
俄勒冈大学的神经科学家团队在《Current Biology》上发表了一项重磅研究,首次识别出大脑中一组特异性神经细胞,它们如同一个精密的“失望计量器”,专门负责检测现实与预期不符的情况。
这项研究精确地定位了小鼠大脑外侧缰核(lateral habenula)深处的一种独特神经元。当动物预期获得奖励却实际获得较少或完全没有时,这些神经元会选择性地激活。研究证明,这些神经元的放电强度与预期不足的程度呈精确的正相关。这一发现为大脑如何记录预测误差、调整行为、改变策略并指导健康学习提供了具体的生物学蓝图。
外侧缰核是一个小而进化古老的大脑深部结构,因其在意外负面事件中高度激活而被俗称为大脑的“反奖励中心”。然而,该区域包含多种神经元,其具体细胞类型的角色此前尚未被完全分离。
资深作者、俄勒冈大学艺术与科学学院生物学助理教授Emily Sylwestrak在一次研究邻近脑区的实验中,偶然捕捉到这些难以捉摸的细胞发出的“杂散信号”。她注意到,每当小鼠预期获得奖励却空手而归时,这些信号就会出现。这一偶然的观察促成了当前的研究。
在随后的实验中,Sylwestrak教授及其团队记录了小鼠的神经活动。这些小鼠被训练通过将鼻子伸入端口来获取糖水奖励。在小鼠学会预期奖励后,研究人员有时会减少奖励量或完全不给予。结果显示,在这些“失望”的时刻,特定的神经元会突然爆发性激活,且其激活强度与失望程度直接相关。Sylwestrak教授形象地比喻:“这就像能够记录你神经元的活动,并判断当你预期得到五颗彩虹糖时,实际是得到了一颗、两颗还是三颗。”她强调,这些细胞的活动是预期与结果之间差异的可靠“报告者”,实质上充当了“失望计量器”。
为了验证这些神经元的特异性,研究人员还比较了小鼠在其他意外负面情境下的脑活动,例如突然受到气流吹拂。在这些普遍的负面事件中,这些特异性神经元相对安静,这表明它们并非广义的“坏消息”探测器,而是专门对预期不足的负面体验进行编码。
首席作者、Sylwestrak实验室的博士生Kana Suzuki指出,大脑依赖这种电路特异性来区分不同类型的负面体验,并利用成功和失败的历史来塑造后续选择并驱动坚持。她解释说:“我们不一定希望将所有负面结果都视为相同,因为可以想象,不同的负面体验需要不同的行为反应。”大脑是一个循环的预测机器,知道何时出错对于调整行为以增加成功的机会至关重要。
识别出这种高度特异性的细胞类型,为研究提供了一个精确的分子“旋钮”,为开发新型靶向精神药物治疗抑郁症和成瘾等神经精神疾病打开了大门,有望避免传统药物广泛的副作用。Sylwestrak教授表示,如果能确定某种特定细胞类型在抑郁症中受损,科学家就可以设计专门针对它的药物,从而避免影响其他细胞。
俄勒冈大学团队计划从被动记录神经活动转向主动操纵这些“对话”。在未来的奖励寻求实验中,他们将抑制或改变这些神经元,以精确描绘其功能障碍如何导致复杂的神经精神疾病,如成瘾和抑郁症。
Sylwestrak教授强调,现有的药物往往影响大脑中的许多神经元,导致一系列副作用。识别出相关细胞类型为科学家提供了一个更具体的“旋钮”进行研究,并可能在未来用于治疗干预。她认为,理解不同细胞类型在健康大脑功能和疾病中的作用具有巨大前景。