一塊香噴噴的奶酪擺在面前，任哪只小老鼠，都會興致衝衝地奔向美味。但如果奶酪旁冒出一隻面露兇相的貓呢，老鼠會做出怎樣的選擇？食物和生命，哪個更重要？

　　現在，中國科學家已發現大腦中動態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。近期發表於美國《科學》雜誌上的這一重要發現，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傑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。

　　研究發現，大腦存在一個動態評估外界信息重要性的關鍵腦區——丘腦室旁核（PVT），該腦區能夠在不同環境和生理狀態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，首次發現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，這些位於大腦中部PVT腦區的神經元活動能夠反映外界刺激的重要性，並且隨內在生理狀態和外部環境而動態地變化，從而控制學習能力。

　　朱英傑告訴科技日報記者，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境，也控制着人們的注意力和學習能力。這一發現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

　　當今社會，我們每時每刻都會接受海量信息的轟炸，為什麼你會從海量信息中抽提出對你最重要的信息，並據此做出恰當反應？

　　“這是大腦信息處理面臨的一個基本問題。”朱英傑&&。此前，國際科學界普遍認為PVT調控負性情緒，朱英傑等針對同一腦區全面研究其基礎生理功能，通過實驗論證提出PVT動態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，發現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，並吸引更多研究者探索PVT這一重要腦區的功能。”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）偶聯起來，發現位於大腦中部的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。

　　聯合團隊發現小鼠對氣味的反應也很有意思。他們首次為小鼠呈現了不喜不厭的中性氣味，如果是第一次呈現該氣味，則能夠激活PVT；但是如果該氣味反復出現並且沒有伴隨任何後果時，PVT反應逐漸消失；當該氣味與獎賞或懲罰偶聯起來時，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）能夠誘發更大的PVT反應。

　　“這是科學家第一次發現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&&。《科學》雜誌審稿人評價道，朱英傑等人的實驗，證明了PVT在編碼顯著性和控制聯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”

　　在發現了大腦中存在對信息重要性評估的腦區的基礎上，朱英傑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，食物對它來説就是非常重要的資源；但是當它酒足飯飽之後，食物的誘惑性就要大打折扣。另外，外部環境的變化也影響着事件的重要性，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）就要大於食物，小鼠就會壓制對食物的衝動首先躲避貓。

　　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現，PVT神經元的活動能夠根據動物內在生理狀態和外部環境，動態反映動物對重要性的判斷。

　　同樣是用於獎賞的水，該信息能夠在口渴的小鼠上誘發更大的PVT反應。當小鼠處於較弱的懲罰（吹氣）環境時，水的獎賞信息能夠誘發很大的PVT反應；但是如果切換到較強的懲罰（電擊）環境中，同樣是水的獎賞信息，只能激發較小的PVT反應。這説明PVT的活動能夠反映獎賞的相對重要性（顯著性）。

　　此外，他們也在研究中發現了PVT腦區對於預期獎勵落空存在動態評估機制。也就是説，當每天小鼠到冰箱前都能發現一塊奶酪時，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，由於動物具有消退學習能力，即它如果習慣了冰箱前沒有奶酪，就會逐漸習慣於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反應也會趨於平淡，這時，夫妻就可能過成了“家人”。但如果一旦有外界環境的刺激，又可能會重新激活初戀時的“心跳感”。

　　不過，科研人員也發現，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、抑鬱等負面情感有關，他們通過實驗論證，顛覆性地提出了PVT動態編碼事件重要性的概念。

　　對信息重要性的評估有助於將注意力集中於重要事件，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現，PVT控制着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，表現為預期性的舔水。在人為利用光遺傳技術抑制PVT活動之後，這種偶聯性學習的速率和效果都大大受損。這説明，PVT的活動對於學習能力是非常重要的。

　　近年來，腦科學研究正在從傳統的“讀腦”向“控腦”轉換。朱英傑等人的研究工作正是對PVT腦區的“讀”與“控”。通過調控PVT腦區的神經活動，他們發現該腦區神經元活性控制着小鼠學習能力。當利用光遺傳學技術抑制PVT活動後，偶聯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。”朱英傑&&。此外，該大腦機制的研究發現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。

　　劉傳書

【糾錯】

責任編輯： 郝多