日升日落，不同时差，哺乳动物如何感知一天的时刻变化？大脑如何计算时间？这一直是国际科学界研究的难点。北京大学科研团队通过研究发现，哺乳动物大脑深部脑区中名为“视交叉上核”（简称“SCN”）的神经元集群，可通过众多神经元的“集体决策”计算时间，时间解码准确率可达99%。这一成果日前在线发表于国际权威期刊《细胞研究》。
据北京大学程和平院士介绍，团队通过自主研发的双侧扫描双光子显微镜，首次实现SCN区域近万颗神经元跨昼夜的钙成像。研究发现，SCN中以钙脉冲为基本单元，可形成从秒到小时到近日周期的跨尺度钙信号，展示出潜在的时间编码能力。
同时，利用机器学习技术，团队又开发了基于SCN神经元钙信号的时间解码器，发现其解码准确率随着神经元数量的增加而显著提升，当随机组合来自同一SCN脑片的900个神经元时，时间解码准确率达99%，且所有神经元对于整体时间计算有着近乎均等的贡献，从而揭示出神经元群体在时间编码上的集体决策机制。
研究人员表示，SCN是哺乳动物的“中枢生物钟”，可接收并处理外界的光时间信息，计算时间并输出信号，从而指导调控生物体的生理功能与行为。
此外，团队还识别出SCN在空间中集聚形成双侧对称、波纹状的表征，其形状如同一只美丽的“时间蝴蝶”。
此次研究不仅是国际上首次在系统水平上揭示SCN基于神经元集体决策机制的时间计算能力及机制，应用其中的大规模钙成像技术和深度学习方法也具有通用意义，为研究其他复杂神经元集群工作原理提供了新思路。