大腦如何決定做出努力的？

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早上好，我是腦叔，一個(gè)愛聊腦的家伙。

神經(jīng)科學(xué)家已經(jīng)有清晰的證據(jù)來證明人類大腦中一個(gè)被稱為腹側(cè)紋狀體的區(qū)域在決策過程中會起作用，以衡量付出體力努力的成本與收益。

埃默里大學(xué)科學(xué)家在《自然-人類行為》上發(fā)表了一項(xiàng)研究，它首次詳細(xì)介紹了腹側(cè)紋狀體在基于努力的決策的三個(gè)階段的活動--預(yù)期開始努力、實(shí)際執(zhí)行努力和努力的獎勵或結(jié)果。

“了解潛在動機(jī)的神經(jīng)機(jī)制很重要，”該研究的第一作者、埃默里大學(xué)心理學(xué)研究生鈴木修介(Shosuke Suzuki)說。“我們的工作對治療與動機(jī)降低有關(guān)的疾病，如抑郁癥、精神分裂癥和創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙具有廣泛的意義。它還可能有助于加強(qiáng)從教育到體育和公共衛(wèi)生等各個(gè)方面的激勵計(jì)劃?！?/p>

大腦紋狀體的繪圖。大腦的紋狀體(紅色部分)是運(yùn)動和獎勵系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分。(Wikipedia Commons)

該研究的資深作者邁克爾·特雷德(Michael Treadway)教授韋補(bǔ)充說:“愿意付出努力對我們的生存至關(guān)重要，也是我們每天都在使用的東西。我們已經(jīng)確定了腹側(cè)紋狀體的兩個(gè)密切重疊但卻截然不同的區(qū)域，它們與基于努力的決策的不同階段有關(guān)。通過我們確定的子區(qū)域，我們提供了一種具體的神經(jīng)成像工具來測量與這些階段相關(guān)的信號的靈敏度，其他人可以將其應(yīng)用于自己的數(shù)據(jù)?！?/p>

例如，特雷德說，與對照組相比，新方法可以提供一個(gè)窗口，讓人們了解藥物是如何影響患有動機(jī)缺陷的患者的大腦的。

特雷德實(shí)驗(yàn)室專注于理解與情緒障礙、焦慮和決策相關(guān)的精神癥狀的分子和回路水平機(jī)制。

腹側(cè)紋狀體位于大腦半球深處，是一個(gè)與運(yùn)動和調(diào)節(jié)獎勵體驗(yàn)和動機(jī)有關(guān)的區(qū)域。

神經(jīng)影像學(xué)一直表明，腹側(cè)紋狀體在決策過程中被激活，以編碼相對于成本(如等待時(shí)間和概率)的獎勵的潛在價(jià)值。腹側(cè)紋狀體幫助你決定是為 "次日 "快遞支付更多費(fèi)用，還是選擇 "免費(fèi)的一周 "快遞來接收包裹。

然而，先前的神經(jīng)成像研究未能在腹側(cè)紋狀體中檢測到需要體力做出決定的強(qiáng)烈價(jià)值信號。如果你想要更多的咖啡，但壺里的咖啡是空的，是否值得起來再沖一些?

鈴木說:“這是一個(gè)謎，為什么這個(gè)大腦區(qū)域?qū)Κ剟畹膬r(jià)值與時(shí)間和概率進(jìn)行編碼，但對體力勞動卻沒有這樣做。這是神經(jīng)影像學(xué)文獻(xiàn)中的一個(gè)悖論?！?/p>

先前對嚙齒動物的研究表明，腹側(cè)紋狀體對于激勵動物為食物等獎勵而工作至關(guān)重要。動物研究也顯示了腹側(cè)紋狀體中存在兩種相反信號的證據(jù)。激活信號使動物準(zhǔn)備工作，而折扣信號幫助動物選擇需要最少努力的獎勵。這些信號幫助動物為它們需要的東西工作，同時(shí)也確保它們不會過度工作。

這些信號的存在從未在人類身上進(jìn)行過測試。埃默里大學(xué)的研究人員推測，當(dāng)完成一項(xiàng)任務(wù)的物理成本上升時(shí)，激活信號將促使腹側(cè)紋狀體活動的增加，而折扣信號將促使活動的減少。他們提出，在之前的研究中，努力的成本和努力本身的激活這兩種信號的同時(shí)激發(fā)，使得更難檢測到價(jià)值信號。

檢測與體力活動相關(guān)的大腦活動的另一個(gè)復(fù)雜因素是，神經(jīng)成像要求參與者在掃描大腦時(shí)一動不動地躺在功能性磁共振成像儀(fMRI)中。

為了解決這些問題，研究人員設(shè)計(jì)了fMRI實(shí)驗(yàn)，允許參與者保持仰臥姿勢，并將涉及努力的神經(jīng)信號和與努力成本相關(guān)的神經(jīng)信號分開。

在第一組實(shí)驗(yàn)中，研究人員創(chuàng)建了一個(gè)虛擬迷宮。研究人員掃描了參與者的大腦，向他們展示了迷宮導(dǎo)航任務(wù)，這些任務(wù)需要不同程度的努力。在一種情況下，參與者被動地看著自己在虛擬迷宮中移動。在另一種情況下，他們只需按下手持設(shè)備上的按鈕就可以穿過迷宮。第三個(gè)條件要求玩家付出更大的努力，反復(fù)快速地按下按鈕來穿過迷宮。當(dāng)他們成功完成每一個(gè)迷宮時(shí)，都會得到象征性的金錢獎勵。

在第二個(gè)實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)參與者在兩個(gè)選項(xiàng)之間做出一系列選擇時(shí)，他們的神經(jīng)活動被測量了，每個(gè)選項(xiàng)需要不同的獎勵和努力。努力和獎勵金額按順序呈現(xiàn)，試圖在預(yù)期各種努力要求時(shí)分離出努力激活信號。

結(jié)果表明，腹側(cè)紋狀體的兩個(gè)不同區(qū)域?qū)Σ煌A段的體力勞動和基于努力的決策做出反應(yīng)，并有一些重疊。前部區(qū)域的活動主要與獎勵和努力成本有關(guān)，而背側(cè)區(qū)域的活動主要與努力運(yùn)動的開始有關(guān)。這種與費(fèi)力運(yùn)動相關(guān)的活動與另一個(gè)區(qū)域的活動不同，這個(gè)區(qū)域被稱為putamen，與簡單運(yùn)動的開始有關(guān)。

研究人員現(xiàn)在希望在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步了解大腦如何編碼與動機(jī)相關(guān)的信號。

參考內(nèi)容：

https://news.emory.edu/features/2020/12/esc-brain-effort/index.html

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