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科学家可以操控猴子的大脑“做决定”了

来源:环球科学
 
图片来源:Pexels
当你面临甜点是吃冰激淋还是巧克力蛋糕的艰难抉择时,位于眼睛正上方的一系列脑细胞会放电。过去的动物研究已经表明,每一个选择都对应激活了大脑中不同的神经元。选择越诱人,相应的神经元放电越迅速。
来自美国的圣路易斯华盛顿大学医学院(Washington University School of Medicine in St. Louis)的研究人员在恒河猴身上展开了实验研究,结果表明,这些神经元的活动编码了每一个选项的价值,并决定了最终选择。在实验中,研究人员让动物们选择不同口味的果汁。通过改变神经元的活动,研究人员改变了每个选项对恒河猴们的吸引力,从而引导动物做出不同选择。近日该研究发表于《自然》(Nature)。
详细理解人们如何在大脑中衡量每个选项的价值并作出最终决策,有助于我们理解一些特殊人群,如患有成瘾、饮食障碍、抑郁或者精神分裂人群的决策过程是如何出错的。“在许多精神障碍(mental disorder)和神经精神障碍(neuropsychiatric disorder)中,患者的决策能力往往很弱,我们还不明白确切原因。”该研究的通讯作者,神经学、经济学以及生物医学工程专业教授 Camillo Padoa-Schioppa 博士说,“我们找到了这一拼图中关键的一片。倘若能阐明决策背后的神经机制,我们就能更深入地理解这些障碍。”
18 世纪的经济学家丹尼尔·贝努利(Daniel Bernoulli),亚当·斯密(Adam Smith)和杰里米·边沁(Jeremy Bentham)提出,人们在几个选项之间做选择时,会计算每一个选项的主观价值,考虑诸如数量、质量、成本以及真正获得心仪选项的可能性等因素。一旦计算完毕,人们就会比较每个选项的价值,来做出决策。人们用了将近三个世纪的时间,才发现大脑中进行上述计算和比较的第一例实证。2006 年,Padoa-Schioppa 和来自美国哈佛医学院的神经生物学教授 John Assad 博士在《自然》(Nature)上发表了一篇突破性论文,这篇论文描述了该团队发现的神经元能够编码待选及最终选择选项的主观价值。这些神经元来自于眶额叶皮层(orbitofrontal cortex),该脑区位于眼睛正上方,参与目标导向行为(goal-directed behavior)的调控。
可惜的是,该研究无法证明大脑中编码的价值能否直接导致最终决策。
“我们的确发现了神经元可以编码主观价值,但是,(主观)价值信号能够引导各种行为,”Padoa-Schioppa 说,“除了决策行为之外,它们还能引导学习、情绪、感知注意甚至运动控制。我们需要明确证明,来自眶额叶皮层的价值信号能引导决策。”

图片来源:Pixabay
为了检验神经元的价值编码和选择行为之间的联系,研究人员展开了两项实验。研究由第一作者 Sebastien Ballesta 博士开展,其他参与者还包括一名博士后研究员、研究生 Weikang Shi、Kathering Conen 博士,以及另外一名设计其中一个实验的研究生。Ballesta 如今是法国斯特拉斯堡大学(University of Strasbourg)的助理教授,Conen 如今任职于美国布朗大学(Brown University)。
在一项实验中,研究人员重复给予恒河猴们两种饮料,记录下它们的选择行为。提供的饮料包括分量各异的柠檬汽水、葡萄汁、樱桃汁、桃子汁、混合型果汁、苹果汁、红梅汁、薄荷茶、猕猴桃汁、西瓜汁和盐水。恒河猴们通常更偏爱某一口味的果汁,但它们同样也更偏爱更多的果汁量,所以要做决策,并不总是那么容易。恒河猴通过看向某一果汁来表达它的决策,研究者会给恒河猴提供它用目光选择的果汁。
随后,研究人员在每只恒河猴的眶额叶皮层中放置了微电极,能够刺激表达每一种选项价值的对应神经元。研究人员在给恒河猴被呈现两种饮料时,同时通过电极输送较低频的电流,刺激恒河猴脑中负责两个选项的神经元加速放电。从恒河猴的角度来看,这意味着两个选项都变得更具吸引力,而不同选项对应的神经元簇与电极之间的位置关系决定了恒河猴认为哪个选项吸引力增加得更多。结果显示,低水平电刺激能以可预测的方式,让动物们更愿意选择某一特定选项。
在另一项实验中,研究人员让恒河猴们先看到一个选项,再看到另一选项,随后再让它们做出选择。当恒河猴们在考虑一个选项的时候,研究人员会输送更高强度的电流,干扰恒河猴大脑中发生的价值计算,而恒河猴更倾向于选择没有被干扰到的选项。该结果表明,眶额叶皮层中计算的主观价值能够引导决策行为。

图片来源:Pexels
“在作出决策行为时,恒河猴大脑和人类大脑看起来非常相似。”Padoa-Schioppa 说,“我们认为同样的神经回路也调控人类的各种决策行为,比如点菜、金融投资或者选择不同的选举候选人。甚至,对于一些重要的人生决策,比如在挑选一项事业或者一个结婚对象时,大脑中也可能用到这条回路。人们每次做出的选择都基于主观偏好,而这条神经回路(眶额叶皮层)则对此负责。”
翻译:阿金
编辑:李姗珊
引进来源:加利福尼亚大学圣迭戈分校
引进链接:https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-11/wuso-nii102720.php
本文来自:环球科学
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