决策的神经科学:我应该留下还是应该去?

这张大鼠探索交通信号灯的照片是运动抑制(红灯)，准备(黄灯)和执行(绿灯)之间平衡的艺术表现.

资料来源:弗莱堡大学/迈克尔·韦特

一个国际研究人员小组确定了前额叶皮层(PFC)中五个子区域在做出反应性和主动性决定以停止，开始或为特定动作做准备方面所起的特定作用. 2017年2月的发现发表在本周的《现代生物学》杂志上.

这项由史蒂芬妮·哈登(Stefanie Hardung)领导，并与德国弗赖堡大学的同事进行的有关额叶前额叶驱动行为分区的开创性研究.

PFC作为大脑皮层额叶内的一个著名的大脑区域，长期以来一直被认为是自由意志，人类意志以及执行功能(包括计划和执行自愿运动和执行)的神经生物学家的所在地.行为.

先前的研究表明，从前额叶皮层到其他大脑区域的突触投射使PFC能够通过运动控制和身体运动来驱动有意识的决定.但是，直到现在，PFC内的各个次区域在此决策过程中扮演的具体角色仍是一个谜.

斯特凡妮·哈登(Stefanie Hardung)等人的新研究. PFC中的子区域功能的研究是神经科学不断发展的趋势的一部分，该趋势是通过将较大的大脑区域分解为较小的“微区"来对其进行解构.查明较大大脑区域内特定分区的功能，为创建针对各种心理疾病的更精细和以激光为重点的治疗方法打开了大门.

前额叶皮层分区驱动决策过程“停留"或“前进"

在1982年的国歌《我应该留下还是我应该走》中，Clash提出了一个简单的问题，该问题需要基于神经元抑制或兴奋进行决策和随后的运动控制，类似于在用于Hardung的实验大鼠中观察到的那样.最近的神经科学实验.

在这首经典歌曲中，The Clash的主唱Joe Strummer阐述了决策过程，该决策过程是权衡成本效益分析的基础，该成本效益分析权衡了随后的电机控制行为的利弊.斯特雷默唱道:“如果我去那儿，将会遇到麻烦.如果我留下来，那将会成倍增加.所以，来吧，让我知道.这种犹豫不决正在困扰着我." (Joe Ely用西班牙语重申了每节经文的感慨:"Tengofríopor losojos.Medebo ir o quedarme.")

直到现在，前额叶皮层中影响“停留"或“走"决定的确切神经机制和子区域对于神经科学家而言仍然遥不可及.但是，这项新的德国研究使用了训练有素的转基因大鼠和光遗传学技术，可以在PFC中识别出调节主动和被动运动控制行为的特定区域.

尖端的光遗传学技术的使用使Hardung及其同事能够通过条件闪光的大鼠表现出前摄性或反应性行为来使PFC子区域中遗传改变的脑细胞失活.通过系统地打开和关闭PFC的子区域，神经科学家能够测试这五个子区域中的每一个对实验大鼠的决策过程的具体影响.

光遗传学是打开和关闭大脑区域的一种非侵入性方式

光遗传学使研究人员能够将功能正常的大脑(没有任何失活区域的大脑)与特定分区被失活的大脑的行为结果进行比较.这项突破性的技术使神经科学家能够将整体式大脑区域解构成微区，并在更大的框架内查明分区发挥的特定功能.

在这项研究的摘要中，研究人员解释了为什么查明额叶皮层中子区域的作用很重要的原因:

“通过在啮齿类动物的PFC切片中发挥明确的作用，这项研究有助于更深入地了解该大脑区域的功能异质性，从而可以指导在该动物神经疾病模型中与PFC相关的冲动控制障碍的医学相关研究. "

不出所料，停用PFC的特定子区域会极大地改变实验大鼠的行为和表现.研究人员发现，大脑是否对外部刺激做出反应在很大程度上取决于由激励信号和抑制信号驱动的PFC子区域之间的平衡.

更具体地说，研究人员发现，在整个前额叶皮层中，位于边缘下层皮层(IL)或眶额叶皮层(OFC)中的子区域的失活阻碍了实验大鼠对外部线索做出反应并阻止其活动的能力.有条件的行为.相反，在PFC内进行的这场拔河比赛中，前肢皮层(PL)的失活导致实验大鼠过早反应，开始进行有条件的行为.

值得注意的是，当PFC的所有子区域都被激活并完好无损时，前缘皮层中的神经元活性阻止了大多数实验室大鼠的过早反应和行为. Stefanie Hardung在一份总结研究的声明中说，

“我们可以将前额叶皮层的这些区域与交通信号灯进行比较.PFC的特定子区域负责抑制，而其他子区域负责运动准备和兴奋.反应性停止是指动物在其中停止的情况.对外部信号的反应.另一方面，主动停止会根据对象的内部目标而发展."

研究人员感到乐观的是，他们的研究结果最终可能会导致冲动控制障碍的新方法和治疗方法，例如注意力缺陷多动障碍(ADHD)或强迫症(OCD).

请继续关注未来的研究，这些研究将基于弗赖堡大学的这一开创性发现，并扩大我们对额叶皮层内各个子区域如何与其他大脑区域协同工作的理解.