一塊香噴噴的奶酪擺在面前，任哪只小老鼠，都會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，老鼠會做出怎樣的選擇？食物和生命，哪個更重要？
現(xiàn)在，中國科學家已發(fā)現(xiàn)大腦中動態(tài)評估選擇這些信息的重要機制，大腦首先要對與選擇相關信息的重要程度進行評估，再通過“計算”做出選擇。近期發(fā)表于美國《科學》雜志上的這一重要發(fā)現(xiàn)，由中國科學院深圳先進技術研究院腦認知與腦疾病研究所研究員朱英杰與美國斯坦福大學生物系教授陳曉科合作完成，未來有望幫助我們了解那些決定人生成敗的選擇究竟是如何做出的，開啟腦科學研究的又一重要領域。
研究發(fā)現(xiàn)，大腦存在一個動態(tài)評估外界信息重要性的關鍵腦區(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)下評估事件的重要性從而幫助我們做出恰當選擇。他們利用光遺傳學技術結合電生理和光纖記錄技術，首次發(fā)現(xiàn)在小鼠大腦中存在一群神經元能夠外界信息的重要性（即生物學顯著性）進行編碼，這些位于大腦中部PVT腦區(qū)的神經元活動能夠反映外界刺激的重要性，并且隨內在生理狀態(tài)和外部環(huán)境而動態(tài)地變化，從而控制學習能力。
朱英杰告訴科技日報記者，判斷信息的重要性是大腦的一個高級功能，它能夠幫助人們更好地適應多變的環(huán)境，也控制著人們的注意力和學習能力。這一發(fā)現(xiàn)為人們未來研究如何提高大腦的認知和學習能力奠定了重要基礎，對普通人群和腦疾病患者的認知與治療均具有突破性意義。
大腦中存在評估信息重要性的腦區(qū)
當今社會，我們每時每刻都會接受海量信息的轟炸，為什么你會從海量信息中抽提出對你最重要的信息，并據(jù)此做出恰當反應？
“這是大腦信息處理面臨的一個基本問題。”朱英杰表示。此前，國際科學界普遍認為PVT調控負性情緒，朱英杰等針對同一腦區(qū)全面研究其基礎生理功能，通過實驗論證提出PVT動態(tài)編碼事件重要性的概念。
“這項重要研究拓展了我們對丘腦功能的認識，發(fā)現(xiàn)了影響學習和記憶的重要神經機制。該工作將引起腦認知和腦疾病研究領域的廣泛關注，并吸引更多研究者探索PVT這一重要腦區(qū)的功能。”美國斯坦福大學終身教授羅伯特·馬倫卡評價道。
科研人員首先訓練小鼠進行嗅覺巴浦洛夫條件性學習，將不同的氣味刺激跟獎賞（水）或者懲罰（吹氣或電擊）偶聯(lián)起來，發(fā)現(xiàn)位于大腦中部的PVT神經元能夠被重要的事件所激活，無論是獎賞還是懲罰性刺激都能激活PVT。
聯(lián)合團隊發(fā)現(xiàn)小鼠對氣味的反應也很有意思。他們首次為小鼠呈現(xiàn)了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出現(xiàn)并且沒有伴隨任何后果時，PVT反應逐漸消失；當該氣味與獎賞或懲罰偶聯(lián)起來時，PVT又能被激活。此外，PVT被激活的幅度也能反映刺激的強度。兩滴水的獎賞比一滴水的獎賞能夠更好地激活PVT，強烈的懲罰（電擊）比微弱的懲罰（吹氣）能夠誘發(fā)更大的PVT反應。
“這是科學家第一次發(fā)現(xiàn)在丘腦中存在能反映外界刺激重要性的神經元。”論文通訊作者陳曉科表示?！犊茖W》雜志審稿人評價道，朱英杰等人的實驗，證明了PVT在編碼顯著性和控制聯(lián)想學習效果上的重要作用。論文中的實驗設計得非常巧妙，結果和展示都非常清楚，從而在對這一神秘腦區(qū)功能的理解上邁出了重要一步。
人為干預可能讓你緩入“七年之癢”
在發(fā)現(xiàn)了大腦中存在對信息重要性評估的腦區(qū)的基礎上，朱英杰與團隊又進一步思考，應該如何深挖這種響應機制，會具有怎樣的意義。
當小老鼠饑腸轆轆時，食物對它來說就是非常重要的資源；但是當它酒足飯飽之后，食物的誘惑性就要大打折扣。另外，外部環(huán)境的變化也影響著事件的重要性，即使小鼠饑腸轆轆，食物就在眼前，但如果有只貓在食物旁邊，這時貓的顯著性（重要性）就要大于食物，小鼠就會壓制對食物的沖動首先躲避貓。
他們通過光纖成像記錄技術和單細胞電生理記錄技術從不同角度反復驗證發(fā)現(xiàn)，PVT神經元的活動能夠根據(jù)動物內在生理狀態(tài)和外部環(huán)境，動態(tài)反映動物對重要性的判斷。
同樣是用于獎賞的水，該信息能夠在口渴的小鼠上誘發(fā)更大的PVT反應。當小鼠處于較弱的懲罰（吹氣）環(huán)境時，水的獎賞信息能夠誘發(fā)很大的PVT反應；但是如果切換到較強的懲罰（電擊）環(huán)境中，同樣是水的獎賞信息，只能激發(fā)較小的PVT反應。這說明PVT的活動能夠反映獎賞的相對重要性（顯著性）。
此外，他們也在研究中發(fā)現(xiàn)了PVT腦區(qū)對于預期獎勵落空存在動態(tài)評估機制。也就是說，當每天小鼠到冰箱前都能發(fā)現(xiàn)一塊奶酪時，它已經習慣了這種獎賞。但是，有一天當小鼠去到冰箱前卻沒有看到奶酪時，它的“心理失落感”會激活PVT。
然而，由于動物具有消退學習能力，即它如果習慣了冰箱前沒有奶酪，就會逐漸習慣于這種失落感而停止進行該行為。就好比夫妻的“七年之癢”，如果一直習慣了對方的存在，PVT反應也會趨于平淡，這時，夫妻就可能過成了“家人”。但如果一旦有外界環(huán)境的刺激，又可能會重新激活初戀時的“心跳感”。
不過，科研人員也發(fā)現(xiàn)，如果他們抑制小鼠的PVT活動，其消退學習的過程則會變得更慢。針對上述例子，人為干預也可能會減緩感情消退的過程，使夫妻雙方一直保持“心動感”。
為提高注意力和學習能力打開一扇窗
以前，國際科學界對PVT的研究多是與人們的焦慮、恐懼、抑郁等負面情感有關，他們通過實驗論證，顛覆性地提出了PVT動態(tài)編碼事件重要性的概念。
對信息重要性的評估有助于將注意力集中于重要事件，從而提高對該事件的學習能力。他們利用光遺傳學神經調控發(fā)現(xiàn)，PVT控制著小鼠學習的速率和效果。在嗅覺巴浦洛夫條件性學習中，小鼠能夠學會氣味跟水獎勵的偶聯(lián)，表現(xiàn)為預期性的舔水。在人為利用光遺傳技術抑制PVT活動之后，這種偶聯(lián)性學習的速率和效果都大大受損。這說明，PVT的活動對于學習能力是非常重要的。
近年來，腦科學研究正在從傳統(tǒng)的“讀腦”向“控腦”轉換。朱英杰等人的研究工作正是對PVT腦區(qū)的“讀”與“控”。通過調控PVT腦區(qū)的神經活動，他們發(fā)現(xiàn)該腦區(qū)神經元活性控制著小鼠學習能力。當利用光遺傳學技術抑制PVT活動后，偶聯(lián)性學習的速率和效果都大大受損。
“未來我們將進一步研究，是否可以通過增強PVT活動來提高人們的注意力、增強人們的學習能力，這將為轉化應用打開一扇窗口。”朱英杰表示。此外，該大腦機制的研究發(fā)現(xiàn)也可能會為未來類腦智能與人工智能技術的結合提供新的研究思路。
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