大腦中有一個動態(tài)評估外界信息重要性的關鍵腦區(qū):丘腦室旁核——

周末應該在家看書還是出去k歌？冬天快到了，是堅持健身還是涮個火鍋？每天，人們都面臨著數百種選擇。過去，人們認為這種選擇是理所當然的。

然而，美國斯坦福大學生物學教授陳小可和中國科學院深圳先進技術研究院腦研究所研究員祝英杰最近發(fā)現，丘腦(PVT)室旁核存在一個動態(tài)評估外界信息重要性的關鍵腦區(qū)3354。這個大腦區(qū)域可以評估不同環(huán)境和生理狀態(tài)下事件的重要性，從而幫助人們做出適當的選擇。

此前，國際科學界普遍認為，PVT調節(jié)焦慮、恐懼和抑郁等負面情緒。朱英杰等人的這一發(fā)現，通過實驗論證顛覆了PVT動態(tài)編碼事件重要性的概念，發(fā)表在10月26日的《科學》雜志上。

“這項重要的研究擴展了我們對丘腦功能的理解，發(fā)現了影響學習和記憶的重要神經機制。這項工作將在大腦認知和腦疾病研究領域引起廣泛關注，并吸引更多研究人員探索重要腦區(qū)PVT的功能?！泵绹谌茖W院院士、斯坦福大學終身教授羅伯特馬倫卡對記者《中國科學報》評論道。

負責大腦“選擇”的關鍵腦區(qū)

人們無時無刻不被海量信息轟炸。你為什么從中提取最重要的信息并做出相應的適當回應？

"這是大腦信息處理的一個基本問題."該論文的第一作者朱英杰說。此前，他曾在《自然》雜志上發(fā)表另一項研究成果，首次發(fā)現大腦中有一種新的神經通路，可以用來戒除毒癮。發(fā)表于《科學》的工作是針對同腦區(qū)的突破，全面研究PVT的基本生理功能。

利用光遺傳學技術結合電生理學和光纖記錄技術，他們首次發(fā)現了小鼠大腦中一組可以編碼外部信息(即生物學意義)的神經元的重要性。大腦中部PVT腦區(qū)的這些神經元活動可以反映外界刺激的重要性，并隨內部生理狀態(tài)和外界環(huán)境動態(tài)變化，從而控制學習能力。

“判斷信息的重要性是一種高級的大腦功能，可以幫助人們更好地適應不斷變化的環(huán)境，控制人們的注意力和學習能力。這一發(fā)現為今后研究如何提高大腦的認知和學習能力奠定了基礎，對普通人和腦病患者的認知和治療具有突破性意義?！敝煊⒔苷f。

研究人員通過小鼠嗅覺巴甫洛夫條件學習實驗，將不同的氣味刺激與獎勵(水)或懲罰(吹氣或電擊)相結合，發(fā)現無論獎勵和懲罰如何，PVT神經元都會被重要事件激活。

有趣的是，如果老鼠反復發(fā)出令人不快的中性氣味而沒有任何后果，PVT反應將逐漸消失。當氣味加上獎懲，PVT可以再次被激活。此外，PVT激活的程度也能反映獎懲的刺激強度。

“這是科學家首次在丘腦中發(fā)現能夠反映外界刺激重要性的神經元?！痹撜撐牡淖髡哧愋】烧f。

抑制PVT可能會延緩“七年之癢”

朱英杰等人進一步發(fā)現，外界刺激的重要性不僅取決于刺激本身的物理特性，還與動物的內部生理狀態(tài)和外部環(huán)境有關。

比如，饑餓時，老鼠“為天而食”；當它充滿酒和食物時，食物的誘惑力會大大降低?？赐獠凯h(huán)境，即使一片誘人的奶酪放在饑餓的老鼠面前，如果一只貓在食物周圍露出牙齒，老鼠也會抑制自己的食欲，先逃命。

他們通過光纖成像記錄和單細胞電生理記錄技術，從不同角度反復驗證

此外，他們還發(fā)現，在PVT腦區(qū)，對預期獎賞的失敗存在一種動態(tài)評估機制。如果一只老鼠每天都能在冰箱前找到一塊奶酪，但有一天奶酪突然消失了，老鼠的“失落感”也會激活PVT。

然而，動物也有逐漸遠離學習的能力，也就是說，如果它們習慣了沒有奶酪，它們就會逐漸停止這種行為。就像夫妻的“七年之癢”，如果你一直習慣了對方的存在，PVT的反應就會趨于平淡。一旦有了外界的刺激，就有可能重新激活初戀的“心跳”。然而，研究人員還發(fā)現，抑制PVT活動會減緩小鼠的學習過程。這是否意味著我們也可能減緩“七年之癢”？

它有望用于類腦人工智能。

這是祝英杰首次對活體動物進行多通道電生理記錄技術。老鼠的移動使電噪音太大，所以他不得不花一兩個月的時間向其他實驗室學習。

而且，由于他們從光纖記錄技術起步，無法達到單細胞分辨率，他們又花了半年時間，用更高分辨率的電生理記錄技術再次驗證了這一現象。但正是這些努力，使實驗設計更加精巧，工作更加系統(tǒng)。

“朱英杰等人報道了一系列非常漂亮的實驗。這些優(yōu)秀而令人興奮的實驗結果證明了PVT在編碼顯著性和控制聯(lián)想學習效果方面的重要作用。在這個優(yōu)秀的理論中

文中，實驗設計得非常優(yōu)雅，結果和展示都非常清楚。讓讀者在對這一神秘腦區(qū)功能的理解上邁出了重要的一步。”審稿人對文章作出一致高度評價。

近年來，腦科學研究正在從傳統(tǒng)的“讀腦”向“控腦”轉換。朱英杰等的工作正是對PVT腦區(qū)的“讀”與“控”。

通過調控PVT腦區(qū)的神經活動，他們發(fā)現該腦區(qū)神經元活性控制著小鼠的學習能力。當利用光遺傳學技術抑制PVT活動后，偶聯(lián)性學習的速率和效果都大大受損，表明PVT活動對學習能力的重要性。

“未來我們將進一步研究，可否通過增強PVT活動提高人們的注意力、增強學習能力，這將為轉化應用打開一扇窗口。”朱英杰表示。

此外，研究大腦如何動態(tài)評估外界信息重要性的內在機制，也將為未來發(fā)展類腦智能，增強腦機融合，推動人工智能技術的跨越發(fā)展帶來啟發(fā)。