编辑丨王多鱼
排版丨水成文
智能行为需要灵活性：相同的感官输入可能根据当前规则引发不同的行为。例如，电话铃声响起时，在家时意味着“接听”，而在会议中则意味着“静音”。然而，单个神经元如何实现这种灵活的映射机制，目前仍不明确。
2026 年 10 月 16 日，中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（神经科学研究所）、脑认知与类脑智能全国重点实验室徐宁龙团队 （博士后张园为论文第一作者），在国际顶尖学术期刊Science上发表了题为：Dendritic computation for abstract rule-based flexible decision-making 的研究论文。
该研究首次为树突计算参与认知灵活性提供了直接实验证据，该研究发现大脑皮层神经元树突计算参与灵活决策中的认知计算过程，填补了树突计算与高级认知功能之间长期缺乏直接证据的空白。
大脑皮层的锥体神经元会将复杂且分枝的顶端树突延伸至皮层上层，在那里接收多种情境信息。长期以来的理论认为，这些树突能在单个细胞内整合不同来源的信息流，但缺乏直接证据表明树突处理与灵活认知之间的关联。大多数关于决策的研究都将神经元视为单一节点，忽视了树突可能执行的计算功能。
为了探究灵活行为过程中树突的计算功能，研究团队训练小鼠完成一项规则切换的听觉灵活分类任务。小鼠听到不同音调后，需判断其相对于类别边界是“高”还是“低”，而该类别边界会随机变化且无预警。小鼠必须持续根据奖励反馈推断隐藏的任务规则，从而灵活地指导自身决策。研究团队构建了该行为的计算模型，以估计小鼠在每一轮试验中推断出的规则。
随后，研究团队采用具有亚细胞分辨率的双光子成像技术，分别记录听觉皮层第 5 层端脑外投射亚型神经元（L5-ET）的顶端树突和胞体的活动，以测量树突和胞体对认知变量及任务变量的特异性编码；同时利用光遗传学选择性抑制树突活动，以检验树突活动对神经元计算的因果贡献。
研究团队发现，在单个 L5-ET 神经元内，顶端树突和胞体这两个区域代表了不同的信息。顶端树突优先编码推断出的抽象规则，而胞体则优先表征感觉刺激；动物选择相关的信号则同时出现在两者中。通过同步成像同一神经元的树突和胞体，直接证实了这种分工——由树突携带的规则信息在胞体处基本缺失。通过光遗传学方法激活靶向远端树突的抑制性生长抑素（SST）中间神经元来抑制树突活动，可选择性地损害胞体对规则依赖性选择的编码能力。这种损害在正确选择依赖于规则的试验中最为显著，表明树突中的规则信息必须与胞体中的感觉输入整合，才能指导灵活的选择行为。
这些发现表明，单个皮层神经元即可执行支持灵活行为的认知计算。神经元顶端树突携带内部推断出的规则，该规则与抵达胞体的感觉信息相结合，产生依赖于规则的选择，而这种选择是任一区域单独都无法完成的。因此，树突计算为认知灵活性提供了细胞层面的基础，将经典的双层整合模型从感觉和运动处理扩展至抽象的、基于规则的认知领域。
更广泛地说，这种神经元内部的计算形式扩展了皮层网络在灵活行为中的处理能力，并可能为设计更高效的人工系统提供启示。
论文链接：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adz5323