| 高阶丘脑核的丘脑皮质投射的重复解剖模式 |
Huth, A. |
2026-06-28 |
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皮层-丘脑-皮层回路涉及皮层区域之间广泛的跨丘脑连接，但其结构组织和功能仍知之甚少。本研究通过从初级躯体感觉皮层（S1）和初级运动皮层（M1）两个皮层区域进行逆行示踪，对多个高阶丘脑核团的丘脑皮层投射进行了表征。使用不同荧光团标记的霍乱毒素B亚单位，可同时检测投射至S1和M1的神经元。基于神经网络开发了细胞检测流程，实现对丘脑大体积成像数据的半自动化分析，以定量推断后复合体（PO）及邻近筛核（Eth）、中央外侧核（CL）、中央旁核（PCN）和束旁核（PF）中投射神经元的空间分布。投射至初级躯体感觉皮层和运动皮层的神经元排列具有不同的连接强度，并在所有研究的核团中呈现拓扑组织特征。向两个皮层区域联合注射示踪剂后，发现存在轴突分支同时投射至S1和M1皮层的投射神经元。本研究建立的半自动化定量分析丘脑投射模式流程，可推广应用于一般性连接分析。该方法揭示了不同丘脑核团在投射强度、空间组织及同时靶向两个皮层区域的投射神经元比例方面具有重复性解剖模式。 |
| 在时间注意力过程中，个体忽略无关信息的策略会反映在独特的神经信号特征上。 |
Gironimi, M. |
2026-06-28 |
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注意力功能使神经系统能够调节传入信息，选择行为相关的信息同时过滤干扰。为研究大鼠的注意力控制，我们开发了一种范式，要求动物忽略无关触觉刺激（振动）并对相关刺激进行强弱分类。刺激在时间上分离但传递至同一组触须，因此属于时间注意力任务而非空间注意力任务。在首个任务版本中，无关刺激先呈现，相关刺激后呈现。不同动物在学习和执行该任务时表现出显著差异，这与新兴研究一致——学习过程沿着个体特有的轨迹展开，而非收敛于单一行为解决方案。尽管无关刺激通常对判断产生吸引性偏差，部分大鼠逐渐减少其影响并实现近乎完全的抑制，从熟练阶段过渡到专家阶段。然而其他动物采用了替代性稳定策略，未表现出同等水平的注意力过滤。为探究行为灵活性，我们设计了相关刺激可能出现在任一时间位置的任务版本。在此条件下，大鼠普遍难以灵活分配时间注意力，个体间再次呈现显著差异。重要的是，行为分析表明这种差异并非随机，而是反映了少数可复现的策略类别，其特征是对刺激顺序具有不同的敏感模式。这些发现提示该任务中的注意力控制并非依赖单一经典算法，而是从一组受限的替代解决方案中涌现。有限数量的动物电生理记录揭示了与这些行为差异一致的神经关联。在执行原始任务的专家动物中，运动皮层神经元群体对无关和相关刺激表现出差异编码。在vS1和M1/M2均植入电极的熟练动物中，vS1区域呈现显著的结果依赖性调节，而M1/M2将感觉输入转化为类别表征，并部分抑制无关刺激。局部场电位分析进一步表明，有效任务表现与vS1和M1/M2间高频伽马同步性增强相关，同时伴随符合自上而下交互的低β节律调节。综合来看，这些结果表明学会忽略无关信息会重塑感觉皮层与运动皮层间的相互作用，但该过程在个体间呈现异质性。数据支持一个框架：在共享任务结构中存在多种可识别的策略共存，而非反映单一注意力控制机制，这凸显了个体差异在理解注意力神经基础中的重要性。 |
| 从被动记录的自然语音中估计神经元对词义的调谐 |
Ismail, T. |
2026-06-28 |
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从日常自然语言中推导神经层面的语言编码模型具有重大的科学和临床潜力。当前方法受限于输入数据的规模和生态效度；尤其需要大规模、罕见或自然样本的应用场景，若能通过偶然发生的日常语言推断神经编码，将获得显著优势。本文提出一种新型处理流程，专门用于利用自发性和偶然性的自然语言。该流程包含转录、分割、视频辅助说话人识别，以及神经数据的对齐与尖峰检测。我们将此流程应用于21名患者的数据集（每人记录超6天，总计超800小时、500万词）。通过人工标注的词级时间对齐与手动分类的尖峰数据作为广泛且罕见的真实对照数据集，对编码与解码模型进行基准测试。我们进一步通过量化表征漂移、数据集规模效应及六个脑区差异来验证该方法。综合结果表明，大脑对偶然性自然语言的处理程度足以支持神经层面嵌入的估计。 |
| 工具性-运动迁移：竞争性运动目标的相对价值调节内隐运动学习 |
Al-Fawakhiri, N. |
2026-06-28 |
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多种学习信号可以塑造运动输出，包括奖赏与惩罚（通过基于价值的强化学习）以及感觉运动误差（通过运动适应）。然而，目前尚不清楚通过强化学习获得的动作价值是否与基于误差的运动学习存在交互作用。本研究探究了竞争性运动目标的习得价值如何影响运动系统从与这些目标相关的感觉运动误差中学习。我们设计了一项实验范式，要求参与者（N=85）在经历针对相同或邻近目标的隐式视觉运动适应之前，先学习不同运动目标对应的价值。我们观察到两类相关效应：排斥效应与抑制效应。当适应过程使肢体朝向低价值目标移动时，学习效果弱于适应过程使肢体远离低价值目标的情况，这表明低价值动作存在"排斥"效应。此外，当低价值目标本身作为运动目标时，所有方向的适应均受到抑制。这些效应在效价维度上呈现不对称性：当适应过程使肢体朝向高价值目标移动时，未观察到类似的吸引效应；当高价值目标作为运动目标时，也未发现适应能力的整体增强。进一步分析与实验表明，这些效应并非源于普遍性偏差，而是由目标的相对价值而非绝对价值驱动。排斥与抑制效应与运动方向相关，而非目标本身。这些结果揭示了强化学习与运动记忆之间存在一种新型交互作用——可称为"工具性-运动迁移"。 |
| 对复杂叫声序列的理解先于其产生。 |
Mason, S. L. |
2026-06-28 |
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越来越多的证据表明，动物能将离散且有意义的叫声组合成序列——这一特征曾被认为是人类语言句法所独有——这为研究句法交流的进化起源提供了契机。词语意义的任意赋予是人类语言进化的重要一步，也是通过句子生成更深层意义的必要前提。研究其他能产生叫声序列的动物如何学习这些信号的含义，有助于揭示指代性和语义组合性的进化过程。由于仅在少数非人类动物中最近才被发现存在有意义的叫声序列，目前尚无关于这些声音理解能力的个体发育研究。西澳大利亚喜鹊（Gymnorhina tibicen dorsalis）能将离散叫声组合成多种叫声序列。最新证据表明这些序列是通过社会学习获得的，但幼鸟在哪个发育阶段能正确响应这些序列仍未被研究。我们对离巢后前18周的幼鸟播放了离散警报叫声和叫声序列，以识别它们何时能区分与离散叫声相关的低级别干扰和与序列相关的高级别空中威胁。幼鸟对两种声音均立即表现出警惕，但对序列的反应中表现出显著更强的警惕性和向上扫描行为。关键的是，幼鸟从测试第一周起就对序列表现出这种反应，且年龄对两种声音的反应均无影响。这些发现表明喜鹊对序列的理解先于产生，且序列含义要么是快速习得的，要么具有先天基础。尽管仍需进一步研究，但本研究首次为理解非人类动物组合性理解的个体发育提供了实证。 |
| 从不完整的化石记录中进行系统发育推断 |
Hohmann, N. |
2026-06-28 |
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化石数据对于构建系统发育时间树至关重要，而时间树是检验各类演化假说的基础。尽管化石记录存在不完整性，现代地层学仍能通过间断层位及其持续时间来预测化石记录的结构特征。系统发育模型的发展使我们能够将这些信息以时变化石采样先验的形式纳入贝叶斯系统发育推断。然而，地层结构对时间树推断的影响与作用至今尚未被探索。我们提出了一种新型模拟框架，将真实地层正向模型与系统发育模拟相结合。利用该框架，我们检验了：(1) 地层学合理的地层间断导致的化石采样模型偏差如何影响基于化石出生-死亡模型的全证据推断；(2) 将间断持续时间与层位信息纳入化石采样先验时，能否提升推断效果。研究发现，全证据分析对不同地层结构中地层学合理的地层间断分布具有稳健性，而分析结果主要受形态特征数量主导。令人意外的是，纳入地层记录中显著间断的信息并未改善系统发育推断。我们的结果表明，在短时间尺度上，系统发育推断对地层间断引入的模型偏差具有稳健性，结果主要受形态特征矩阵规模等已知数据可用性约束的影响。本研究为系统发育与地层过程的联合建模奠定了基础，并缩小了古生物学、地层学与现生生物学之间的认知差距。 |
| 小脑浦肯野细胞的随机神经支配作为多样化表征学习的基础 |
Holtrup, A. A. |
2026-06-28 |
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尽管小脑微回路是研究神经计算最为成熟的系统之一，但近期连接组学分析揭示了其与经典模型的偏差，引发了关于该系统中连接性、功能及学习机制的根本性问题。该回路的一个关键特征是大量平行纤维汇聚至浦肯野细胞。当前主流的小脑计算模型假设这一交汇点存在全连接模式，即单个浦肯野细胞从所有平行纤维中"采样"。然而实验证据表明，每个浦肯野细胞仅接受部分可接触平行纤维的神经支配。这种部分采样形成的差异化连接可能反映了小脑学习的组织原则，但其影响尚不明确。基于电子显微镜重建数据，我们发现平行纤维对浦肯野细胞的神经支配基本符合伯努利模型——在解剖约束下连接随机独立分布。进一步支持随机模型的是，我们观察到颗粒细胞上行分支的连接与其平行纤维的连接无预测关系，且同一浦肯野细胞不同树突分支遭遇的平行纤维间也不存在连接关联。在小脑回路模型中，我们探讨了部分连接作为学习基质的可能性，即固定随机掩膜强制浦肯野细胞间产生多样性。研究发现，当考虑浦肯野细胞"群体"时，随机部分连接确实能超越全连接模式的表现。我们的结果为理解小脑平行纤维与浦肯野细胞间部分连接的作用提供了理论框架，并可能对类小脑系统及其他领域具有启示意义。 |
| 人类内侧颞叶中的数字单纯形 |
Zhu, H. |
2026-06-28 |
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人类处理数字时表现出高度的灵活性，这表明其神经流形结构比普遍的心理数字线模型更为丰富。在人类执行两项简单任务（点数计数与算术运算）的内侧颞叶（MTL）神经元群体中，我们发现数字感的稳健神经编码形成了高维、单形体形状的流形。这种形状因其高破碎维度和可表达性，比线性流形具有更强的灵活性。点阵与阿拉伯数字引发了不同的单纯形群体编码，但在同一任务中，它们通过线性可迁移的潜在结构相互关联。我们在大型语言模型（LLMs）中也发现了类似的数字表征单纯形几何结构。此外，受试者在计算期间内部运算的算术结果可被解码，且解码准确率与个体数学能力相关。最后，单纯形操作数表征的线性变换模拟了大脑将操作数转化为可解码结果的过程，表明大脑的算术程序与LLMs的注意力架构存在一定相似性。这些发现共同为大脑中数字认知的高维表征基础提供了依据。 |
| 觉醒状态调节人类海马尖波涟漪 |
Siefert, E. M. |
2026-06-28 |
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海马涟漪是短暂的高频振荡，与记忆回放和巩固相关。在啮齿类动物中，涟漪已被充分证实出现在行为不活跃期（如睡眠、休息），被视为离线状态，此时回放可在有限感官干扰下发生。然而，人类研究越来越多地在主动任务期间观察到涟漪，这引发疑问：涟漪的产生机制和功能是否被误解，或是否存在根本性的物种差异。我们提出，低唤醒状态——在离线睡眠中占主导地位，在清醒时短暂出现——可能构成涟漪产生的共同机制，从而调和这些观察结果。我们直接记录了人类睡眠和清醒时的海马活动，通过睡眠分期、瞳孔测量和心率测量唤醒水平。涟漪发生始终与低唤醒相关：在非快速眼动睡眠、小瞳孔清醒状态以及睡眠和清醒期间的心率缓慢阶段，涟漪发生率最高。这种调节在前海马比后海马更强，且具有海马特异性：海马外的涟漪样活动表现出相反的调节，随高唤醒增加而增加。这些结果解决了明显的物种差异，并提供了一种统一视角，将离线期视为唤醒低谷，可跨越行为状态出现（包括主动清醒时的短暂状态），表明海马涟漪和记忆巩固持续发生并与认知过程交织。 |
| 方向不变形态测量揭示了千万亿像素人类连接组中第二层锥体神经元树突棘形态的连续谱 |
Zamora-Ursulo, M. A. |
2026-06-28 |
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一项近期研究（Manjarrez 等，2026）表明，将皮质树突棘分为短粗型、细长型和蘑菇型三类的方法在旋转条件下不稳定。该结果对分类体系提出了质疑，但留下了一个开放性问题：在控制观察角度后，树突棘形态的实际结构是什么？本文对此进行了回答。我们分析了人类颞叶皮层 H01 纳米级分辨率重建中第 II 层锥体神经元的 228 个树突棘。首先量化了不稳定性来源，发现将树突节段绕其轴旋转 90 度后，表观棘高度和头部宽度在群体中呈相反方向偏移，从而证实了方向依赖性测量误差。为获得无此伪影的测量结果，我们开发了树突棘形态测量中心（SMH）——一个包含 12 个解剖标志点的框架，可在三个正交平面上表征每个树突棘，并提取几何、体素和网格指标。所有形态测量分布均为单峰右偏态。基于密度的聚类将大多数树突棘归为噪声，针对离散双类型零模型的蒙特卡洛检验证实该模式与分类亚型不相容。我们还确认了顶端和基底树突棘在统计上无显著差异。与以往基于方向依赖性测量报告的树突棘连续体不同，我们的框架消除了观察角度这一混杂因素，因此观察到的连续体不能归因于投影伪影。该框架将有助于量化神经系统疾病中的树突棘重塑——此类疾病中树突棘形态虽被长期观察，但从未基于方向不变性形态测量标准进行过测量。 |