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我们擅长给人生做减法吗?出世还是入世,什么在影响你选择?生病母鼠该如何夺回爱情? | Paper Alert # 26

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神经现实 2021-04-16 08:09

认知与行为

价值≠价格:

vmPFC关心的是你要去向何方

Castegnetti et al., Sci. Adv.

@Orange Soda

钻石的价值高吧?但如果是用它来点火,它又有多高的价值呢?

在过去的几十年内,我们对价值决策的理解取得了很多进展,且有大量研究确定了腹内侧前额叶皮层(vmPFC)在这一过程中起着重要作用,但其中具体的作用机制还没有定论。现存的绝大多数研究,在设计实验时,通常将价值和金钱、愉悦取向的指标关联起来,而这些实验设计没能考虑到的一个问题就是:价值这个概念其实是可变的。在现实生活中,人们对某一事物的价值的判断往往取决于他们想要取得的目标——如果你被困在荒凉的小岛,那么昂贵的宝石又有什么用呢?

Castegnetti等人设计了一个有趣的实验:在这个实验场景中,被试需要想象自己是一架货运机的飞行员,驾驶着飞机在夜晚穿过海洋。由于突然的引擎故障,他们不得不迫降在一个荒废的小岛上,而他们可用于逃生的物品就只能从飞机上寻找。研究者提出了两种可能的逃生方案:第一种方案是点火从而引来救援队(点火目标,burning goal),第二种方案是需要锚定一艘船使它停泊在海岸直到第二天早晨(锚定目标,anchoring goal)。

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Fig.1 | 任务和行为测量。

Castegnetti et al., Sci. Adv.

在实验的第一天,被试需要根据预估的价格、对完成点火目标的有用程度和对完成锚定目标的有用程度三种不同标准来判定120件物品的价值(Fig.1,B-D)。第一天的价值判定结果表明,采用这三种不同的标准得到的价值相关性很低。在第二天,被试需要完成两种任务:想象任务和选择任务(Fig.1C);同时,研究者对被试进行fMRI扫描记录他们的大脑活动。

在想象任务中,被试需要生动地想象自己用特定的物品完成特定的目标(不管该物品对于当前的目标的用处有多低,即使是采用自行车点火)。在选择任务中,被试则需要针对当前的目标在两样物品中选择一样。结果表明采用同种目标下两种选项的价值之差(根据第一天的结果)能够很好地预测被试选择,而不同目标下的价值差以及物品价格则不能预测被试的选择(Fig.1F)。

Fig.2 | 单变量分析结果。

Castegnetti et al., Sci. Adv.

对记录的fMRI数据分析发现,在选择任务中,被试所选择的和未选择物品之间的对当前目标的有用程度之差和vmPFC的活动呈现正相关(Fig.2)。而根据物品价格或对无关目标的有用程度则与vmPFC的活动无关。这也就说明vmPFC的活动并非反映了某个物品的绝对价值,而是与当前目标相关的价值。而在想象任务中,研究者却观察到了不同的现象。在被试的舌回和梭状回,以及从枕中回延伸到枕上回的区域可以观察到与目标有用程度相关的活动(有趣的是,这些区域的活动和无关目标下的有用程度以及物品的价格也相关,虽然这三种价值判定本身的相关性很低),而在vmPFC还有其它额叶区域则未观察到相关活动。这似乎表明这些额叶区域仅仅参与需要触发行为反应的过程。

Fig.3 | 信度分析。

Castegnetti et al., Sci. Adv.

另一方面,在被试的行为结果上发现,除了特定目标下的价值会影响决策以外,被试对价值估计的信度(confidence)也会影响行为。也就是说,在大脑信息加工的某个阶段,价值和信度需要被整合。研究者采用了RSA(representational similarity analysis)方法(简要来说该方法生成表征差异矩阵来从大脑活动模式中提取与特定表征相关的内容)来对vmPFC、OFC以及dlPFC的活动进行分析(Fig.3A),仅在OFC观察到了与信度显著相关的神经活动(Fig.3B)。并且,OFC对特定目标下的价值和对价值评估的信度的表征存在正相关,这一结果表明OFC有参与整合二者信息的可能性

Castegnetti等人有趣的实验为理解大脑对价值编码的过程提供了新的理解,实验结果也引人入胜。一件事物的价值并不等同于它的价格,而是取决于一个人想要什么——我想这也就是不同的人拥有的不同的价值排序吧。追梦的少年啊,你是否也想清楚了自己想要什么,而你需要什么将你带去向那远方?

doi: 10.1126/sciadv.abd5363

“多多益善”,还是“少即是多”?

Adams et al., Nature

@Veronica

如果你是一名设计师,正打算修改某个产品设计,你愿意继续增加一项新功能,还是愿意精简至上,除掉繁杂冗余的功能?又或者你是位作家,想要在书稿里加强论述一个论点,你更倾向于旁征博引,长篇论述,还是简明扼要,直击要害?我想,大概率你会想做加法吧?因为“加”一点看起来好像比“减”一点来得更容易:毕竟要知道哪些可以被“减”掉,首先得把这些都“加”进去才能被考虑到,而且,“加”常常与更正面意义的词联系在一起,比如多多益善,锦上添花,足智多谋等等。最近的一份研究表明,“加法”确实是我们行为的默认模式(default mode),当然,如果有适当的引导,我们是可以学会运用“减法”的智慧的。

比如在下图里,受试者需要修改每张图片一些网格的颜色,使图片的上下左右都能变得对称。他们可以选择把空白网格加上颜色,或者把已有颜色的网格去掉,让它们重新变成空白,两者花费的努力相同。调查结果显示:只有20%的受试者选择了做减法去掉颜色多余的网格,而剩下的80%都选择了加法,补齐了另一半空白网格的颜色。这个实验证明,做加法果然是人们行为的默认模式。

- Adams et al., Nature -

那么,人们不倾向做减法,是明明知道“加”和“减”同样能完成任务,只是单纯不喜欢减法呢,还是因为人们压根没有想到可以做减法?为了回答这个问题,研究人员让受试者修改一个乐高积木,目的是让积木的顶端变得可以承受更大的重量,他们每人手中有一美元,完成这个任务最省钱快捷的方式是去掉第二层角落里的那块蓝色的积木(图中红色箭头所示),因为按规定,减去积木是没有损失的;而另一种办法是在对称的另一角补上一块积木,但这将会造成金钱损失。

- Adams et al., Nature -

在对照组中,研究者告诉受试者:“你可以任意决定如何改变结构,每增加一块积木将损失十美分”,而在减法组中,研究者告诉受试者:“你可以任意决定如何改变结构,每增加一块积木将损失十美分,每减少一块积木则是免费的”。结果,对照组中依然只有41%的人选择了减法,而在减法组中,使用减法的人数上升到了61%。这说明,人们常常是因为忽略了减法而选择加法的。不仅如此,这一结论并不因为语境的变化而变化,如果研究者在提示语中使用“改善它”或“让它更糟糕”来描述任务,并不会增加或减少受试者做减法的倾向,这也进一步证明,人们并不认为更多代表更好,做减法也不是因为单纯不喜欢,只是常常忽略它的存在。

最后,如何才能让受试者主动寻求减法方案,而不是每一次都需要采用“启发式教育”呢?这一次他们继续采用了图一的试验,唯一区别是让增加网格颜色在操作上比减少颜色需要敲击鼠标更多次,而受试者手中任务的目的是用最少敲击鼠标的次数来使图片上下左右对称。也就是说,这一次试验的正确答案只有一个,受试者必须自己学会使用减法才能正确完成任务。结果,研究者发现,受试者在多次练习中终于“自学成才”,慢慢掌握了减法的妙处:多次练习的受试者在正式测试中使用减法的频率达到了63%,而相比之下,只练习三次就直接进入正式测试的受试者使用减法的频率则是49%。而如果在试验过程中增加受试者的认知负担,他们又重新倾向于选择加法,而不是采用最优解的减法了。这个实验给我们两个启发:第一,只有不断试错才能打破固定思维,掌握最优解决方案。第二,不要加重大脑的负担,关掉手机电视的干扰,断舍离之后的思考才更有效

“多多益善”,还是“少即是多”?笔者认为两者并没有优劣。不过,这篇论文似乎想给我们小小的提醒:人生在世,还是不要太偏心加法哦!

doi: 10.1038/s41586-021-03380-y

系统与网络

消极避世,还是积极入世?

还看中部杏仁核

Hu et al., Nat. Neurosci

@图图

我们生于社会,行于社会,我们不断地与人进行交往、互动,是因为这些社交活动能给与我们奖励,像蜜糖一样诱惑我们“继续保持”。我们的社会性,对我们健康快乐的生活至关重要。只有当我们能够有效的识别和整合相关的社会信息及非社会信息,我们才能更准确的做出相应的行为决策使之最大利己化。但社会奖赏是如何成为大脑的蜜糖,推动幸福生活的呢?

近日,加州大学洛杉矶分校(UCLA)洪教授的研究团队发现:中部杏仁核(Medial Amygdala,MeA)的GABA能神经元通过投射到中部视前区(medial preoptic area,MPOA)促进伏隔核区(nucleus accumbens,NAc)的多巴胺释放,从而有效地加强小鼠社会奖赏行为

早在之前的研究中,MeA就已经被证明了与多种特殊社会行为相关,比如雄性的攻击性行为、雌性的交配应答及对幼崽的亲代抚育行为等。但它是否也是普遍社会奖赏行为的重要一环呢?

为了更好的研究普遍的社会奖赏行为的神经机制,Hong的研究团队在这个研究中开发利用了一个闭环自动操作条件反射行为训练模式(automated operant conditioning paradigm),在这个训练模式中,受试者通过鼻子碰触舱门的端口来选择是否与目标小鼠进行沟通接触,如图所示,如果戳碰左边的按钮,则受试小鼠则可以通过部分打开的门与目标小鼠接触互动,反之如果选择右边则舱门不会开启,那么受试者就只能“自说自话”了。

- Hu et al., Nat. Neurosci -

在这个系统中,研究者特定选择了青少年小鼠作为目标小鼠从而规避一些由性别不同造成的攻击或亲近行为,而可以简单的反映出普通的社交行为。利用这个训练系统,研究者们发现,一周时间内,大多数小鼠都明显更倾向于戳碰社交按钮进而与小伙伴互动。不论性别,受测的成年小鼠大都表现出强烈社交倾向,看得出来大家都是社会鼠啊,骨子里的不甘寂寞。

接下来,研究团队想知道具体是什么神经环路控制着社会奖赏行为。他们主要关注的是MeApd区域,首先他们特定消除了小鼠MeApd的Vgat神经元后,相比于对照组,实验组的小鼠对社交的偏好明显降低。更有甚者,即使小鼠已经在训练中形成了对社交舱门选择的偏好,如果利用光遗传直接抑制Vgat+神经元,仍会非常迅速的抑制小鼠选择社交舱门的“冲动”,同时也会减少他们与目标小鼠的交流时间。

根据已有的实验结果,研究者证明了MeApd的Vgat神经元对小鼠的社交奖赏行为至关重要。那么既然MeApd的Vgat神经元很有可能可以呈递积极的社会信号,那直接激活这些神经元是否足以模拟“社交蜜糖”促进小鼠有更强的意愿跟小伙伴们玩耍呢?

研究者们结合光遗传和实时位置偏好(real-time place preference,RTPP)分析,发现无论是雄性还是雌性小鼠都更愿意待在能激活他们MeApd的Vgat神经元的房间里,或是更愿意选择能激活自己的Vgat神经元的舱门。这说明这些神经元极有可能强大到可以完全绕开社会情境而直接给小鼠提供“蜜糖”,让他们沉迷于这种“假奖赏”的欢愉中。大家知道,奖赏伴随的“久久不能自拔”是由于大脑中释放的多巴胺造成的,所以研究团队好奇是否MeApd可以调控多巴胺奖赏系统。

他们通过dLight-一种多巴胺传感器检测到,当小鼠进行社交互动时,它们的NAc会释放大量的多巴胺(舱门打开立即开始释放,舱门开始关闭就直线下降),并且那些训练有素的小鼠仍保持着高水平的多巴胺释放,说明NAc的多巴胺信号与社会奖赏有关,能被相关提示触发。随后,他们也证明了光激活MeApd的Vgat神经元可以强有力的快速激活NAc的多巴胺释放。但已知的是MeApd并不会直接投射到奖赏控制中心NAc,所以中间到底存在着一个怎样的桥梁?

研究人员猜想这个关键中间人可能是中部视前区(MPOA),他们利用光遗传特定激活那些投射到MPOA的MeApd Vgat+神经元末端,发现可以明显增强小鼠的社会奖赏行为(而对其他行为并没有影响),并且MeA-to-MPOA通路对小鼠处理社会奖赏信息必不可少。如果我们可以更加积极的入世一定程度是可以缓解抵消一些内在的消极厌恶的情绪,那么根据之前的实验结果,研究人员猜想,如果激活MeApd环路,能否有助于小鼠克服不好的经历从而抑制这些消极信号引起的躲避行为。事实也是如此,一旦人为激活MeApd环路,小鼠都一反常态,比如本不喜欢聚光灯下的c位,但此时却待在中心位不愿离开等

总的来说,这个研究发现了一条新的MeA-to-MPOA通路,又一控制社会奖赏的重大功臣,并提出了可以通过人为干预的方式主动调节个体的社会感知从而规避焦虑、消极等社会情绪的可能方法,或有效帮助个体更积极的面对社会环境。以后,当小伙伴们情绪低迷头顶乌云的时候,你就偷偷激活他们的MeA-to-MPOA环路,那么“天就亮了”!

doi: 10.1038/s41593-021-00828-2

薛宝钗还是林黛玉?

小鼠杏仁核从来不纠结

Kwon et al., Nature

@Veronica

*作者注

本文包含小鼠的爱情动作片描述,18岁以下的读者,建议在家长的陪同下观看。

“态生两靥之愁,娇袭一身之病”,是弱柳扶风的黛玉。“唇不点而红,眉不画而翠”,是容貌丰美的宝钗。这两位美人从来都是几百年来男性心中的红玫瑰和白月光,怎么舍得只择其一?毕竟,人是有情感的动物,择偶不能只考虑身体外貌条件,更重要的是两情相悦,性格合拍。


不过,也欢迎你时常去动物世界逛逛,最近的一篇来自麻省理工学院的研究发现,小鼠的世界比人类的简单太多了:它们只会钟情于身体健康的母鼠而与之交配,如果闻到母鼠病恹恹的味道,就会无情的敬而远之,选择独善其身。没错,它们就是这么冷血无情!


在这项研究中,实验人员首先给母鼠分别注射了作为对照的磷酸盐缓冲液(phosphate-buffered saline,PBS)和能让母鼠产生免疫反应的细菌脂多糖溶液(lipopolysaccharide,LPS),LPS可以模拟母鼠受到细菌感染的状态。做了这些手脚之后,研究人员分别让公鼠与其中一种母鼠自由接触一段时间,结果他们很快发现,虽然对母鼠脸部的探究没有变化,公鼠对LPS母鼠下体的探究行为大大减少了,而且它们对母鼠的骑乘行为(mounting behavior)也更犹豫,频率和时间比起PBS母鼠也降低了不少——总而言之,公鼠对不健康的LPS母鼠释放的总体性行为减少了

- Kwon et al., Nature -

这种绝情的选择是由什么决定的呢?研究人员通过对早期即刻基因c-Fos的细胞标记发现,皮质杏仁核的后内侧核团(posteriormedial nucleus of the cortical amygdala,COApm)在与LPS母鼠接触后c-Fos的表达量显著增高,他们推测这可能与绝情的选择有关。于是,研究者使用光纤光度计(fiber photometry)测量了公鼠与两种母鼠自由接触时COApm的神经元活跃程度,他们发现,在与LPS生病母鼠接触时,公鼠COApm神经元活性显著高于与PBS健康母鼠接触时的活性,而且后期也没有降低的趋势。相应的,COApm神经元的活跃程度与骑乘行为也成负相关。由于COApm位于辅助嗅觉球(accessory olfactory bulb,AOB)的直接下游,研究人员推测这一反应很可能与嗅觉相关通路有关。事实上果然如此,如果单独用LPS生病母鼠的尿液和粪便来刺激公鼠,公鼠的COApm活性也同样被激活了。

接下来,研究者采用光遗传技术选择性激活COApm细胞,来观察公鼠对LPS和PBS母鼠的反应。结果发现即使是对健康的PBS母鼠,激活COApm细胞都会使公鼠在不改变其他行为的情况下,对母鼠的性行为也大大降低,而如果通过化学遗传学方法抑制COApm神经元活性,则发现公鼠对LPS生病母鼠骑乘行为的频率和时间都增加了,但它们对PBS健康母鼠的骑乘行为并没有受到影响。这些实验说明,COApm的细胞活跃程度直接影响公鼠对LPS生病母鼠的性行为

那么,COApm控制性行为的下游通路在哪里呢?通过病毒示踪检测,研究人员发现COApm细胞投射的主要下游靶向是位于内侧杏仁核(medial amygdalar nucleus,MEA)的Vglut2+谷氨酸能神经元。如果用光刺激激活这些MEA位置的Vglut2+细胞,或者激活COApm投射到Vglut2+细胞上的轴突输入,都能导致公鼠降低对LPS母鼠的性行为。而如果激活COApm活性的同时,抑制MEA区域的Vglut2+细胞,公鼠的性行为降低现象则消失了。也就是说,针对不健康母鼠性行为降低的现象需要COApm-MEA的Vglut2+环路的参与。

- Kwon et al., Nature -

最后,为了探究这一现象的分子机制,研究人员通过RNA测序分析了投射到MEA的Vglut2+的COApm细胞内特异性表达的分子,他们最终将目光锁定到Trh分子上,因为Trh不仅在COApm区域特异性高水平表达,而且它的受体Trhr也特异性表达在MEA区域的Vglut2+细胞中。研究人员通过刺激COApm区域的Trh细胞发现,Trh活跃的公鼠对健康母鼠的骑乘行为减少了,而刺激不表达Trh的细胞则这一骑乘行为并没有变化。如果基因敲除MEA区域细胞的Trhr受体,公鼠对LPS生病母鼠性行为降低的现象也不见了。这些实验说明,这一性行为降低现象是通过Trh-Trhr信号通路实现的

成年人的爱情世界是复杂的,但这项研究告诉我们,对于小鼠来说,自从有了杏仁核COApm-MEA通路,下次再遇上选宝钗还是黛玉的问题,它就不纠结了。

doi: 10.1038/s41586-021-03413-6

编者:阿莫東森、Veronica、图图、Orange Soda

编辑:阿莫東森 | 排版:光影

封面:纪善生

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