大脑如何确定你下一步的走位？

决议计划，决议计划。无论有没有意识到，我们时时刻刻都处在决议计划傍边。从出门穿什么衣服，吃什么工具和若何渡过周末，到用哪只手拿笔，要不要调整一下重心，让本身坐得更舒畅……哪怕对于最眇乎小哉的决议计划，我们的大脑城市在一系列“若是”中细心遴选，掂量每一种可能的将来。即使做出的是貌似无意识的选择，例如从飞驰而来的车辆前躲开，大脑也在基于曩昔的履历做出展望，来指导行为。

在2020年1月颁发于《细胞》的一篇文章中，加州大学旧金山分校（UCSF）的研究人员在大鼠进行决议计划的一刹时窥探它们的大脑，不雅察神经元敏捷比对面前的可选项。他们描述的机制可能不仅仅合用于具体的决议计划行为，在动物阐扬缔造力，设想更为抽象的可能性时，这些机制也许也介入此中。

在加州大学旧金山分校的神经科学家劳伦·弗兰克（Loren Frank）率领下，他的课题组研究了海马脑区——那个外形像海马的，与空间定位、存储和提取记忆相关的脑区——中的神经元勾当。他们对那些叫做位置细胞（Place Cell）的神经元非分特别存眷，因为当动物在空间中移动的时辰，这些被称为“大脑的GPS”的细胞可以或许在脑中描画动物的位置。

已经有研究证实，当动物在情况中移动时，位置细胞会快速依次放电。这种电勾当不仅反映了动物的现实位置，也与动物的前后位置移动相对应：按照空间挨次，表征动物死后到表征动物身前的位置细胞依次放电，仿佛在扫描一条空间轨迹。（有研究证实这些标的目的前的移动也包含着方针或奖赏位置相关的信息。）与这种神经勾当的模式被称为θ周期（Theta Cycles，又称θ振荡、θ脑电波等），在大鼠大脑中以每秒钟反复大要八次的频率，为它们表征着不竭更新的路径信息。

弗兰克和他的团队发现，当某个动物将要采纳步履时，与θ周期相关的神经勾当会瓜代呈现分歧的潜在道路——不仅仅是为了对将来做出展望，并且以一种高速的、轮回来去的模式，从将来丰硕的行为可能中抽取样本进行查验。

脑电波中的备选情境

研究人员练习大鼠在W形迷宫中拔取分歧的路线，并同时记实它们位置细胞的电勾当。这些大鼠从迷宫中心的通道中跑过，接着标的目的左或标的目的右转弯。可是，当它们将要决议标的目的哪个偏向转弯时，研究人员注重到了大鼠位置细胞勾当的奇异之处——

_{这些大鼠处于迷宫中间的通道，一些位置细胞在它们将要（和正在）左转时放电，而其他位置细胞在它们将要（且正在）右转时放电。按照逻辑，因为这些细胞的配合勾当反映着动物当前的位置，两种细胞该当在大鼠接近转标的目的点时同时放电。但事实却不是这样。}

_{现实上，这两种细胞瓜代放电。就仿佛在动物决议采纳某一条道路之前，它们的海马区瓜代处置着 “标的目的左”仍是“标的目的右”的抉择信息，并一向连结着两者的自力性。}

“大脑尽力地把它们分隔，”弗兰克说，“问题是大脑为什么要这么做。”

_{当大鼠将要决议标的目的哪个偏向转弯时，它脑内的两种位置细胞并非同时放电，而是瓜代放电。}

_{—Lucy Reading-Ikkanda/Quanta Magazine}

明尼苏达大学的神经科学家大卫·雷迪什（David Redish）和已故的亚当·强森（Adam Johnson）曾经有过近似的发现——动物在迷宫中寻找偏向时，位置细胞往返扫描着潜在的可能，但这些勾当转变似乎与更需要深图远虑的行为相关。这两位研究人员并没有进一步研究，神经元对于“摆布抉择”的表征是随机呈现的，仍是有序呈现的。

与此分歧的是，弗兰克的课题组所发现的“摆布抉择”现象切确地与θ周期的每一个周期重合。海马在θ周期的一个周期中表征左转的旌旗灯号，而鄙人一周期中转换为右转的旌旗灯号。固然尝试中这两种旌旗灯号并不老是完美地彼此转换，偶然某一种旌旗灯号会持续呈现几个周期。可是旌旗灯号的整体布局是无可回嘴的。每个持续125毫秒的周期似乎都将大脑对于将来的分歧假设，朋分为持续而不变的整体构架。

“最让人赞叹的是此中的纪律性。这真的很神奇。”纽约大学医学院的神经科学家杰尔吉·布扎萨基（Gy?rgy Buzsáki）评论称，“每个周期与表征的决议计划是一对一的：一个周期表征左转，另一个周期表征右转，摆布不竭瓜代。”他认为，这种高度布局化摆列的长处可能在于，每个展望都以不异的可能性被有序地查验。

弗兰克和同事们进一步研究θ周期的神经勾当发现，每个周期的起头与大鼠今朝的位置相关，接着表征左转仍是右转的选择。整体的布局看起来是这样的：今朝的位置，左转的可能性，今朝的位置，右转的可能性，以此类推。

一切可能都在备选规模之内

尝试数据还呈现了其他有趣的模式。研究人员发现，θ周期不仅仅在大鼠左转或右转的抉择间往返转换，并且有时个体轮回可能包含了大鼠改变路径的可能。这个发现令人迷惑，因为在那些时刻大鼠其实并不需要考虑这个选择。

哥伦比亚大学的博士后研究员，《细胞》论文的第一作者肯尼思·凯（Kenneth Kay）认为，这一事实与“海马的功能仅限于仅展望动物将遭碰到什么”的不雅点各走各路。他说，“这表白θ周期的构成可能是将海马可以编码的各类事物联系起来的遍及体例。”

对于这个问题，弗兰克认为，“这看起来像长短常较着地暗示了思虑的过程——若是我转标的目的这边会发生什么呢？这值得我转过来吗？”

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是以，θ周期编码假设时可能具有更为一般的目标。麦吉尔大学的神经科学家马克·布兰登（Mark Brandon）认为，每个轮回的周期“都包含特定的内容”。编码于θ振荡125毫秒周期中的，可能是简单的“摆布抉择”，也可能是广义上的一段记忆，或发生过的特定事务。

雷迪什未介入新研究，但认同这一不雅点：“这不仅仅是空间的表征，还代表某种事务布局，本色上关乎考虑您现有的选择。”

研究人员说，也许θ周期是海马用来查看抽象选择的根基计较单位。在大大都环境下，θ周期的内容很可能基于过往经验，使动物对转变的情况作出快速而矫捷的反映，好比逃避捕食者。可是论文的第一作者肯尼思·凯说，“我们的工作同时也表白，这个周期可能并不会为半晌后的反映供给明白的指导。它的感化可能会阐扬在缔造力中，在更为普遍的生当作或想象的过程中。”