日升日落，不同時差，哺乳動物如何感知一天的時刻變化？大腦如何計算時間？這一直是國際科學界研究的難點。北京大學科研團隊通過研究發現，哺乳動物大腦深部腦區中名為“視交叉上核”（簡稱“SCN”）的神經元集群，可通過眾多神經元的“集體決策”計算時間，時間解碼準確率可達99%。這一成果日前在線發表于國際權威期刊《細胞研究》。
據北京大學程和平院士介紹，團隊通過自主研發的雙側掃描雙光子顯微鏡，首次實現SCN區域近萬顆神經元跨晝夜的鈣成像。研究發現，SCN中以鈣脈沖為基本單元，可形成從秒到小時到近日周期的跨尺度鈣信號，展示出潛在的時間編碼能力。
同時，利用機器學習技術，團隊又開發了基于SCN神經元鈣信號的時間解碼器，發現其解碼準確率隨著神經元數量的增加而顯著提升，當隨機組合來自同一SCN腦片的900個神經元時，時間解碼準確率達99%，且所有神經元對于整體時間計算有著近乎均等的貢獻，從而揭示出神經元群體在時間編碼上的集體決策機制。
研究人員表示，SCN是哺乳動物的“中樞生物鐘”，可接收并處理外界的光時間信息，計算時間并輸出信號，從而指導調控生物體的生理功能與行為。
此外，團隊還識別出SCN在空間中集聚形成雙側對稱、波紋狀的表征，其形狀如同一只美麗的“時間蝴蝶”。
此次研究不僅是國際上首次在系統水平上揭示SCN基于神經元集體決策機制的時間計算能力及機制，應用其中的大規模鈣成像技術和深度學習方法也具有通用意義，為研究其他復雜神經元集群工作原理提供了新思路。
