科学好故事｜窥探大脑内部：我们是如何产生情绪和欲望的(4)

其中最先进的技术是神经像素探针（Neuropixels probe），长度仅有10毫米，可以直接记录大脑不同区域数百个神经元的活动。此外，特殊的成像技术可以呈现大脑中成千上万活跃的单个神经元。例如，在钙成像技术中，经过基因工程改造的动物会在细胞中表达一种能检测钙离子的分子，当神经元放电，即钙离子涌入时，神经元就会发出荧光。
研究人员还可以利用新的自动行为监视器，在数小时内拍摄动物自由行为的视频，并以毫秒为单位分析每一个动作。然后，这些单位动作可以与神经记录进行校准，将每时每刻的大脑活动与特定的动作相匹配。
如今，神经科学家们已经利用机器学习、人工智能和不断涌现的数学工具，来理解这些新技术实验中产生的海量数据，并得出可能代表大脑内部状态的神经激活模式。
行为的准备
在关于大脑内部状态的第一次研究中，安德森决定以果蝇的攻击性作为研究基础，此前他的实验室就做过这方面的工作。果蝇具有一个包含大约10万个神经元的微型大脑。在许多动物中，雄性会在雌性在场的情况下开始相互争斗，安德森将这种行为称为“海伦效应”（Helen of Troy effect），源于希腊神话中一位女性的追求者之间爆发战争的故事。果蝇也不例外：间接证据表明，与雌性接触会导致雄性发出求偶声，并对其他雄性做出长达数分钟的攻击行为。“在果蝇短暂的生命中，这是很长的一段时间，”安德森说道。
他决定寻找与这种持续求偶和战斗行为相关的神经活动。研究表明，这些行为是由被称为P1的神经元发起的，而P1所处的大脑区域就控制着诸如此类的社会行为。这些神经元放电的速度非常快，因此它们本身无法维持这种大脑内部状态。通过使用成像技术和自动化行为分析，安德森的团队识别出在大脑其他区域中，由于P1激活而变得活跃的细胞。
这些细胞被称为“跟随细胞”，大多数会快速地开启和关闭，但一群名为“pCd”的神经元却能在数分钟内保持活跃。当研究人员将一种光敏蛋白插入这些细胞，并用激光的闪光使它们关闭时，P1激活对行为的持续影响消失了。当他们绕过P1直接激活pCd时，什么也没有发生。因此，pCd神经元需要P1作为触发器，一旦启动，它们保持活跃的时间会比最初的刺激长得多。安德森表示，如果必须给这种状态起个名字的话，他可能会称之为“加入社交行为准备”状态。
安德森的团队在小鼠身上做了一个类似的实验，小鼠拥有更复杂的大脑，包含约1亿个神经元。研究人员在小鼠下丘脑发现了一组特殊的神经元，就像pCd神经元一样，会由于某种先天驱力——比如恐惧——而持续被激活。当科学家把一只大鼠放在实验用小鼠旁边，只需几秒钟，小鼠就会做出防御性的反应，紧贴墙壁好几分钟；在这段时间内，这组神经元一直保持活跃。当研究小组再次使用光开关这些神经元时，即使没有大鼠在场，这种“抱墙”行为也会一前一后地出现和消失。