鱼也有预测能力！科学家在斑马鱼大脑内发现预测错误的神经元

来自日本理化学研究所脑科学中心（CBS）的科学家们发现了大脑中的特殊神经元，这些神经元可以监测鱼类的预测是否会成真。通过利用一个新的虚拟现实装备的水族馆，在那里可以对斑马鱼进行大脑成像，当鱼通过虚拟现实线索学习和导航时，研究人员发现了可以有效避免风险的神经元，并在大脑中创建了一个“危险地图”，从而逃到安全地带。

预测未来是鱼类和人类决策的一个组成部分。当实际情况与预期不一致时，大脑会“预测错误”，让我们知道预期是错误的。预测是由环境的内部模型形成的，就像人一样，新的研究发现鱼类的大脑中有这样的模型。研究人员在斑马鱼学会在鱼缸中避免危险时，实时监测与预测错误相关的大脑活动。研究发现，这些鱼试图保持较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，因此很容易记录它整个大脑的活动。在实验中，鱼游动时看到了红色或蓝色虚拟现实区域的选择，并学会了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，它们大脑活动的延时变化被记录下来，从而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结果时，这组神经元才被激活。研究人员认为这群神经元是在大脑中对预测错误进行编码，将周围环境的实际景象与预测景象进行比较，它们已经知道如果以某种方式行事，将会到达安全地带。

研究人员表示，每一种动物都必须根据它以前学到的东西来对未来进行预测。现在，从研究中知道这些预测是如何与动物实际遇到的情况相比较，以及斑马鱼大脑的哪些部分驱动了随后的决策。

题为“Zebrafish capable of generating future state prediction error show improved active avoidance behavior in virtual reality”的相关研究论文发表在《自然-通讯》上。

前瞻经济学人APP资讯组

论文原文：

https://www.nature.com/articles/s41467-021-26010-7