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PVT被激活的幅度也能够反映刺激的强度

时间:2018-10-26 作者:admin 点击:

  近日,科研人员发现了大脑中动态评估这些信息的重要机制。10月26日,该研究发表于美国《科学》杂志,这一发现未来有望帮助我们了解那些决定人生成败的选择究竟是如何做出的,开启脑科学研究的又一重要领域。
 
  该成果是由中国科学院深圳先进技术研究院(以下简称“中科院深圳先进院”)脑认知与脑疾病研究所研究员朱英杰与美国斯坦福大学生物系教授陈晓科合作发现的。中科院深圳先进院朱英杰是该论文的第一作者,陈晓科是论文通讯作者。
 
  研究成果以长文形式发表于美国《科学》杂志研究成果以长文形式发表于美国《科学》杂志
 
  这条信息重要不重要?大脑中这个区域说了算!
 
  我们每时每刻都会接受大量信息的轰炸,为什么你能从海量信息中抽提出对你最重要的信息,并据此做出合适反应?
 
  大脑中应该存在一个这样的区域,可以对信息的重要性进行动态评估。
 
  科研人员的第一个发现,就是大脑中部的丘脑室旁核(PVT)是动态评估信息重要性的关键脑区。
 
  大脑中部的丘脑室旁核(PVT)大脑中部的丘脑室旁核(PVT)
 
  利用光遗传学技术结合电生理和光纤记录技术,科研人员找到了大脑中动态评估外界信息重要性的机制,并发现,当事件的重要性随动物内在生理状态和外部环境变化时,PVT的活动能够追踪这种变化,从而控制着学习的速率和效果。
 
  那科研人员是如何发现这个脑区和这一机制的呢?
 
  他们首先训练小鼠进行嗅觉巴浦洛夫条件性学习,将不同的气味刺激跟奖赏(水)或者惩罚(吹气或电击)联系起来,发现大脑中部的丘脑室旁核(PVT)神经元能够被重要的事件所激活,而且奖赏和惩罚都能激活PVT神经元。
 
  在实验中,科学家先为小鼠呈现它们不喜欢也不讨厌的中性气味。
 
  结果发现,当第一次呈现中性气味时,PVT能够被激活;当气味反复出现并且没有伴随任何奖赏或惩罚时,PVT反应逐渐消失;如果把气味与奖赏或惩罚偶联起来,那么PVT又能被激活。
 
  PVT 编码了刺激的显著性。 A:嗅觉巴甫洛夫条件性学习实验范式; B: 小鼠行为; C:光纤记录显示无论奖赏还是惩罚都能激活PVT; D:电生理记录显示单个PVT神经元能够被奖赏和惩罚所激活,从而编码了刺激的显著性。(图片来源:论文) PVT 编码了刺激的显著性。 A:嗅觉巴甫洛夫条件性学习实验范式; B: 小鼠行为; C:光纤记录显示无论奖赏还是惩罚都能激活PVT; D:电生理记录显示单个PVT神经元能够被奖赏和惩罚所激活,从而编码了刺激的显著性。(图片来源:论文)
 
  此外,PVT被激活的幅度也能够反映刺激的强度。两滴水的奖赏比一滴水的奖赏能够更好地激活PVT,强烈的惩罚(电击)比微弱的惩罚(吹气)能够诱发更大的PVT反应。
 
  “这是科学家第一次发现在丘脑中存在能反映外界刺激重要性的神经元。”论文通讯作者陈晓科表示。
 
  谁能改变选择?生理和环境
 
  在发现了大脑中存在对信息重要性评估的脑区的基础上,朱英杰与团队又进一步思考,应该如何深挖这种响应机制,它会具有怎样的意义呢。
 
  朱英杰与团队想到,可以通过改变内在生理状态和外部环境,来进一步研究这一机制在面对内、外在环境变化后的动态响应!
 
  不同的人在面临同样的信息时,对信息重要性的判断不尽相同;即使是同一个人,在不同的环境中面临同样的信息时,对信息重要性的判断也不是完全一样的,甚至差别巨大。
 
  这些差别都能在PVT反应中体现吗?
 
  这一次,实验对象依然是小鼠。
 
  小鼠的生理状态影响着刺激的重要性。例如,当小老鼠饥肠辘辘时,食物对它来说就是非常重要的资源;但是当它酒足饭饱之后,食物的重要性就要大打折扣。
 
  而且,外部环境的变化也影响着事件的重要性。例如,即使小鼠饥肠辘辘,食物就在眼前,但如果有只猫在食物旁边,这时猫的重要性(显著性)就要大于食物,小鼠就会压制对食物的冲动首先躲避猫。
 
  借助光纤成像记录技术和单细胞电生理记录技术,科研人员从不同角度设计实验发现,同样是用于奖赏的水,在又饿又渴的小鼠身上能够诱发更大的PVT反应。当小鼠处于较弱惩罚(吹气)的环境中,水的奖赏信息能够诱发很大的PVT反应;但是如果切换到较强的惩罚(电击)环境中,同样是水的奖赏信息,只能激发较小的PVT反应。
 
  同样是用于奖赏的水,在又饿又渴的小鼠上,能够诱发更大的PVT反应同样是用于奖赏的水,在又饿又渴的小鼠上,能够诱发更大的PVT反应
 
  这说明动物内在生理状态和外部环境变化都能影响PVT对奖赏信息的反应,PVT神经元的活动程度确实体现了动物对信息重要性的不同判断!