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近年来，科学界对大脑如何预测并处理外界信息的机制展开了深入研究。近日，发表在国际著名杂志《自然》（Nature）上的一篇题为“Cooperative thalamocortical circuit mechanism for sensory prediction errors”的研究报告揭示了大脑中的两个重要区域——新皮层和丘脑——如何合作来辨识外界环境的期望与实际体验之间的差异。
这些差异被称为预测误差。当预测误差出现时，意外感官信息往往会被强化。这一发现不仅深化了我们对大脑预测处理机制的理解，还可能为自闭症谱系障碍（ASD）以及精神分裂症谱系障碍（SSD）的病因研究提供新的突破口。
为了更好地理解什么是预测误差，可以举一个简单的例子：假设当你伸手去抚摸家里的小猫时，你通常期望它会享受这份抚摸并发出愉快的呼噜声。但若这次小猫因心情不好或身体不适，反而躲开了你的手，甚至可能咬你一口。这种实际体验与期望之间的差异，即为预测误差。
在上述研究中，科学家们通过虚拟现实技术来研究小鼠大脑活动，以解读预测误差信号的生成机制。研究团队领导人Sonja Hofer教授指出，我们的大脑不断预测外界变化及自身行为的结果，当这些预测被证明错误时，不同大脑区域会被强烈激活。这种预测误差对于学习如何纠正错误和更新预测至关重要。尽管预测误差的重要性明确，但其神经回路机制仍未完全揭示。
为了进一步探究大脑如何处理预期与实际事件的差异，研究团队构建了一个虚拟现实环境，让小鼠在其中活动寻找食物奖励。他们引入了意外的视觉刺激，并利用双光子钙成像技术记录初级视觉皮层的神经活动，从而观察大脑对这些未预料信息的反应。
研究人员Shohei Furutachi提到，尽管先前的理论假设预测误差信号会编码实际与预期的不符情况，但他们没有找到直接证据。相反，他们发现，大脑会增强那些对意外画面反应最强烈神经元的活动。
研究显示，预测误差信号通过选择性放大视觉信息的方式来实现。这意味着大脑能够识别预测与实际输入间的差异，从而使意外事件更加突出。为了理解大脑如何在视觉皮层中放大这种意外感觉输入，研究团队利用光遗传学技术操控了特定神经元群。他们发现，新皮层V1区域中表达血管活性肠肽（VIP）的抑制性中间神经元和丘脑枕区（Pulvinar）区域的特定神经元在此过程中起着关键作用。
这两类神经元配合作战，一类神经元像开关，另一类则根据这个开关来控制大脑对意外信息的反应。具体来说，VIP神经元作为开关，在关闭时，丘脑枕区会抑制新皮层活动，而在打开时，则显著、选择性地增强新皮层的感觉反应。两种路径的互动介导了视觉皮层中的感觉预测误差信号。
综上所述，这项研究表明，当大脑发现事情不如预期时，它通过增强意外信息，使这些信息更加显著。这样，我们能更迅速地注意到并应对这些突发情况。这研究不仅帮助我们更好地理解大脑运作机制，还可能推动自闭症和精神分裂症等疾病的研究与治疗。
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