大脑如何对令人惊讶的事件做出反应

根据麻省理工学院的一项新研究，当你的大脑需要你关注一些重要的事情时，它可以做到的一种方法是发出一阵去甲肾上腺素。

这种神经调节剂由大脑深处称为发芽孢子的结构产生，可以在整个大脑中产生广泛的影响。在一项针对小鼠的研究中，麻省理工学院的研究小组发现，去甲肾上腺素(也称为去甲肾上腺素)的一个关键作用是帮助大脑从令人惊讶的结果中学习。

“这项工作表明，coeruleus位点编码意外事件，关注这些令人惊讶的事件对于大脑评估其环境至关重要，”麻省理工学院脑与认知科学系牛顿神经科学教授Mriganka Sur说，他是麻省理工学院Picower学习与记忆研究所的成员。 西蒙斯社会大脑中心主任。

除了在发出惊讶信号方面的作用外，研究人员还发现去甲肾上腺素有助于刺激导致奖励的行为，特别是在不确定是否会提供奖励的情况下。

苏尔是这项新研究的资深作者，该研究今天发表在《自然》杂志上。文森特·布列塔尼-普罗文彻(Vincent Breton-Provencher)是前麻省理工学院博士后，现在是拉瓦尔大学的助理教授，而麻省理工学院的研究生加布里埃尔·德拉蒙德是该论文的主要作者。

调制行为

去甲肾上腺素是影响大脑的几种神经调节剂之一，还有多巴胺、血清素和乙酰胆碱。与能够进行细胞间通讯的神经递质不同，神经调节剂被释放到大脑的大片区域，使它们能够发挥更普遍的效果。

“神经调节物质被认为可以灌注大脑的大面积区域，从而改变神经元以更点对点的方式接收的兴奋性或抑制性驱动，”Sur说。“这表明它们必须具有非常关键的全脑功能，这些功能对生存和大脑状态调节很重要。

虽然科学家们已经了解了很多关于多巴胺在动机和奖励追求中的作用，但对其他神经调节剂(包括去甲肾上腺素)知之甚少。它与唤醒和提高警觉性有关，但过多的去甲肾上腺素会导致焦虑。

以前对大脑去甲肾上腺素的主要来源coeruleus位点的研究表明，它接收来自大脑许多部位的输入，并且还发送其信号。在这项新研究中，麻省理工学院的团队开始研究其在特定类型的学习中的作用，称为强化学习，或通过反复试验学习。

在这项研究中，研究人员训练小鼠在听到高频音调时按下杠杆，但当它们听到低频音调时则不会。当小鼠对高频音调做出正确反应时，它们会接受水，但如果它们在听到低频音调时按下杠杆，它们就会收到令人不快的空气。

当声音更大时，老鼠也学会了用力推动杠杆。当交易量较低时，他们更不确定是否应该推动。而且，当研究人员抑制coeruleus位点的活动时，当老鼠听到低音量的音调时，它们变得更加犹豫是否要推动杠杆，这表明去甲肾上腺素促进了在回报不确定的情况下获得奖励的机会。

“动物在推动，因为它想要奖励，而coeruleus位点提供了关键信号，说，现在就推动，因为奖励会到来，”苏尔说。

研究人员还发现，产生这种去甲肾上腺素信号的神经元似乎将其大部分输出发送到运动皮层，这提供了更多证据表明该信号刺激动物采取行动。

信号惊喜

虽然去甲肾上腺素的最初爆发似乎刺激小鼠采取行动，但研究人员还发现，第二次爆发经常发生在试验结束后。当老鼠获得预期的奖励时，这些爆发很小。然而，当审判的结果出人意料时，爆发要大得多。例如，当一只老鼠得到一股空气而不是它所期望的奖励时，coeruleus会发出一大股去甲肾上腺素。

在随后的试验中，当不确定它是否会获得奖励时，这只老鼠不太可能推动杠杆。“动物在不断调整自己的行为，”苏尔说。“尽管它已经学会了这项任务，但它正在根据刚刚完成的工作调整自己的行为。

当小鼠获得意想不到的奖励时，它们在试验中也表现出去甲肾上腺素的爆发。这些爆发似乎将去甲肾上腺素扩散到大脑的许多部位，包括前额叶皮层，在那里发生计划和其他高级认知功能。

“coeruleus位点的惊奇编码功能似乎在大脑中更为普遍，这可能是有道理的，因为我们所做的一切都是由意外调节的，”苏尔说。

研究人员现在计划探索去甲肾上腺素与其他神经调节剂(尤其是多巴胺)之间可能的协同作用，多巴胺也会对意想不到的奖励做出反应。他们还希望更多地了解前额叶皮层如何存储来自coeruleus位点的输入的短期记忆，以帮助动物在未来的试验中提高其表现。