​Science︱非线索性目标导向行为的神经机制

来源︱滔博生物

作者︱研究员 滔滔

责编︱王思珍

我们在日常生活中做的几乎每件事都是有目标的。大脑可以保持一种动机状态来指导行动以达到预期的结果。然而，我们对大脑中允许我们做出正确决定以达到目标的机制知之甚少。

2022年1月7日，瑞士巴塞尔大学Andreas Lüthi团队在Science上发表了题为“A neuronal mechanism for motivational control of behavior”。揭示了控制行为动机的神经元机制。作者通过Inscopix自由活动钙成像显微镜和光遗传学等研究方法发现，在小鼠的目标导向行为中，基底外侧杏仁核中的神经元整合并编码了追求结果的识别、追求结果的价值和行动-结果的权变信息，从而实现了行为动机的控制。

2022年5月18日 星期三 23:00-24:00 ，本篇Science文章第一作者Julien Courtin博士将与我们分享他们的最新研究成果：目标导向行为背后的杏仁核神经元机制（见下方海报）。

想象一下，你每天去面包店只为了买一个特定的面包，然后你发现你最喜欢的面包不再在那里卖了，你会停止去那个面包店，这被称为目标导向行为。而杏仁核——大脑中杏仁状的情绪处理中心——被认为与控制这一行为有关。

到目前为止，杏仁核在小鼠的提示导向行为中的作用已经得到研究为，当视觉或听觉提示（如声音）是将要发生的事情的信号（例如，小鼠将会得到一些糖)使小鼠行为以某种方式表现（例如，它要去到笼子中接收糖的地方）。然而，还不清楚杏仁核是如何参与目标导向行为的——小鼠在没有线索的情况下，按照自己的节奏完成目标。

在这项研究中，Andreas Lüthi小组的博士后Julien Courtin训练小鼠完成一项以目标为导向的任务：在过去的几天里，动物们知道当它们按下一个杠杆时，会收到了一滴蔗糖，当它们按下另一个杠杆时，它们会收到一滴牛奶。一旦动物熟练掌握了这些任务，Courtin就调整实验设置：不需要小鼠按下杠杆就给它们奖励；或者让它们按下杠杆而不给奖励；或者让小鼠只获得一种奖励。

图1 目标导向行为学习过程中的行为跟踪

（图源：J Courtin, et al., Science, 2022）

在小鼠的所有这些不同行为中，Courtin等使用Inscopix自由活动钙成像显微镜记录了它们杏仁核中的神经活动，并与Lüthi实验室的计算神经学家Yael Bitterman一起开发了新的分析方法来破译潜在的神经元代码。

图2 使用Inscopix自由活动钙成像显微镜记录杏仁核神经活动

（图源：J Courtin, et al., Science, 2022）

研究发现，当小鼠按下杠杆1以期待奖励1时，一组特定的神经元是活跃的。但一旦杠杆1不再与奖励相关，这组神经元就失去了活动。Courtin说：“神经元群体不是因为小鼠按下杠杆而活跃，而是因为杠杆与奖励的期望有关。当小鼠学会了不再期待奖励时，这个种群消失了。”

图3 小鼠在学习、自由行为、目标导向行为时BLA PNs的Ca2+成像

（图源：J Courtin, et al., Science, 2022）

最值得注意的是，神经元的成像结果显示，在杏仁核中，神经元的活动不仅与奖励的类型、大小和发生的可能性有关，还会与它的价值，一个取决于许多因素的灵活参数有关（例如小鼠的饥饿程度）。杏仁核将所有这些信息传递到大脑的其他区域，然后这些区域利用这些信息做出适当的决定，并根据可能的奖励调整行为。

图4 不同的BLA PNs编码特定的行为状态

（图源：J Courtin, et al., Science, 2022）

Andreas Lüthi解释说：“仅仅通过观察杏仁核，Julien和Yael就能够得到小鼠预期奖励的详细图片，以及它需要做什么来得到它。杏仁核会做出预测——如果我做这个，我就会得到那个——它会根据变化调整这些预测。没有其他大脑结构可以如此精确地预测将要发生的事情。”

图5 文章总结图：非线索性目标导向行为的神经机制

（图源：J Courtin, et al., Science, 2022）

文章结论与讨论，启发与展望

研究人员提供了清晰的证据，表明不同的结果特异性和可更新的神经元活动模式之间的相互作用编码并维持了执行适应性、自我启动的行动消费序列所必需的特定动机状态。杏仁核神经元沿着不同的轴分离行为相关信息，如结果认同、价值和期望。因此，此研究引入了特定动机的概念，并扩展了经典观点，即杏仁核通过赋予结果预测感官刺激的价值来控制结果寻求行为。

此项研究的发现与人类行为息息相关。每一天，我们都怀着某种期望去执行成百上千的行动。如果期望没有达到，我们就会调整自己的行为——我们改变自己的行为，或更无意或更频繁地改变自己的行为。

能够根据预测调整我们的行为对我们人类来说是至关重要的，但有时这些过程会受到负面影响，例如成瘾、抑郁、强迫症或帕金森病。Courtin说：“在这种情况下，我们阐明了大脑中的行为序列可能没有得到适当的调节。这可能成为临床研究的一条途径，挑战在于：当大脑在如此短的时间内发生错误时，我们如何进行干预？”

原文链接： https://doi.org/10.1126/science.abg7277 

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