大腦如何確定你下一步的走位？

決議計劃，決議計劃。無論有沒有意識到，我們時時刻刻都處在決議計劃傍邊。從出門穿什么衣服，吃什么工具和若何渡過周末，到用哪只手拿筆，要不要調整一下重心，讓本身坐得更舒暢……哪怕對于最眇乎小哉的決議計劃，我們的大腦城市在一系列“若是”中細心遴選，掂量每一種可能的將來。即使做出的是貌似無意識的選擇，例如從飛馳而來的車輛前躲開，大腦也在基于曩昔的履歷做出展望，來指導行為。

在2020年1月頒發于《細胞》的一篇文章中，加州大學舊金山分校（UCSF）的研究人員在大鼠進行決議計劃的一剎時窺探它們的大腦，不雅察神經元敏捷比對面前的可選項。他們描述的機制可能不僅僅合用于具體的決議計劃行為，在動物闡揚締造力，設想更為抽象的可能性時，這些機制也許也介入此中。

在加州大學舊金山分校的神經科學家勞倫·弗蘭克（Loren Frank）率領下，他的課題組研究了海馬腦區——那個外形像海馬的，與空間定位、存儲和提取記憶相關的腦區——中的神經元勾當。他們對那些叫做位置細胞（Place Cell）的神經元非分特別存眷，因為當動物在空間中移動的時辰，這些被稱為“大腦的GPS”的細胞可以或許在腦中描畫動物的位置。

已經有研究證實，當動物在情況中移動時，位置細胞會快速依次放電。這種電勾當不僅反映了動物的現實位置，也與動物的前后位置移動相對應：按照空間挨次，表征動物死后到表征動物身前的位置細胞依次放電，仿佛在掃描一條空間軌跡。（有研究證實這些標的目的前的移動也包含著方針或獎賞位置相關的信息。）與這種神經勾當的模式被稱為θ周期（Theta Cycles，又稱θ振蕩、θ腦電波等），在大鼠大腦中以每秒鐘反復大要八次的頻率，為它們表征著不竭更新的路徑信息。

弗蘭克和他的團隊發現，當某個動物將要采納步履時，與θ周期相關的神經勾當會瓜代呈現分歧的潛在道路——不僅僅是為了對將來做出展望，并且以一種高速的、輪回來去的模式，從將來豐碩的行為可能中抽取樣本進行查驗。

腦電波中的備選情境

研究人員練習大鼠在W形迷宮中拔取分歧的路線，并同時記實它們位置細胞的電勾當。這些大鼠從迷宮中心的通道中跑過，接著標的目的左或標的目的右轉彎。可是，當它們將要決議標的目的哪個偏向轉彎時，研究人員注重到了大鼠位置細胞勾當的奇異之處——

_{這些大鼠處于迷宮中間的通道，一些位置細胞在它們將要（和正在）左轉時放電，而其他位置細胞在它們將要（且正在）右轉時放電。按照邏輯，因為這些細胞的配合勾當反映著動物當前的位置，兩種細胞該當在大鼠接近轉標的目的點時同時放電。但事實卻不是這樣。}

_{現實上，這兩種細胞瓜代放電。就仿佛在動物決議采納某一條道路之前，它們的海馬區瓜代處置著 “標的目的左”仍是“標的目的右”的抉擇信息，并一向連結著兩者的自力性。}

“大腦盡力地把它們分隔，”弗蘭克說，“問題是大腦為什么要這么做。”

_{當大鼠將要決議標的目的哪個偏向轉彎時，它腦內的兩種位置細胞并非同時放電，而是瓜代放電。}

_{—Lucy Reading-Ikkanda/Quanta Magazine}

明尼蘇達大學的神經科學家大衛·雷迪什（David Redish）和已故的亞當·強森（Adam Johnson）曾經有過近似的發現——動物在迷宮中尋找偏向時，位置細胞往返掃描著潛在的可能，但這些勾當轉變似乎與更需要深圖遠慮的行為相關。這兩位研究人員并沒有進一步研究，神經元對于“擺布抉擇”的表征是隨機呈現的，仍是有序呈現的。

與此分歧的是，弗蘭克的課題組所發現的“擺布抉擇”現象切確地與θ周期的每一個周期重合。海馬在θ周期的一個周期中表征左轉的旌旗燈號，而鄙人一周期中轉換為右轉的旌旗燈號。固然嘗試中這兩種旌旗燈號并不老是完美地彼此轉換，偶然某一種旌旗燈號會持續呈現幾個周期。可是旌旗燈號的整體布局是無可回嘴的。每個持續125毫秒的周期似乎都將大腦對于將來的分歧假設，朋分為持續而不變的整體構架。

“最讓人贊嘆的是此中的紀律性。這真的很神奇。”紐約大學醫學院的神經科學家杰爾吉·布扎薩基（Gy?rgy Buzsáki）評論稱，“每個周期與表征的決議計劃是一對一的：一個周期表征左轉，另一個周期表征右轉，擺布不竭瓜代。”他認為，這種高度布局化擺列的長處可能在于，每個展望都以不異的可能性被有序地查驗。

弗蘭克和同事們進一步研究θ周期的神經勾當發現，每個周期的起頭與大鼠今朝的位置相關，接著表征左轉仍是右轉的選擇。整體的布局看起來是這樣的：今朝的位置，左轉的可能性，今朝的位置，右轉的可能性，以此類推。

一切可能都在備選規模之內

嘗試數據還呈現了其他有趣的模式。研究人員發現，θ周期不僅僅在大鼠左轉或右轉的抉擇間往返轉換，并且有時個體輪回可能包含了大鼠改變路徑的可能。這個發現令人迷惑，因為在那些時刻大鼠其實并不需要考慮這個選擇。

哥倫比亞大學的博士后研究員，《細胞》論文的第一作者肯尼思·凱（Kenneth Kay）認為，這一事實與“海馬的功能僅限于僅展望動物將遭碰到什么”的不雅點各走各路。他說，“這表白θ周期的構成可能是將海馬可以編碼的各類事物聯系起來的遍及體例。”

對于這個問題，弗蘭克認為，“這看起來像長短常較著地暗示了思慮的過程——若是我轉標的目的這邊會發生什么呢？這值得我轉過來嗎？”

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是以，θ周期編碼假設時可能具有更為一般的目標。麥吉爾大學的神經科學家馬克·布蘭登（Mark Brandon）認為，每個輪回的周期“都包含特定的內容”。編碼于θ振蕩125毫秒周期中的，可能是簡單的“擺布抉擇”，也可能是廣義上的一段記憶，或發生過的特定事務。

雷迪什未介入新研究，但認同這一不雅點：“這不僅僅是空間的表征，還代表某種事務布局，本色上關乎考慮您現有的選擇。”

研究人員說，也許θ周期是海馬用來查看抽象選擇的根基計較單位。在大大都環境下，θ周期的內容很可能基于過往經驗，使動物對轉變的情況作出快速而矯捷的反映，好比逃避捕食者。可是論文的第一作者肯尼思·凱說，“我們的工作同時也表白，這個周期可能并不會為半晌后的反映供給明白的指導。它的感化可能會闡揚在締造力中，在更為普遍的生當作或想象的過程中。”