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Nat Neurosci:大脑区域“意见不合”时,如何达成共识?

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大脑里负责处理信息的区域就像一群分工不同的小伙伴,各自拿到画面的一部分信息,很容易看法不一致。大脑要怎么把这些不一样的局部信号,最后拼成同一个清晰感知?


基于此,2026年9月18日,英国剑桥大学Guillaume Hennequin研究团队在《nature neuroscience》杂志发表了“Reciprocal connections dynamically build consensus between neocortical areas”,揭示了双向连接介导皮层区域的动态共识。


研究者同步记录小鼠初级视皮层V1和高阶视区LM的神经活动,用光遗传学操控神经元,并建立生物约束的回路模型,发现两个脑区互相兴奋的连接形成近似线吸引子:两区神经活动步调一致时,该状态会维持更久;活动冲突时则快速消退,以此动态达成跨脑区信号共识。实验也证实,一致和不一致的活动模式下,两区的动态时间尺度存在差异,该研究提出,这种动态构建共识的机制是大脑分布式皮层计算的通用原理。

图一 两个视觉脑区如何协同处理视觉信息

作者观察小鼠在视觉辨别任务中,初级视皮层V1和高阶视区LM的协同神经动态:给小鼠看500ms、±45°的光栅,训练它完成go/no-go判断,同时多通道记录两个脑区信号;部分试次用光遗传短暂激活抑制性神经元,在150ms内扰动其中一个脑区。

作者搭建符合皮层生理特点的隐回路模型:区分兴奋、抑制神经元,脑区间长程连接只有兴奋性投射。模型里,隐藏的回路状态随微分方程演变,外部输入包含视觉刺激和光遗传扰动;神经元放电被看作泊松过程。


图二 跨脑区连接如何形成线吸引子?

模型验证有效后,作者分析V1-LM回路,发现外部输入仅短暂触发信号,持续神经活动依靠回路循环连接。两区双向长程兴奋连接形成近似线吸引子,让部分神经状态缓慢演化,其余快速衰减。

对照实验证实该动态由跨脑区长程连接产生,切断连接或单脑区活动时,神经波动会明显变快。


图三 双脑区如何从矛盾信号达成感知共识?

作者调控V1与LM的输入一致性,模拟模糊的视觉刺激场景开展测试。

两区没有跨脑区长程连接时,信号相互矛盾,无法达成共识;双向长程连接会放大一致信号、压制冲突信号,依靠脑区间来回的神经回荡形成统一感知。

这种共识偏向采信强度更高的输入信号,并且离不开LM传回V1的反馈通路,即便输入冲突较强,该规律依然成立。

总结

这项研究揭示了皮层长程连接能在脑区间形成缓慢回荡的神经活动,以此协调不同皮层模块,让分散的脑区计算达成信号共识。借助实验与数据驱动建模,作者阐明了跨脑区动态共识这一核心机制,为理解大脑分布式信息处理提供了新的理论思路。

文章来源

https://doi.org/10.1038/s41593-026-02437-3


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