2025年6月6日，《自然·通讯》期刊在线发表了题为《灵长类尾状核在多模态抉择中的不同神经群体编码和因果作用》的研究论文，该研究由中国科学院脑科学与智能技术卓越中心（神经科学研究所）顾勇研究组完成。在该研究中，顾勇研究组通过训练猕猴完成一个依赖多模态感觉刺激的抉择任务，同时进行神经元胞外电生理记录、微电流刺激以及可逆性药物失活等多种技术手段，发现了皮层和皮层下脑区在多感觉抉择功能中的高维神经表征存在很大差异，并证明了尾状核区域对猕猴基于多感觉信息的抉择行为具有因果贡献。

在日常生活中，我们需要对外界传来的各种模态的感觉信息实时采样，形成内在决定，从而指导外在行为。这一高级认知功能被称为感知抉择（perceptual decision-making）。特别地，神经计算学家们提出漂移扩散模型（drift-diffusion model）可能是大脑中进行感知抉择的算法过程，其中的证据累积（evidence accumulation）信号可能对应着抉择形成。然而，这一信号所对应的神经元活动模式在很多皮层和皮层下脑区中都被发现，形成了一种看似表征冗余（representational redundancy）的现象。那么，这些脑区在感知抉择中是相当程度的冗余的，还是具有各自的特征，只是尚未被发现？

为了回答这个问题，研究人员设计了一个依赖视觉和前庭觉的多模态航向感知任务。猕猴在一个虚拟现实系统中，需要根据屏幕上光流场或者平台的运动判断自身的运动方向是向左还是向右，最后通过眼动汇报其感知判断。与此同时，研究人员利用电极微丝记录了猕猴皮层下脑区纹状体尾状核（CN）中的神经元电活动，通过降维分析，发现其表征模式与皮层区域迥然不同。具体地，在多模态环境下，CN的神经活动与仅前庭单模态刺激时更接近，而联合皮层的额叶眼动区（FEF）以及外侧顶内区（LIP）呈现相反的模式：与仅视觉单模态刺激时更接近。这一发现提示纹状体并不是仅仅在继承与反映皮层活动，而有可能是本身对猕猴的感知抉择行为发挥重要作用。

图一：（a）大脑中多个脑区，包括联合皮层（FEF、LIP）和皮层下（CN、SC）中发现了证据累积信号。（b）视觉-前庭觉航向辨别任务。（c）将三个脑区的高维群体活动投射到各自的神经子空间中。注意绿色曲线（双模态条件）在CN中更贴近前庭（蓝色），而在联合皮层中更加接近视觉（红色）。

为了检验这一假设，研究人员首先对尾状核群体神经活动进行分析，发现其可以反映猕猴的多感觉抉择行为，说明它们之间存在相关关系。进一步通过微电流刺激，以及可逆性药物失活来干扰尾状核神经元群体活动，他们发现可以显著影响猕猴的抉择行为。以上所有证据支持尾状核在基于感知觉抉择的动物行为中发挥了重要作用。

图二：（a）向目标脑区注射可逆性失活药物的示意图。（b）注射药物到CN中后引起了猕猴心里物理曲线的偏移。（c）向目标脑区注射微弱电流的示意图。（d）微电流干扰CN引起了猕猴心里物理曲线的偏移。

中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心博士生曾朝为该论文第一作者，博士生张策和徐越为研究做出了重要贡献，中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心顾勇研究员及其合作者为通讯作者。该工作获得了中国脑计划和和上海市重大专项的经费支持。