Cell | 学习动机是如何丧失的？
随着年龄的增长，人们常常会发现，自己失去了学习新事物或从事日常活动的动力。在对小鼠的研究中，麻省理工学院的神经科学家现在已经确定了对于维持这种动机至关重要的大脑回路。该回路对于学习制定需要评估特定动作所产生的成本和报酬的决策尤为重要。研究结果表明，可以通过重新激活该回路来增强年老小鼠进行学习的动力，并且还可以通过抑制该回路的活动降低其动机。
该研究结果于10月27日发表在著名期刊Cell上。论文的主要作者是前MIT的研究科学家Alexander Friedman，他现在是德克萨斯大学埃尔帕索分校的助理教授，以及MIT研究科学家Emily Hueske。麻省理工学院的教授，麦戈文脑科学研究所成员Ann Graybiel说：“随着年龄的增长，要想让人们对于事物始终保持进取心变得越来越困难。事实上，不断上进或参与的方式对于我们的社会福祉和学习非常重要，如果你不参加，不投入，便很难学习。”
纹状体（striatum）是基底神经节的一部分，它与习惯形成，自发运动，情绪和成瘾的控制有关。几十年来，Graybiel的实验室一直在研究称为核小体（striosomes）的细胞簇，这些簇遍布整个纹状体。Graybiel多年前就发现了核小体，但是它们的功能仍然神秘，部分原因是它们太小而且在大脑中很深，以至于很难通过功能磁共振成像（fMRI）对其进行成像。
近年来，Friedman，Graybiel及其同事（包括麻省理工学院研究员Ken-ichi Amemori）发现，该核小体在一种称为接近-回避冲突（approach-avoidance conflict）的决策中起着重要作用。这些决定包括在给定具有积极和消极因素的选择时，选择是好还是坏，还是两者兼而有之。这种决定的一个例子是，必须选择是否接受一份薪水更高但会迫使家人和朋友离开的工作。这样的决定常常引起极大的焦虑。
评估成本与收益
在一项相关研究中，Graybiel的实验室发现，核小体与黑质（substantia nigra，大脑的主要多巴胺产生中心之一）的细胞相连。这些研究使研究人员假设，该核小体可能充当了看门人的角色，吸收了来自皮层的感觉和情感信息，并将其整合以决定如何采取行动。然后，多巴胺产生细胞可以激发这些作用。
研究人员后来发现，慢性压力对该回路和这种情感决策有重大影响。在2017年对大鼠和小鼠进行的一项研究中，他们表明压力很大的动物更有可能选择高风险，高回报的选择，但它们可以通过操纵回路来阻止这种影响。
在最新发表于Cell上的这篇研究中，研究人员想要研究的问题是，当小鼠学习如何做出接近-回避冲突类决策时，在核小体内究竟发生了什么情况。为此，当小鼠学会在阳性和阴性结果之间进行选择时，研究者测量并分析了核小体的活性。在实验过程中，老鼠听到了两种不同的声音，一种伴随着奖励（糖水），另一种则伴随着轻微的反感刺激（明亮的灯光）。老鼠逐渐学会了“游戏规则”——如果在听到第一声时舔更多次，它们会得到更多的糖水，如果在第二声中舔更少次，光线不会那么亮。
要想学习执行此类任务，就需要小鼠为每个成本和每个奖励分配价值。研究人员发现，当小鼠学会了这一任务时，它们的核小体内便显示出比纹状体其他部位更高的活性，并且这种活性与小鼠对两种音调的行为反应有关。这表明，核小体对于将主观价值分配给特定结果可能至关重要。
Friedman说：“为了生存，为了做自己想做的事，就需要不断学习。要学习对自己有好处的事情，对有坏处的事情也要学习。一个人，或本例中的鼠标，可能对奖励的评价如此之高，以至于承受了难堪重负的风险，而另一个人可能希望避免将所有奖励排除在外的成本。这些可能导致奖励驱动在某些情况下进行学习，而在另一些情况下进行成本驱动的学习。”研究人员发现，传递来自额叶前皮层信号的抑制性神经元可以帮助核小体增强其信噪比，从而有助于产生强烈的信号，这在小鼠评估高成本或高回报方案时可以看到。
动机的降低
接下来，研究人员发现，在年龄较大的小鼠（13到21个月之间，大致相当于人类60岁及60岁以上）中，小鼠学习这种成本效益分析的参与度下降了。同时，与年轻小鼠相比，它们的纹状体活性也下降了。研究人员在亨廷顿氏病（Huntington's disease）小鼠模型中发现了类似的动机丧失，亨廷顿氏病是一种会影响纹状体及其纹状体的神经退行性疾病。当研究人员使用基因靶向药物来增强核小体的活性时，他们发现小鼠变得更多从事这项任务。相反，抑制纹状体活动导致脱离。
亨廷顿病（Huntington's disease，缩写 HD）是一种常染色体显性遗传性神经退行性疾病。该病由美国医学家乔治亨廷顿于1872年发现，因而得名。主要病因是患者第四号染色体上的Huntington基因发生变异，产生了变异的蛋白质，该蛋白质在细胞内逐渐聚集在一起，形成大的分子团，在脑中积聚，影响神经细胞的功能。一般患者在中年发病，表现为舞蹈样动作，随着病情进展逐渐丧失说话、行动、思考和吞咽的能力，病情大约会持续发展10年到20年，并最终导致患者死亡。
除了正常的与年龄相关的衰落外，从焦虑和抑郁到诸如PTSD之类的疾病，许多精神疾病也会影响评估行动成本和回报的能力。例如，一个沮丧的人可能会低估可能有益的经历，而一个上瘾的人可能会高估毒品，但会低估诸如工作或家庭之类的东西。研究人员现在正在研究可能刺激该回路的药物治疗，他们建议培训患者通过生物反馈增强该回路的活动，从而改善患者对其成本效益的评估。
Friedman说：“如果你能找到一种对奖励和成本进行主观评估的机制，并使用一种可以在精神病学或生物反馈中对其进行操纵的现代技术，便可以帮助患者正确激活其脑回路。”
参考文献
Alexander Friedman, Emily Hueske, SabrinaM. Drammis, Sebastian E. Toro Arana, Erik D. Nelson, Cody W. Carter, SebastienDelcasso, Raimundo X. Rodriguez, Hope Lutwak, Kaden S. DiMarco, Qingyang Zhang,Lara I. Rakocevic, Dan Hu, Joshua K. Xiong, Jiajia Zhao, Leif G. Gibb, TomokoYoshida, Cody A. Siciliano, Thomas J. Diefenbach, Charu Ramakrishnan, KarlDeisseroth, Ann M. Graybiel. StriosomesMediate Value-Based Learning Vulnerable in Age and a Huntington’s Disease Model.Cell, 2020; DOI: 10.1016/j.cell.2020.09.060
Massachusetts Institute of Technology.(2020, October 28). Study helps explain why motivation to learn declines withage: Research on mice suggests aging affects a brain circuit critical forlearning to make some types of decisions. ScienceDaily. Retrieved October 28,2020 from www.sciencedaily.com/releases/2020/10/201028171435.htm