从延伸至身体的嵌套递归回路的复杂性中涌现的脑回路行为控制

行为和思想由众多相互嵌套的神经元回路驱动。这些回路产生了复杂的脑活动动力学，而我们对其仍知之甚少。我们表明，闭环神经元网络的运行会形成一个活动状态空间，将其理解为具有吸引点的向量场最为恰当；该吸引点控制着整个神经元群体的活动动力学。然而，我们发现，体内脑活动表明吸引点会沿一条轨迹持续移动，这要求存在动态感觉输入，或神经元内部存在独立的活动生成机制。通过采用一个从动态生物力学系统接收感觉反馈的脊髓网络模型，我们展示了这两个相互独立的动力学系统如何彼此驱动对方的活动轨迹，从而产生行为。类似地，当丘脑各神经元内部独立产生的自发活动与皮层亚群形成闭环时，会产生大量动力学子网络；这些子网络彼此塑造对方的活动轨迹，从而控制皮层神经元群体。尽管吸引轨迹反映了涌现的稳定性，我们表明，它们易受临界性效应的影响：突触输入的微小变化即可导致吸引轨迹发生切换，进而引发替代性行为。这使得神经动力学与生物力学动力学之间，以及中枢神经系统（CNS）内部各子网络之间的相互扰动，成为实现行为灵活性并简化表面上复杂行为学习的一种有效运行模式。我们阐明了这种运行模式为何必然要求皮层实施预期性控制，即产生思想；并讨论了该模式如何同样涵盖参与躯体感觉运动控制的其他中枢神经系统结构。

行为和思想由多重嵌套的神经回路环路驱动。它们引发复杂的大脑活动动力学，而这一过程仍未被充分理解。我们表明，闭环神经网络的运作会形成一种活动状态空间，其最适合理解为带有一个吸引子点的向量场，该吸引子点控制着神经群体中的活动动力学。我们进一步表明，体内脑活动却显示吸引子点持续沿着一条轨迹移动，这要求存在动态感觉输入，或神经元内部具有独立的活动生成机制。借助一个接受来自动力学生物力学系统感觉反馈的脊髓网络模型，我们展示了这两个彼此独立的动力学系统如何相互驱动对方的活动轨迹，从而生成行为。类似地，丘脑中每个神经元内部独立的自生活动，在与皮层亚群构成闭环的情况下，会形成众多动力学子网络，这些子网络相互塑造彼此的活动轨迹，以控制皮层群体。尽管吸引子轨迹反映出涌现的稳定性，我们表明它们仍易受临界性效应影响，即突触输入的微小变化就可能导致吸引子轨迹切换，从而引发替代性的行为。这使得神经与生物力学动力学之间，以及中枢神经系统内部各子网络之间的相互扰动，成为实现行为灵活性并简化看似复杂行为学习的有效运行模式。我们说明了这种运行模式如何要求皮层进行前瞻性控制，即思想，并讨论了它如何也能够涵盖参与躯体感觉运动控制的其他中枢神经系统结构。

📄 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.64898/2026.07.31.742003v1?rss=1

🏷️ 神经回路 闭环动力学 吸引子轨迹 感觉反馈 行为控制 预期性控制