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为什么活到老学到老这么难?
来源:新华网 作者: 发表时间:03-12 15:27

编者按:麻省理工学院老龄化神经科学研究团队发现,为什么随着大脑回路的衰老而学习动机下降的机理。通过对老鼠的研究表明,可以通过重新激活大脑回路来增强年老小鼠进行这种学习的动力,还可以通过抑制大脑回路的来降低其动力。该最新研究结果论文发表在最近的《细胞》杂志上。原文标题《Study helps explain why motivation to learn declines with age》

随着年龄的增长,人们常常会失去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发现了一个对维持这种动机至关重要的脑回路。

这个脑回路对于学习做出需要评估特定行动,所带来的成本和回报的决策尤为重要。研究人员表明,他们可以通过重新激活这个脑回路来提高老年小鼠参与这种学习的动机,也可以通过抑制这个脑回路来降低学习动机。

“随着年龄的增长,我们对事物的态度更难有上进心。”麻省理工学院研究所教授、麦戈文大脑研究所成员 Ann Graybiel说。“这种说做就做的态度,或者说参与度,对于我们的社会福利和学习都是很重要的,如果你不参加和参与,就很难学习。”

Graybiel是这项研究的资深作者,该论文今天出现在《细胞》期刊上。论文的主要作者是Alexander Friedman和Emily Hueske,前者是麻省理工学院的研究科学家,现在是德克萨斯大学埃尔帕索分校的助理教授。

评价成本和效益

纹状体是基底神经节的一部分,是习惯形成、控制自愿运动、情感和成瘾有关的大脑中心的集合。几十年来,Graybiel的实验室一直在研究被称为纹状体的细胞群,它们分布在纹状体中。Graybiel多年前就发现了纹状体,但它们的功能一直很神秘,部分原因是它们太小了,而且在大脑深处,很难用功能磁共振成像(fMRI)对它们进行成像。

近年来,Friedman、Graybiel和包括麻省理工学院研究员Ken-ichi Amemori在内的同事们发现,纹状体在一种被称为接近-避免冲突的决策中发挥着重要作用。这些决策涉及到当给定具有积极和消极因素的选项时,选择是好的与坏的一起接受,还是两者都避免。这类决策的一个例子是,必须选择是否接受一份收入更高,但被迫远离家人和朋友的工作。这种决定往往会引起极大的焦虑。

在一项相关的研究中,Graybiel的实验室发现,纹状体与黑质部的细胞相连,黑质部是大脑主要的多巴胺产生中心之一。这些研究使研究人员推测,纹状体可能是作为一个守门人,吸收来自皮层的感觉和情绪信息,并将其整合,以产生如何行动的决定。然后,这些行动可以被多巴胺生成细胞激发出来。

研究人员后来发现,长期的压力对这个脑回路以及这种情绪化的决策有很大的影响。在2017年对大鼠和小鼠进行的一项研究中,他们表明,压力大的动物更容易选择高风险、高回报的选项,但他们可以通过操纵脑回路来阻止这种影响。

在新的《细胞》期刊上研究中,研究人员着手调查当小鼠学会如何做出这些决定时,纹状体中会发生什么。为此,他们测量并分析了当小鼠学会在积极和消极的结果之间做出选择时,纹状体的活动。

实验过程中,小鼠们听到了两种不同的音调,其中一种音调伴随着奖励(糖水),另一种音调则搭配着温和的厌恶性刺激(亮光)。小鼠逐渐了解到,如果在听到第一种音调时多舔一下喷头,就能得到更多的糖水,如果在第二种音调时少舔一下,光线就不会那么亮。

学习执行这种任务需要小鼠给每项成本和每项奖励分配价值。研究人员发现,当小鼠学习这项任务时,纹状体表现出更高的活动,而且这种活动与小鼠对两种音调的行为反应相关。这表明纹状体可能是对某一特定结果赋予主观价值的关键。

“为了生存,为了做任何你正在做的事情,你需要不断地能够学习。你需要学习什么对你有利,什么对你不利。”Friedman说。

“一个人,或者本案例中的一只老鼠,可能会高度重视某项奖励,以至于可能的成本的风险被忽略,而另一个人则可能希望避免成本风险而排除所有的奖励。而这些可能会导致一些人的奖励驱动学习,而另一些人的成本驱动学习。”Hueske说。

研究人员发现,从前额叶皮层中转信号的抑制性神经元,可以帮助纹状体增强其信噪比,这有助于产生小鼠评估高成本或高回报选项时的强烈信号。

丧失动机

接下来,研究人员发现,在年长的小鼠中(13到21个月之间,大致相当于60岁以上的人),小鼠学习的成本效益分析的参与度下降了。同时,与年轻小鼠相比,它们的纹体活动也下降了。研究人员在亨廷顿氏病的小鼠模型中发现了类似的动机丧失,亨廷顿氏病是一种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提高纹状体的活性时,他们发现小鼠在执行任务时变得更加投入。相反,抑制纹状体会导致脱离任务。

除了正常的与年龄有关的衰退外,许多心理健康疾病也会影响评估行动的成本与回报的能力,比如焦虑、抑郁、创伤后应激障碍等。例如,一个抑郁症患者可能会低估潜在的回报经验,而患有毒瘾的人可能会高估毒品的价值,但低估了他们的工作或家庭等事情。

研究人员现在正在研究可能的药物治疗方法,以刺激这一电路,他们建议通过生物反馈训练患者增强这一电路的活动,可以提供另一种潜在的方法来改善他们的成本效益评估。

“如果你能确定一个机制,它是奖励和成本的主观评价的基础,并使用一种现代技术操纵它,无论是精神病学还是生物反馈,患者可能会正确地激活他们的脑回路。”弗里德曼说。

该研究由CHDI基金会、Saks Kavanaugh基金会、美国国立卫生研究院、Nancy Lurie Marks家族基金会、Bachmann-Strauss肌张力障碍和帕金森基金会、William N. and Bernice E. Bumpus基金会、Simons社会脑中心、Kristin R. Pressman和Jessica J. Pourian '13基金、Michael Stiefel和Robert Buxton资助。

【责任编辑:靳琼靓】

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