大脑如何判断何时放弃旧策略并尝试新方法？一项发表在《自然-通讯》（Nature Communications）上的新研究，由冲绳科学技术大学院大学（OIST）的神经科学家团队完成，揭示了动物在环境突变时适应行为的关键脑机制。这些发现有望加深我们对成瘾、强迫症（OCD）和帕金森病等难以打破习惯的疾病的理解。
OIST神经生物学研究组负责人、该研究的共同作者Jeffery Wickens教授解释说：“改变行为背后的大脑机制一直难以捉摸，因为适应特定情景在神经学上非常复杂，需要大脑多个区域的互联活动。”他补充道：“此前研究表明，释放神经递质乙酰胆碱的胆碱能中间神经元参与了行为灵活性的实现。而我们此次能够利用先进的成像技术实时观察神经递质的释放，深入探究行为灵活性背后的基本机制。”
大脑如何应对意想不到的失望
为了探究这一机制，研究人员训练小鼠在一个虚拟迷宫中导航。小鼠学会了哪条路线能获得奖励，并逐渐形成了一种可靠的策略。随后，科学家们改变了规则。当奖励路径被切换后，小鼠未能如预期般获得奖励，表现出意外的失望。研究人员利用双光子显微镜实时监测了小鼠大脑中的活动，观察它们对这一突发结果的反应。
该研究的第一作者Gideon Sarpong博士指出：“在神经层面，我们观察到大脑特定区域的乙酰胆碱释放显著增加。在行为层面，我们发现更多小鼠表现出所谓的‘失败-转换’行为，即在未获得奖励后改变了它们在迷宫中的选择。”他进一步解释：“乙酰胆碱释放增加的幅度越大，小鼠改变未来选择的可能性就越大。我们的研究结果证明了乙酰胆碱在打破旧习、促使新选择形成方面的重要性。”
乙酰胆碱助力打破旧习
为了验证乙酰胆碱是否确实是这种行为灵活性的关键，研究团队降低了小鼠产生这种神经递质的能力。结果非常明确：小鼠的“失败-转换”行为显著减少，在意外结果后调整决策的可能性降低。这些结果证实，当环境发生变化时，乙酰胆碱在帮助大脑适应方面发挥着至关重要的作用。
值得注意的是，并非所有胆碱能中间神经元群体的反应都相同。虽然大多数细胞释放了更多的乙酰胆碱，但一些小细胞簇的活动变化不大，甚至有所下降。研究人员认为，这可能有助于保留关于先前成功行为的信息。Sarpong博士表示：“这表明小鼠可能不一定会忘记之前获得奖励的路径，而是保留这些信息，以防情况再次发生变化。”
对成瘾、强迫症和帕金森病的启示
研究人员强调，行为灵活性涉及一个比单一神经递质或脑细胞类型更庞大的网络。多个脑区和化学信号系统协同作用，帮助动物和人类适应不断变化的环境。尽管如此，这项新发现仍是理解这一复杂机制的重要组成部分。
Wickens教授强调：“这是一个重要的拼图块，因为纹状体的活动——胆碱能中间神经元正位于此——是这个系统的核心组成部分。”
除了推动基础神经科学的发展，这项研究最终可能有助于改善神经和精神疾病的治疗。Wickens教授指出：“乙酰胆碱水平在帕金森病或精神分裂症等神经精神疾病的治疗中经常被改变，因此理解这种神经递质的功能对于治疗许多神经精神疾病至关重要。”他总结道：“特别是在成瘾和强迫症等疾病中，我们观察到患者难以打破习惯和改变行为。因此，理解行为灵活性的机制有朝一日可能帮助我们开发出更好的治疗方法。”