19、神经科学中的神经元选择与集合形成机制

神经科学中的神经元选择与集合形成机制

1. 神经元输出选择问题

神经科学领域存在两个相互关联的问题：一是神经元只有一个输出，它如何确定反应目标；二是大脑如何从众多相互竞争的输出中做出选择。

1.1 特定神经元组的反应情况

在大脑中，多个神经元组会同时存在且相互作用。当环境突然改变时，不同的神经网络会发挥作用。如果特定神经元组由初始条件预先决定，那么就无需在不同组之间进行选择，此时是环境决定了反应。例如，在可卡因和水两种强化物之间快速切换时，伏隔核神经元不会对两种奖励都产生阶段性反应，相关网络呈负耦合且相互抑制。而且，很容易找到只参与特定行为而不参与其他行为的细胞，监测影响参与工具性行为的肌肉的神经元活动，能详细了解该行为。

1.2 单一神经元参与不同行为的情况

通常，同一个神经元可参与不同行为，神经元之间的相互作用并非如上述例子那样简单。在动物实验中，单个神经元能在几十毫秒内快速改变耦合状态，间歇性地参与不同计算，而放电率不变。比如，水蛭在相同的感觉输入下，有时会爬行，有时会游泳，最终选择可能取决于刺激前的行为状态。部分神经元的辨别时间比其他神经元早，线性组合的神经元辨别时间可能比单个神经元更早，但早期具有辨别能力的单个神经元对引发的行为影响不大。水蛭的神经元 208 能选择性地影响游泳或爬行的决策，当该细胞超极化时，神经刺激可靠地引发游泳；去极化时，则引发爬行或延迟游泳。不过，神经元 208 膜电位的决策机制仍不清楚，它似乎是接收了已完成的决策。

1.3 大脑选择特定行动的能力

单个神经元无法完成从多个潜在可能性中选择特定行动的功能，而大脑可以。神经元能预测反应结果并决定是否产生动作电位