科学家发现斑马鱼中特殊神经元通过预判来躲避危险

日本 RIKEN 脑科学中心（CBS）和诸多科学家合作，发现了大脑中的特殊神经元。通过利用一个新的虚拟现实实现的水族馆，在斑马鱼通过虚拟现实线索学习和导航时，可以对其进行大脑成像，研究人员发现了允许有效避免风险的神经元，并在大脑中创建一个允许逃往安全地带的“危险地图”。

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预测未来是鱼类和人类决策的一个组成部分。当真实情况与预期不一致时，大脑会产生“预测错误”，让我们知道我们的预期是错误的。预测是由环境的内部模型形成的，新的研究发现，鱼的大脑中有像人类的预测模型。

研究人员在斑马鱼学会在其鱼缸中避免危险时，实时监测了与预测错误相关的大脑活动。他们发现，这些鱼试图保持低的预测误差以有效地避免危险。由于规避风险是一种进化上的保守行为，这些结果揭示了包括人类在内的所有脊椎动物共享的重要大脑回路。

斑马鱼体积小且透明，这使得记录整个大脑的活动变得容易。在实验中，鱼在虚拟游动时看到了红色或蓝色虚拟现实区域的选择，并学会将虚拟区域的颜色与危险或安全联系起来。研究人员对大脑的前部称为端脑的部分特别感兴趣，它与哺乳动物的大脑皮层和其他结构相对应，并有助于决策。当斑马鱼学会在虚拟现实中避免危险时，它们的大脑活动的延时变化被记录下来，导致发现了代表预测错误的神经元。

当鱼开始学习选择穿过蓝色环境的虚拟路线会导致危险，而选择红色路线意味着安全时，出现了不同的活跃的神经元群。后来，在实验中逆转了这种关联，即红色变得危险而不是蓝色，导致了这些神经元的失活。

这告诉研究人员，这些神经元可能是在为一个行为规则编码，而不仅仅是鱼看到的颜色。在对虚拟现实空间的另一个改变中，风景被改变了，以便它不会根据鱼的尾部运动而改变。

例如，试图通过翻转尾巴来向前游，并没有像预期的那样使景色退去。这些操作揭示了一组神经元，只有当鱼认为能让它们到达安全地带的行动没有产生预期的结果时，这组神经元才被激活。

主要作者 Makio Torigoe 说：“我们认为这群神经元是在大脑中对预测错误进行编码，将它们周围环境的实际景象与预测景象进行比较，它们已经知道如果它们以某种方式行事，将使它们到达安全地带”。

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