小鼠全脑决策过程中先验信息的神经表征图谱解析

国际脑实验室团队通过标准化视觉决策任务，结合全脑Neuropixels记录和宽场钙成像技术，揭示了小鼠大脑中30%区域存在先验概率编码，涵盖从初级感觉皮层到高级联合区的广泛脑区，为贝叶斯推理的分布式神经机制提供了重要证据。该研究发表于《Nature》。

在认知神经科学领域，大脑如何整合先验知识与感觉信息进行决策始终是核心问题。传统理论存在两派争议：一派认为先验信息仅在高阶决策脑区（如前额叶皮层）编码；另一派则提出全脑分布式处理的贝叶斯网络假说。由于既往研究受限于记录技术的空间覆盖范围，且不同实验室采用异质性任务范式，这一根本问题长期悬而未决。国际脑实验室(International Brain Laboratory, IBL)通过大规模协作，采用标准化视觉决策任务结合尖端记录技术，首次在全脑尺度揭示了先验信息的神经表征规律。

研究采用两个关键技术方法：一是通过242个脑区的Neuropixels探针记录（699次插入，139只小鼠）获取单细胞分辨率数据；二是利用宽场钙成像(WFI)捕捉32个皮层区域的群体活动（52次记录，6只小鼠）。所有数据均配准至Allen通用坐标框架，并采用伪会话法控制神经信号漂移导致的假阳性。行为分析通过深度实验室切割(DLC)系统量化身体姿态与眼球运动的影响。

小鼠利用先验信息优化决策表现

实验设计让小鼠判断左右视野中不同对比度的光栅刺激位置，其中右侧刺激出现概率在0.2-0.8间随机切换。通过心理测量曲线分析发现，小鼠在零对比度试次的正确率达58.7%，显著优于随机水平（50%），但低于贝叶斯最优模型的61.1%。反转曲线显示，小鼠在区块切换后需要约5个试次恢复性能，显著慢于最优模型的2.4个试次，表明其采用近似而非完美的先验估计策略。

ITI期间先验信息的解码

通过线性回归解码贝叶斯最优先验发现，30.2%的脑区（73/242）在刺激间隔期(ITI,-600至-100ms)显著编码先验信息，包括初级视觉皮层(VISp)、外侧膝状体(LGd)等感觉区，以及背侧前扣带回(ACAd)、腹外侧眶额叶(ORBvl)等联合皮层。WFI数据更显示所有背侧皮层均存在先验表征。解码效果与小鼠行为显著相关（零对比度试次选择概率与解码先验的Spearman R=0.52），且不能被身体姿态或眼球运动完全解释（Granger分析显示存在从高阶皮层到感觉区的反馈连接）。

刺激后先验信息的持续编码

在刺激后100ms窗口，通过神经测量曲线位移分析发现17.8%的脑区仍保持先验编码。值得注意的是，刺激解码效果与先验解码效果显著相关（R=0.29），40个刺激编码脑区中有25个同时编码先验，支持"概率种群编码"理论预测的线性可加性。

动作核模型揭示行为机制

贝叶斯模型比较显示，小鼠实际采用"动作核"策略——通过指数衰减（中位衰减常数5.45试次）整合近期动作而非刺激历史来估计先验。神经活动对过去5-6次动作的依赖性与行为学参数高度匹配（R=0.33），且表现出动作核模型特有的行为特征：在错误试次后正确率显著下降（58.7%→53.2%），这与贝叶斯最优模型预测不符。

该研究通过全脑尺度的系统记录，首次证实先验信息在感觉、联合和运动区广泛分布，支持大脑作为贝叶斯推理网络的假说。发现的动作核策略揭示了生物系统在有限计算资源下的近似优化机制，为理解认知决策的神经基础提供了新框架。技术层面建立的标准化全脑记录范式，为未来神经科学研究树立了新标杆。局限性在于尚未阐明不同脑区先验表征的具体计算角色，这将是未来研究的重要方向。