丘脑-脑干吸引子网络驱动基于历史偏见的决策

摘要

自然环境通常会逐渐变化，这使得人们倾向于根据最近的经验来做出决策——这种现象被称为“序列依赖性”^1,2,3。大规模的行为记录表明，序列依赖性是决策过程中的一个常见现象，大脑中到处都可以找到对过去经验的神经表征^{4,5,6,7,8,9,10,11}。然而，目前尚不清楚这种偏差是否源于具有特定历史计算功能的专门神经回路。通过对执行记忆引导避让动作的斑马鱼进行全脑、细胞分辨率成像^12,13,14，我们发现了一个能够维持过去信息并影响未来选择的层次化神经回路。背侧丘脑中的离散吸引子编码了最近障碍物的位置，通过持续10–20秒的活动来保持分类记忆。对背侧丘脑的光遗传学操作消除了或产生了序列偏差。一个下游的后脑整合器接收来自丘脑的输入，并将其与当前的感官线索结合，产生反映多次试验历史的渐变反应。利用斑马鱼的综合大脑图谱¹⁵，我们构建了一个全脑计算模型，该模型不仅再现了行为，还预测了异质性抑制亚型在实现灵活状态转换中的关键作用。这种吸引子-整合器架构揭示了一种层次化和模块化的计算方式，将强大的记忆保持能力与灵活的感觉整合相结合，为基于历史的决策提供了一个通用原理。