▎藥明康德內(nèi)容團隊編輯
當(dāng)你需要你關(guān)注一些重要的事情時，你的大腦會發(fā)生什么？最近，一項發(fā)表于《自然》的研究告訴我們一項全新的答案：大腦會釋放一股去甲腎上腺素。研究團隊發(fā)現(xiàn)，去甲腎上腺素有助于刺激能夠產(chǎn)生獎勵的行為，特別是在不確定是否會有獎勵的情況下。
去甲腎上腺素由大腦深處被稱為藍斑核的結(jié)構(gòu)產(chǎn)生，可以在整個大腦中產(chǎn)生廣泛的影響。“這項工作表明，藍斑核對意外事件進行編碼，關(guān)注這些意外事件對于大腦評估其環(huán)境至關(guān)重要?！边@項研究的通訊作者、麻省理工學(xué)院腦與認(rèn)知科學(xué)系Mriganka Sur教授說。
去甲腎上腺素是影響大腦的幾種神經(jīng)調(diào)節(jié)劑之一，此外還有多巴胺、血清素和乙酰膽堿。與能夠?qū)崿F(xiàn)細(xì)胞間通訊的神經(jīng)遞質(zhì)不同，神經(jīng)調(diào)節(jié)劑在大腦的大片區(qū)域內(nèi)釋放，從而發(fā)揮更廣泛的作用。
▲綠色熒光蛋白標(biāo)記了藍斑核中的神經(jīng)元（圖片來源：Gabi Drummond）
“神經(jīng)調(diào)節(jié)物質(zhì)被認(rèn)為可以灌注大腦的大部分區(qū)域，從而改變神經(jīng)元以點對點的方式接收的興奮性或抑制性驅(qū)動，” Mriganka Sur教授說，“這表明它們必須具有非常重要的全腦功能，這些功能對于生存和大腦狀態(tài)調(diào)節(jié)很重要?！?/span>
雖然科學(xué)家們已經(jīng)了解了多巴胺在動機和追求獎勵中的作用，但對包括去甲腎上腺素在內(nèi)的其他神經(jīng)調(diào)節(jié)劑，此前科學(xué)界了解有限。已經(jīng)知道的是，去甲腎上腺素與喚醒和提高警覺性有關(guān)，但過多的去甲腎上腺素會導(dǎo)致焦慮。
此前對藍斑核的研究表明，它接收來自大腦許多部位的輸入，并廣泛地發(fā)送信號。在這項新研究中，研究團隊著手研究藍斑核在強化學(xué)習(xí)中的作用，或通過試錯來學(xué)習(xí)。
研究人員訓(xùn)練小鼠在聽到高頻音時推動杠桿，而在聽到低頻音時不推動杠桿。當(dāng)小鼠對高頻音做出正確反應(yīng)時，作為獎勵它們就會喝到水，但如果它們在聽到低頻音時推動控制桿，作為懲罰它們就會被噴射一股空氣而感到很不舒服。
小鼠還學(xué)會了當(dāng)音量更大時更加用力地推動杠桿。而當(dāng)音量更小時，它們對于是否應(yīng)該推動杠桿沒那么確定了。研究人員抑制藍斑核的活性后，當(dāng)小鼠聽到低音量的聲音時，它們變得更加猶豫，而不去推動杠桿，這表明去甲腎上腺素促進了在回報不確定的情況下為獲得獎勵而冒險的行為。
▲藍斑核被抑制后，去甲腎上腺素促進了在回報不確定的情況下為獲得獎勵而冒險的行為（圖片來源：參考資料[2]）
研究人員還發(fā)現(xiàn)，產(chǎn)生這種去甲腎上腺素信號的神經(jīng)元似乎將大部分輸出發(fā)送到運動皮層，這提供了更多證據(jù)表明這種信號能刺激動物采取行動。
雖然最初去甲腎上腺素的激增似乎會刺激小鼠采取行動，但研究人員還發(fā)現(xiàn)，第二次激增通常發(fā)生在試驗結(jié)束后。當(dāng)小鼠收到預(yù)期的獎勵時，激增的幅度很小。然而，當(dāng)試驗的結(jié)果出人意料時，去甲腎上腺素的激增的幅度要大得多。例如，當(dāng)一只小鼠被噴了一股空氣而不是它所期待的獎勵時，藍斑核會釋放出大量的去甲腎上腺素。
在隨后的試驗中，當(dāng)小鼠不確定是否會獲得獎勵時，它推動杠桿的可能性要小得多。小鼠在不斷調(diào)整它的行為，即使它已經(jīng)學(xué)會了這項任務(wù)，它也會根據(jù)它剛剛完成的工作來調(diào)整自己的行為。
同樣，當(dāng)小鼠得到到意想不到的獎勵時，它們在試驗中表現(xiàn)出去甲腎上腺素的爆發(fā)。這些爆發(fā)似乎將去甲腎上腺素擴散到大腦的許多部位，包括前額葉皮層，而前額葉皮層是制定計劃和其他高級認(rèn)知功能發(fā)生的地方。
與此相比，藍斑核的編碼意外事件的功能似乎在大腦中更為普遍。這可能是有道理的，因為我們所做的一切都受到意外事件的影響。
研究人員現(xiàn)計劃探索去甲腎上腺素和其他神經(jīng)調(diào)節(jié)劑之間可能的協(xié)同作用，尤其是多巴胺，因為多巴胺也會對意想不到的獎勵做出反應(yīng)。他們還希望更多地了解前額葉皮層如何存儲由藍斑核輸入的短期記憶，以幫助動物在未來的試驗中提升表現(xiàn)。
