当你骑着自行车去商店时，你可能有两个完全不同的原因来引导:当你看到有东西冲进你的道路时，你的本能反应，或者当你看到指示正确路线的路标时，你的执行控制。麻省理工学院(MIT)神经科学家最近的一项研究表明，通过追踪相关的特定回路及其对视觉暗示行为的影响，大脑是如何被连接起来的。

这项研究发表在《自然通讯,演示了在小鼠神经元的前扣带皮层(ACC)的前额叶皮层区域,一个区域在大脑的前部与了解相关规则和实施计划,项目连接到一个地区称为上丘更早进化(SC)。SC执行反应性、反射性动作的基本指令。本研究的一个重要发现是，前扣带皮层与SC的联系目的是在需要执行控制时凌驾于SC之上。

“前扣带皮层提供了对这个古老结构的抑制控制，”麻省理工学院皮考尔学习与记忆研究所和大脑与认知科学系神经科学牛顿教授，资深作者Mriganka Sur说。这种抑制控制是一种依赖于任务及其规则的动态实体。这就是大脑皮层控制如何调节反射。”

作者拉菲克Huda,细胞生物学和神经科学助理教授罗格斯大学和前博士后苏尔的实验室,补充说,通过观察特定的电路之间的ACC和SC和视觉皮层(VC),研究人员可以解决不确定性关于大脑皮层调节更基本的大脑区域在决策。

胡达说:“关于大脑皮层在感觉运动决策中的作用一直存在争议。”“通过研究不同ACC投射路径的水平，我们能够提供一些答案，而这是不可能通过同时研究所有ACC而实现的。我们的工作为这样一种可能性提供了证据，即对皮质下结构(如SC)的抑制控制是前扣带皮层和一般的前额叶皮层如何调节决策行为的统一原则。”

意识和自旋

为了得出他们的发现，研究小组首先追踪了从VC和SC进出ACC的电路，确认了ACC处于整合和处理老鼠所看到的信息以及如何处理这些信息的主要位置。在整个研究过程中，他们选择关注左脑的这些结构。

在追踪左侧ACC-SC和ACC-VC电路后，研究小组接着训练老鼠玩一种既需要感觉(看到屏幕一侧的提示)又需要动作(旋转轨迹球移动提示)的视频游戏。其中一组老鼠必须将线索移向屏幕中心。另一组则必须将球杆向外移向屏幕边缘。通过这种方式，线索可以在视觉上出现在任何一侧，不同组的老鼠必须根据不同的规则移动它们。

当老鼠工作时，科学家观察不同区域的神经元活动，以了解它们在每项任务中的反应。然后，研究人员利用光遗传学技术控制神经元的活动，这种技术通过基因工程使细胞可以被闪光控制。通过这些操作，科学家们可以看到抑制这些区域内部和区域之间的神经活动是如何改变行为的。

在自然条件下，SC会反射性地指挥老鼠的头部运动，例如转向一个刺激物使其在视野中处于中心位置。但是科学家们需要保持头部不动才能进行观察，所以他们设计了一种方法，让老鼠用它们的爪子在轨迹球上控制屏幕上的刺激。他们在论文中指出，这两种行为相当于老鼠在其视野内移动线索。

在大脑左侧ACC和VC之间的回路被光基因钝化，证明了ACC-VC连接对于小鼠处理其视野右侧的线索至关重要。这对两组人来说都是一样的，不管他们看到线索时应该朝哪个方向移动。

涉及到最高法院的操纵被证明特别有趣。

当科学家灭活左侧SC内的神经元时，在一组在右侧看到刺激，本应将提示移动到屏幕中间的老鼠中，他们发现，与未受控制的老鼠相比，老鼠表现得很挣扎。换句话说，在正常情况下，左边的SC帮助将右边的刺激移动到视野中央。

当科学家们将ACC输入到SC的信息灭活时，老鼠比未被控制的老鼠更能正确地完成任务。当同样的老鼠看到左边的刺激物时，必须把它向内移动，它们做错的次数更多。ACC输入的作用似乎是压制SC的倾向。当这种覆盖被禁用时，SC将右手提示移动到中间的偏好就不受限制了。但是，老鼠将左边的刺激物移动到中间的能力被削弱了。

“这些结果表明，SC和ACC-SC通路促进了相反的行为，”作者写道。“重要的是，这些发现也表明ACC-SC通路是通过调节SC的先天反应偏差来实现这一点的。”

科学家们还在第二组老鼠身上测试了ACC-SC失活的效果，这组老鼠的任务是将信号向外移动。他们发现，在右线索试验中，失活增加了不正确的反应。这个结果在规则压倒反射的背景下是有意义的。如果左脑中的反射根深蒂固的SC右侧提示进入视野的中央(通过旋转头部右),那么只有一个功能ACC-SC覆盖可以迫使它成功提示进一步向右移动,因此进一步的视野的边缘,当任务规则要求。

瑟尔说，这些发现强调了前额叶皮层(在这种情况下，尤其是前扣带皮层)在赋予哺乳动物遵从规则而不是在需要时反射的智能方面的重要性。这也表明ACC的发育缺陷或损伤可能导致精神障碍。

“了解前额叶皮层，甚至是一个部分的作用，对于理解在功能障碍的情况下，执行控制是如何发展的，或者是如何无法发展的，是至关重要的，”苏尔说。

除了苏尔和胡达，该论文的其他作者是格雷森·西普，文森特·布雷顿-普罗温切，K.瓜达卢佩·克鲁兹，杰拉尔德·弗，埃利·亚当，利亚丹·冈特，奥丁·苏林斯和伊恩·维克沙姆。

国家眼科研究所、国家心理健康研究所、加拿大自然科学和工程研究委员会、国家科学基金会、西蒙斯基金会和JPB基金会支持这项研究。