决策过程中的活动图谱。其规模之大前所未有……这些神经元加起来占据了小鼠脑容量的95%。”日内瓦大学的研究作者亚历山大·普盖特（Alexandre Pouget）在一份新闻稿中说道。
我应该留下还是离开？
尽管经过了数十年的研究，科学家仍然没有完全了解我们是如何做出决定的。
假设你在徒步旅行时遇到一只熊。大脑会立即进入亢奋状态：视觉皮层将棕色物体识别为熊，并将这种感觉传输到大脑的情绪中枢。情绪中枢被激活，产生恐惧感，并向记忆区域发出信号。这些计算会引导运动反应——后退、变大，或者快速拔出防熊喷雾。
多个神经网络会启动并做出决策，但科学家们对该系统的运作方式存在分歧。一派认为，大脑可以将记忆（例如，YouTube 上关于如何躲避熊的视频）与你在高级脑区看到熊的事实结合起来。该假设预测，记忆或先前的信息只会在后期阶段为行动提供信息。
另一派则持相反观点。大脑的所有区域（包括早期感觉系统）都会整合记忆来决定最佳反应，而不是等到最后一秒。这个过程可以更好地在整个大脑中传播信息。
神经赌博
就像间谍窃听电话线一样，这项新研究的作者希望通过监听数十万个脑细胞的对话来解决争论。
这项研究依托国际脑实验室（International Brain Laboratory）的数据集，该数据集使用了699个“神经像素”（Neuropixels ，一种开源脑植入物）来记录小鼠单个神经元的放电。研究团队将这些设备策略性地放置在一百多只小鼠的近280个脑区。由于所有合作实验室都执行相同的任务，他们力求保持记录的相对一致性。
Pouget表示：“我们记录了小鼠超过 50 万个神经元的样本，其规模之大是前所未有的……这些神经元加起来占小鼠脑容量的 95%。”
每个实验室都教这些小动物完成同样艰巨的挑战。每只老鼠都进入一个类似游戏厅的装置，屏幕左侧或右侧分别显示黑白格栅——类似斑马皮。然后，它们必须用前爪转动一个小轮子，在一分钟内将图像移到屏幕中心。
如果成功，它们会得到美味的奖励。如果失败，它们会听到一阵白噪音，并短暂休息。在两次测试之间，老鼠会试着把爪子放在轮子上，等待下一次测试。
关键在于：这个游戏被操纵了。格栅有80%的概率出现在一个方向，让老鼠知道哪个方向是最佳选择。随着试验的进行，格栅逐渐消失，直到几乎看不见。然后，老鼠必须根据之前学到的最佳猜测来决定是向左移动还是向右移动。
每个实验室记录小鼠做出选择时的脑信号，并将数据发送到中央数据库。该联盟总共分离了大脑中近76,000个神经元活动模式。然后，研究人员利用双光子显微镜将这些记录点拼接在一起，双光子显微镜是一项能够将解剖区域与大脑区域电激活图完美匹配的技术。
“我们已经见证了物理学领域大规模合作在解决单个实验室无法解答的问题上取得的巨大成功，我们希望在神经科学领域尝试同样的方法，”伦敦大学学院的研究作者汤姆·姆西克-弗洛格尔说道。“大脑是我们所知宇宙中最复杂的结构，要理解它如何驱动行为，需要开展与这种复杂性相匹配的国际合作。”
智慧宇宙
利用新脑图谱的数据，研究团队意识到决策过程并非线性的。相反，多个大脑区域——包括所谓的“早期”感觉区域——共同影响着最终的选择。
例如，小鼠处理视觉信息的大脑区域在看到格栅时会活跃起来。这种活动随后以波浪状扩散并增强，直至与情绪相关的大脑区域。这些信号引导小鼠将先前的学习（称为先验知识）融入到最终的决策中——向左或向右移动轮子。
此前，科学家认为先验信息被编码在与记忆和高级认知相关的大脑区域。但新图谱表明，它们的信号也会影响参与最终反应的早期感觉处理区域。
“我们合作的努力对支持复杂认知的全脑回路产生了根本性的见解，”加州大学洛杉矶分校的研究作者安妮·丘奇兰德（Anne Churchland）说道。“这真的令人兴奋，相对于之前该领域普遍接受的‘逐个’研究方法（每次研究1-2个大脑区域），这是一个重大的进步。”
国际脑实验室正在发布整个数据库，旨在最终理解大脑决策区域内部及跨区域的计算过程。该数据集或将揭示与决策能力受损相关的神经系统疾病，例如强迫症、帕金森病和成瘾症。
这篇文章“科学家首次记录小鼠整个大脑中发生的决策过程”最先出现在SingularityHub上。