DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-025-09235-0
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40903598
تاريخ النشر: 2025-09-03
المؤلف: Leenoy Meshulam وآخرون
الموضوع الرئيسي: ديناميات الأعصاب ووظيفة الدماغ
الطرق
يستعرض قسم الطرق الموافقات الأخلاقية والبروتوكولات التجريبية المستخدمة في الدراسة التي تشمل الموضوعات الحيوانية. جميع الإجراءات التزمت بالقوانين المحلية وحصلت على موافقة من لجان الأخلاقيات المؤسسية المختلفة، بما في ذلك كلية جامعة لندن، جامعة برينستون، مختبر كولد سبرينغ هاربر، وغيرها. تم منح تراخيص محددة للتجارب، مما يضمن الامتثال لمعايير رفاهية الحيوان.
تضمنت الإعدادات التجريبية أجهزة كهربائية قياسية مصنوعة من مكونات ثورلاب، مزودة بحامل للفئران مطبوع بتقنية ثلاثية الأبعاد وعجلة توجيه للمهام السلوكية. تم عرض المحفزات البصرية على شاشة LCD، مع مراقبة التوقيت بواسطة فوتودايود. شملت جمع البيانات عدة كاميرات وميكروفونات، بينما تم إجراء التسجيلات العصبية باستخدام مجسات نيوروبكسل. تطلب بروتوكول التدريب من الفئران الاستجابة للمحفزات البصرية بتباينات مختلفة، مع نظام مكافآت منظم يعتمد على استجاباتهم. تلا الكتلة الأولية غير المتحيزة من التجارب كتل متحيزة، حيث تم التلاعب باحتمالية تقديم المحفز، مما سمح بتقييم شامل لأداء الفئران عبر ظروف مختلفة.
النتائج
في قسم النتائج، يقدم المؤلفون تصورًا شاملاً لأحجام التأثير من تحليلات عصبية مختلفة عبر مناطق دماغية مختلفة، مما يسهل المقارنات المباشرة لمتغيرات المهام. استخدموا جدولًا مشفرًا بالألوان (على سبيل المثال، الشكل 4f) حيث تم تطبيع أحجام التأثير إلى نطاق من 0 إلى 1، مما يسمح بتحديد واضح للمناطق التي تظهر تأثيرات كبيرة عبر التحليلات. لا يبرز هذا النهج فقط الاتفاق بين التحليلات المختلفة، بل يسلط الضوء أيضًا على متغير التغذية الراجعة، الذي أظهر باستمرار أكبر تأثير عبر جميع متغيرات المهام.
بالإضافة إلى ذلك، يقدم المؤلفون تصورات إضافية، بما في ذلك الخرائط المسطحة (الشكل الممتد 2) ومخططات الانتشار (الشكل الممتد 3)، لتوضيح العلاقات بين درجات التحليل بشكل أكبر. يمثل كل عمود في الجدول تحليلًا عصبيًا محددًا، بينما يتوافق كل صف مع متغير مهمة، مع تطبيق مقياس لون ثابت عبر جميع المتغيرات لتعزيز التحليل المقارن. تشير النتائج إلى نسبة كبيرة من المناطق التي تظهر تأثيرات ملحوظة، مع التأكيد بشكل خاص على هيمنة متغير التغذية الراجعة في سياق المهام التي تم تحليلها.
المناقشة
في هذه الدراسة، تم تدريب 139 فأرًا على مهمة اتخاذ القرار للتحقيق في كيفية تشفير النشاط العصبي لمتغيرات المهمة. تضمنت المهمة الاستجابة للمحفزات البصرية المعروضة على أي جانب من الشاشة، مع احتمال سابق يؤثر على موقع المحفز. أظهر الفئران معدل دقة مرتفع بنسبة 81.4% في اختياراتهم، متفوقين بشكل خاص في التجارب ذات التباين البصري العالي. ومن الجدير بالذكر أنهم تمكنوا من الأداء فوق مستويات الصدفة حتى في التجارب التي لم يكن فيها محفز بصري، مما يدل على قدرتهم على الاستفادة من الاحتمالات السابقة. كشفت تحليل أدائهم عن فترة تعديل تدريجية بعد تبديل الكتل، مما يبرز تأثير التقديرات السابقة على اتخاذ القرار.
تم إجراء التسجيلات العصبية باستخدام 699 مجسًا من نيوروبكسل عبر مناطق دماغية مختلفة، مما أسفر عن أكثر من 75,000 خلية عصبية معزولة جيدًا للتحليل. استخدمت الدراسة تقنيات تحليلية متعددة لتقييم كيفية تمثيل النشاط العصبي لأربعة متغيرات رئيسية في المهمة: المحفز البصري، الاختيار، التغذية الراجعة، وحركة العجلة. كشفت تحليلات فك الشيفرة عن تشفير كبير للمحفزات البصرية عبر عدة مناطق دماغية، بما في ذلك القشرة البصرية والمهاد، مع تأخيرات متفاوتة في الاستجابة للمحفزات. تشير النتائج إلى أن المعلومات البصرية تمثل ليس فقط في المناطق البصرية الكلاسيكية ولكن أيضًا في مناطق متنوعة في جميع أنحاء الدماغ، مما يبرز تعقيد التشفير العصبي في عمليات اتخاذ القرار.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-025-09235-0
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40903598
Publication Date: 2025-09-03
Author(s): Leenoy Meshulam et al.
Primary Topic: Neural dynamics and brain function
Methods
The methods section outlines the ethical approvals and experimental protocols used in the study involving animal subjects. All procedures adhered to local laws and received approval from various institutional ethics committees, including University College London, Princeton University, Cold Spring Harbor Laboratory, and others. Specific licenses were granted for the experiments, ensuring compliance with animal welfare standards.
The experimental setup included standardized electrophysiological rigs constructed from Thorlabs components, equipped with a 3D-printed mouse holder and a steering wheel for behavioral tasks. Visual stimuli were presented on an LCD screen, with timing monitored by a photodiode. Data collection involved multiple cameras and microphones, while neural recordings were made using Neuropixels probes. The training protocol required mice to respond to visual stimuli with varying contrasts, with a structured reward system based on their responses. The initial unbiased block of trials was followed by biased blocks, where the probability of stimulus presentation was manipulated, allowing for a comprehensive assessment of the mice’s performance across different conditions.
Results
In the results section, the authors present a comprehensive visualization of effect sizes from various neural analyses across different brain regions, facilitating direct comparisons of task variables. They employed a color-coded table (e.g., Fig. 4f) where effect sizes were normalized to a range of 0 to 1, allowing for a clear identification of regions exhibiting substantial effects across analyses. This approach not only underscores the agreement among different analyses but also highlights the feedback variable, which consistently demonstrated the largest effect across all task variables.
Additionally, the authors provide supplementary visualizations, including flatmaps (Extended Data Fig. 2) and scatter plots (Extended Data Fig. 3), to further elucidate the relationships between analysis scores. Each column in the table represents a specific neural analysis, while each row corresponds to a task variable, with a fixed color scale applied across all variables to enhance comparative analysis. The results indicate a significant fraction of regions showing notable effects, particularly emphasizing the dominance of the feedback variable in the context of the analyzed tasks.
Discussion
In this study, 139 mice were trained on a decision-making task to investigate how neural activity encodes task variables. The task involved responding to visual stimuli presented on either side of a screen, with a prior probability influencing the stimulus location. Mice demonstrated a high accuracy rate of 81.4% in their choices, particularly excelling in trials with high visual contrast. Notably, they were able to perform above chance levels even on trials with no visual stimulus, indicating an ability to leverage prior probabilities. The analysis of their performance revealed a gradual adjustment period following block switches, highlighting the influence of prior estimates on decision-making.
Neural recordings were conducted using 699 Neuropixels probes across various brain regions, yielding over 75,000 well-isolated neurons for analysis. The study employed multiple analytical techniques to assess how neural activity represented four key task variables: visual stimulus, choice, feedback, and wheel movement. Decoding analyses revealed significant encoding of visual stimuli across several brain regions, including the visual cortex and thalamus, with varying latencies in response to stimuli. The findings suggest that visual information is represented not only in classical visual areas but also in diverse regions throughout the brain, underscoring the complexity of neural encoding in decision-making processes.