熒光標(biāo)記的丘腦室旁核(PVT)(分離圖) 論文作者提供
人們無(wú)時(shí)無(wú)刻不在作選擇：今晚是看電視還是讀書，周末在家睡覺還是去健身房鍛煉，未來(lái)要讀什么專業(yè)、找什么工作、和什么樣的人談戀愛……不過(guò)這些選擇究竟是如何作出的，在科學(xué)研究上一直是個(gè)“謎”。
直到前不久，科研人員發(fā)現(xiàn)了大腦存在一個(gè)動(dòng)態(tài)評(píng)估外界信息重要性的關(guān)鍵腦區(qū)——丘腦室旁核(PVT)，該腦區(qū)能夠在不同環(huán)境和生理狀態(tài)下評(píng)估事件的重要性，從而幫助我們作出恰當(dāng)選擇。這一研究論文已于近日以長(zhǎng)文形式發(fā)表于國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》(science)雜志。
該成果是由中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院腦認(rèn)知與腦疾病研究所研究員朱英杰與美國(guó)斯坦福大學(xué)生物系教授陳曉科合作發(fā)現(xiàn)的。朱英杰告訴記者，這一發(fā)現(xiàn)有望幫助人們“了解那些決定人生成敗的選擇究竟是如何作出的，開啟腦科學(xué)研究的又一重要領(lǐng)域，對(duì)普通人群和腦疾病患者的認(rèn)知與治療均具有突破性意義”。
美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院士、斯坦福大學(xué)終身教授羅伯特·馬倫卡對(duì)此評(píng)價(jià)道，這項(xiàng)重要研究發(fā)現(xiàn)了影響學(xué)習(xí)和記憶的重要神經(jīng)機(jī)制，將引起腦認(rèn)知和腦疾病研究領(lǐng)域的廣泛關(guān)注，并吸引更多研究者探索PVT這一重要腦區(qū)的功能。
食物和生命，哪個(gè)更重要？
為什么一個(gè)人會(huì)從海量信息中抽提出對(duì)他最重要的信息，并據(jù)此做出恰當(dāng)反應(yīng)?——按照朱英杰的說(shuō)法，這是大腦信息處理面臨的一個(gè)基本問(wèn)題。
此前，他曾以第一作者在國(guó)際頂級(jí)期刊《自然》雜志上發(fā)表另一項(xiàng)重要研究，首次發(fā)現(xiàn)大腦中存在可以用于戒除毒癮的全新神經(jīng)通路。
此次成果正是針對(duì)同一腦區(qū)的再次突破。此前國(guó)際科學(xué)界普遍認(rèn)為PVT調(diào)控負(fù)性情緒，朱英杰等科研人員針對(duì)同一腦區(qū)全面研究其基礎(chǔ)生理功能，通過(guò)實(shí)驗(yàn)論證顛覆性提出PVT動(dòng)態(tài)編碼事件重要性的概念。
這一發(fā)現(xiàn)是從小鼠實(shí)驗(yàn)開始的。
如果有一塊香噴噴的奶酪擺在面前，無(wú)論哪只小老鼠，都會(huì)興致沖沖地奔向美味。但如果奶酪旁冒出一只面露兇相的貓呢，老鼠會(huì)作出怎樣的選擇?食物和生命，哪個(gè)更重要?以往，人們認(rèn)為這種選擇理所當(dāng)然。
科研人員首先訓(xùn)練小鼠進(jìn)行嗅覺巴浦洛夫條件性學(xué)習(xí)，將不同的氣味刺激跟獎(jiǎng)賞——水，或者懲罰——吹氣或電擊偶聯(lián)起來(lái)，發(fā)現(xiàn)位于大腦中部的PVT神經(jīng)元，能夠被重要的事件所激活，無(wú)論是獎(jiǎng)賞還是懲罰性刺激都能激活PVT。
小鼠對(duì)氣味的反應(yīng)也很有意思。
科研人員首次為小鼠呈現(xiàn)了小鼠不喜不厭的中性氣味，如果是第一次呈現(xiàn)該氣味，則能夠激活PVT;但是如果該氣味反復(fù)出現(xiàn)并且沒有伴隨任何后果時(shí)，PVT反應(yīng)逐漸消失;當(dāng)該氣味與獎(jiǎng)賞或懲罰偶聯(lián)起來(lái)時(shí)，PVT又能被激活。
此外，PVT被激活的幅度也能反映刺激的強(qiáng)度。兩滴水的獎(jiǎng)賞，比一滴水的獎(jiǎng)賞能夠更好地激活PVT，強(qiáng)烈的懲罰——電擊，比微弱的懲罰——吹氣，能夠誘發(fā)更大的PVT反應(yīng)。
陳曉科說(shuō)，這是科學(xué)家第一次發(fā)現(xiàn)在丘腦中存在能反映外界刺激重要性的神經(jīng)元。
生理和環(huán)境，哪個(gè)能改變選擇？
在此基礎(chǔ)上，朱英杰與團(tuán)隊(duì)又進(jìn)一步思考，應(yīng)該如何深挖這種響應(yīng)機(jī)制，它又會(huì)具有怎樣的意義?
朱英杰還記得，在完成實(shí)驗(yàn)第一步之后，他一直在苦苦冥想，這種編碼信息重要性的神經(jīng)細(xì)胞特性到底有什么意義。他不斷找同事進(jìn)行頭腦風(fēng)暴，后來(lái)與團(tuán)隊(duì)“碰撞”出：可以通過(guò)改變內(nèi)在生理狀態(tài)和外部環(huán)境，來(lái)進(jìn)一步研究這一機(jī)制在面對(duì)內(nèi)、外在環(huán)境變化后的動(dòng)態(tài)響應(yīng)——
不同的人在面臨同樣的信息時(shí)，對(duì)信息重要性的判斷不盡相同;即使是同一個(gè)人，在不同的環(huán)境中面臨同樣的信息時(shí)，對(duì)信息重要性的判斷也不是完全一樣的，甚至差別巨大。
當(dāng)然，這種想法需要在實(shí)驗(yàn)中得到驗(yàn)證。實(shí)驗(yàn)對(duì)象依然是小鼠。
當(dāng)小老鼠饑腸轆轆時(shí)，食物對(duì)它來(lái)說(shuō)就是非常重要的資源;但是當(dāng)它酒足飯飽之后，食物的誘惑性就要大打折扣。朱英杰說(shuō)，這說(shuō)明小鼠的生理狀態(tài)影響著刺激的重要性。
不過(guò)，即使小鼠饑腸轆轆，食物就在眼前，但如果有只貓?jiān)谑澄锱赃叄@時(shí)貓的顯著性——重要性，就要大于食物，小鼠就會(huì)壓制對(duì)食物的沖動(dòng)首先躲避貓。這說(shuō)明，外部環(huán)境的變化也影響著事件的重要性，
科研人員借助光纖成像記錄技術(shù)和單細(xì)胞電生理記錄技術(shù)，從不同角度設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，同樣是用于獎(jiǎng)賞的水，在又餓又渴的小鼠身上能夠誘發(fā)更大的PVT反應(yīng)。
當(dāng)小鼠處于較弱懲罰——吹氣的環(huán)境中，水的獎(jiǎng)賞信息能夠誘發(fā)很大的PVT反應(yīng);但是如果切換到較強(qiáng)的懲罰——電擊環(huán)境中，同樣是水的獎(jiǎng)賞信息，只能激發(fā)較小的PVT反應(yīng)。
朱英杰說(shuō)，這說(shuō)明動(dòng)物內(nèi)在生理狀態(tài)和外部環(huán)境變化都能影響PVT對(duì)獎(jiǎng)賞信息的反應(yīng)，PVT神經(jīng)元的活動(dòng)程度確實(shí)體現(xiàn)了動(dòng)物對(duì)信息重要性的不同判斷。這將幫助科學(xué)家分析那些影響人們作選擇的因素，有望使我們作出更好的選擇。
“七年之癢”，也是它在作怪？
此外，科研人員在研究中還發(fā)現(xiàn)了PVT腦區(qū)對(duì)于預(yù)期獎(jiǎng)勵(lì)落空存在動(dòng)態(tài)評(píng)估機(jī)制。也就是說(shuō)，當(dāng)小鼠每天到冰箱前，都能發(fā)現(xiàn)一塊奶酪時(shí)，它已經(jīng)習(xí)慣了這種獎(jiǎng)賞。但是，有一天當(dāng)小鼠去到冰箱前卻沒有看到奶酪時(shí)，它的“心理失落感”會(huì)激活PVT。
然而，由于動(dòng)物具有消退學(xué)習(xí)能力，即它如果習(xí)慣了冰箱前沒有奶酪，就會(huì)逐漸習(xí)慣于這種失落感而停止進(jìn)行該行為。朱英杰說(shuō)，就好比夫妻的“七年之癢”，如果一直習(xí)慣了對(duì)方的存在，PVT反應(yīng)也會(huì)趨于平淡，這時(shí)，夫妻就可能過(guò)成了“家人”。
當(dāng)然，一旦有外界環(huán)境的刺激，又可能會(huì)重新激活初戀時(shí)的“心跳感”。
科研人員同時(shí)發(fā)現(xiàn)，如果人為抑制小鼠PVT的活性，小鼠將減緩失落感，其消退學(xué)習(xí)的過(guò)程則會(huì)變得更慢。用上一個(gè)例子來(lái)講，就是夫妻雙方會(huì)一直保持對(duì)雙方的心動(dòng)感，感情消退的過(guò)程會(huì)更慢。
近年來(lái)，腦科學(xué)研究正在從傳統(tǒng)的“讀腦”向“控腦”轉(zhuǎn)換。朱英杰等人的研究工作正是對(duì)PVT腦區(qū)的“讀”與“控”。
朱英杰告訴記者，未來(lái)將進(jìn)一步研究，是否可以通過(guò)增強(qiáng)PVT活動(dòng)來(lái)提高人們的注意力、增強(qiáng)人們的學(xué)習(xí)能力，這將為轉(zhuǎn)化應(yīng)用打開一扇窗口。這一研究發(fā)現(xiàn)也可能會(huì)為未來(lái)類腦智能與人工智能技術(shù)的結(jié)合提供新的研究思路。
在大數(shù)據(jù)時(shí)代，如何從海量信息中尋找重要的有效信息?在1萬(wàn)張人臉中，如何通過(guò)一個(gè)生物學(xué)特征快速準(zhǔn)確識(shí)別出你想要找的那個(gè)人?這些，除了信息技術(shù)，還都需要尋找到其背后的生物學(xué)原理。
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