神经科学家已经识别出大脑细胞，这些细胞创建了各种坐标系统，以告知我们在一系列行为中的位置。这些细胞能够执行不同的动作序列，类似于音乐盒可以被安排以产生各种旋律。这项研究增强了我们对大脑算法的理解，这些算法使其能够流畅地生成复杂行为，包括规划和推理，这也可能揭示这些过程在精神疾病（例如精神分裂症）中可能如何失常。
这项研究今天发表在Nature上，详细描述了来自伦敦大学学院的赛因斯伯里威康中心和牛津大学的研究人员的工作，他们观察老鼠学习共享相同基本结构的不同行为序列。这种方法使团队能够探索老鼠如何将结构应用于新任务，这是智能行为的关键指标。
“每天，我们通过利用现有知识解决新问题。例如，当面对一个新食谱时，即使你从未尝试过这道菜，你也可以利用对相似菜肴的理解来确定所需步骤。我们的目标是详细了解大脑在细胞水平上如何完成这一过程，并推断出大脑在处理这些问题时的算法，”本研究的第一作者、赛因斯伯里威康中心和牛津大学临床神经科学纳菲尔德系的博士后神经科学家穆罕默德·艾尔·盖比博士解释道。
研究人员给老鼠提出了四个目标位置的序列挑战。尽管这些序列的具体细节有所不同，但整体结构在老鼠以重复循环的方式导航位置（A, B, C 和 D）时保持一致。
“经历了多次序列后，老鼠展示了一种惊人的能力——它们预测出了一个从未遭遇过的序列的一部分。当它们第一次在新环境中到达D时，它们本能地返回到A。这一行为不可能被记住，因为它从未被体验过！这表明老鼠掌握了任务的一般结构，并能够跟踪它们在行为坐标中的‘位置’，”艾尔·盖比博士进一步阐述道。
为了深入探讨老鼠如何掌握一般结构，研究人员使用硅探针监测大脑一个被称为内侧前额皮质的区域多个单个细胞的活动。他们发现这些细胞共同追踪动物的“目标进展”。例如，当动物距离实现目标70%时，某个细胞可能会激活，无论具体目标或涉及的距离如何。
“我们的研究结果显示，这些细胞监测动物在与具体行为相关的行为位置。再次使用烹饪的类比，这些细胞关注的是朝向子目标的进展，例如切菜。一部分细胞也被调节以跟踪朝向整体目标的进展，比如完成一顿餐的准备。因此，这些‘目标进展’细胞本质上充当适应性构件，集体形成一个行为坐标系统，”艾尔·盖比博士表示。
最终，团队发现这些细胞创建多个坐标系统，每个系统指示动物相对于特定行为的位置信息。正如音乐盒可以被安排生成任何系列的音符，大脑也可以类似地“执行”行为动作。
目前，团队正在研究这些活动模式如何融入大脑网络，无论是在学习新行为的过程中，还是在发展的脑中开始显现时。此外，来自该小组及其合作者的初步研究表明，类似的脑活动出现在健康人类的类似神经回路中。这一见解促使团队与精神病学家合作，探讨这些过程在精神分裂症等与类似脑回路相关的疾病中可能如何受到干扰。这可能阐明为什么精神分裂症患者可能高估他们在目标实现上的进展，最终导致妄想的产生。
这项研究获得了多个来源的支持，包括威康信托的博士生奖学金（220047/Z/19/Z）、威康主要研究奖学金（219525/Z/19/Z）、威康合作奖（214314/Z/18/Z）、威康整合神经成像中心和人类神经成像中心的核心资助（203139/Z/16/Z, 203147/Z/16/Z）、亨利·威康博士后奖学金（222817/Z/21/Z）、盖茨比慈善基金会、威康信托职业发展奖（225926/Z/22/Z）和威康信托SRF（202831/Z/16/Z）。
