Science文章：Inscopix成像研究揭示控制行為動機的神經(jīng)元機制

我們在日常生活中做的幾乎每件事都是有目標的。大腦可以保持一種動機狀態(tài)來指導行動以達到預期的結果。瑞士巴塞爾大學Andreas Lüthi團隊揭示了控制行為動機的神經(jīng)元機制。這一研究成果于2022年1月7日在Science上發(fā)表：A neuronal mechanism for motivational control of behavior。他們在自由移動的小鼠的基底外側杏仁核中使用Inscopix自由活動鈣成像顯微鏡和光遺傳學方法，發(fā)現(xiàn)在小鼠的目標導向行為中，基底外側杏仁核中的神經(jīng)元整合并編碼了追求結果的識別、追求結果的價值和行動-結果的權變信息，從而實現(xiàn)了行為動機的控制。
   
我們的行動是由我們想要實現(xiàn)的目標所驅動的。然而，我們對大腦中允許我們做出正確決定以達到目標的機制知之甚少。瑞士巴塞爾大學Andreas Lüthi實驗室的研究人員現(xiàn)在確定了當小鼠以某種方式獲得獎勵時，在小鼠大腦中發(fā)生的一系列事件，以及當獎勵不是預期的時候，它如何適應自己的行為。
Andreas Lüthi小組的博士后Julien Courtin訓練小鼠完成一項以目標為導向的任務：在過去的幾天里，動物們知道當它們按下一個杠桿時，會收到了一滴蔗糖，當它們按下另一個杠桿時，它們會收到一滴牛奶。一旦動物熟練掌握了這些任務，Courtin就調(diào)整實驗設置：不需要小鼠按下杠桿就給它們獎勵；或者讓它們按下杠桿而不給獎勵；或者讓小鼠只獲得一種獎勵。
 
在小鼠的所有這些不同行為中，Courtin等使用Inscopix自由活動鈣成像顯微鏡記錄了它們杏仁核中的神經(jīng)活動，并與Lüthi實驗室的計算神經(jīng)學家Yael Bitterman一起開發(fā)了新的分析方法來破譯潛在的神經(jīng)元代碼。
 
神經(jīng)環(huán)路預測機制
研究發(fā)現(xiàn)，當小鼠按下杠桿1以期待獎勵1時，一組特定的神經(jīng)元是活躍的。但一旦杠桿1不再與獎勵相關，這組神經(jīng)元就失去了活動。Courtin說：“神經(jīng)元群體不是因為小鼠按下杠桿而活躍，而是因為杠桿與獎勵的期望有關。當小鼠學會了不再期待獎勵時，這個種群消失了。”
 
最值得注意的是，神經(jīng)元的成像結果顯示，在杏仁核中，神經(jīng)元的活動不僅與獎勵的類型、大小和發(fā)生的可能性有關，還會與它的價值——一個取決于許多因素的靈活參數(shù)(例如，小鼠的饑餓程度)。杏仁核將所有這些信息傳遞到大腦的其他區(qū)域，然后這些區(qū)域利用這些信息做出適當?shù)臎Q定，并根據(jù)可能的獎勵調(diào)整行為。
 
Andreas Lüthi解釋說：“僅僅通過觀察杏仁核，Julien和Yael就能夠得到小鼠預期獎勵的詳細圖片，以及它需要做什么來得到它。杏仁核會做出預測——如果我做這個，我就會得到那個——它會根據(jù)變化調(diào)整這些預測。沒有其他大腦結構可以如此精確地預測將要發(fā)生的事情。”

文章結論與討論，啟發(fā)與展望
研究人員提供了清晰的證據(jù)，表明不同的結果特異性和可更新的神經(jīng)元活動模式之間的相互作用編碼并維持了執(zhí)行適應性、自我啟動的行動消費序列所必需的特定動機狀態(tài)。杏仁核神經(jīng)元沿著不同的軸分離行為相關信息，如結果認同、價值和期望。因此，此研究引入了特定動機的概念，并擴展了經(jīng)典觀點，即杏仁核通過賦予結果預測感官刺激的價值來控制結果尋求行為。
此項研究的發(fā)現(xiàn)與人類行為息息相關。每一天，我們都懷著某種期望去執(zhí)行成百上千的行動。如果期望沒有達到，我們就會調(diào)整自己的行為——我們改變自己的行為，或更無意或更頻繁地改變自己的行為。
能夠根據(jù)預測調(diào)整我們的行為對我們?nèi)祟悂碚f是至關重要的，但有時這些過程會受到負面影響，例如成癮、抑郁、強迫癥(OCD)或帕金森病。Courtin說：“在這種情況下，我們闡明了大腦中的行為序列可能沒有得到適當?shù)恼{(diào)節(jié)。這可能成為臨床研究的一條途徑，挑戰(zhàn)在于：當大腦在如此短的時間內(nèi)發(fā)生錯誤時，我們?nèi)绾芜M行干預？”

參考文獻：
J. Courtin*, Y. Bitterman*, S. Müller,J. Hinz, K. M. Hagihara, C. Müller & A. Lüthi. A neuronal mechanism formotivational control of behavior. Science (7 Jan 2022) Vol 375, Issue 6576
* These authors contributed equally

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