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研究表明，大腦中有專用的神經(jīng)回路評(píng)估傳入大腦中的信息的不確定性，防止大腦使用不可靠的信息做出決策。

當(dāng)我們與世界互動(dòng)時(shí)，我們不斷收到不可靠或不完整的信息——從擁擠的房間里雜亂無(wú)章的聲音到動(dòng)機(jī)不明的熱心陌生人。幸運(yùn)的是，我們的大腦能夠很好地評(píng)估我們用來(lái)做出決定的證據(jù)的質(zhì)量，通常允許我們有意識(shí)地謹(jǐn)慎地采取行動(dòng)，而不會(huì)倉(cāng)促下結(jié)論。

現(xiàn)在，麻省理工學(xué)院McGovern大腦研究所的神經(jīng)科學(xué)家們已經(jīng)開(kāi)始專注于研究關(guān)鍵的大腦回路，這些回路有助于在不確定的條件下指導(dǎo)決策。通過(guò)研究老鼠如何解釋模糊的感覺(jué)線索，他們發(fā)現(xiàn)了阻止大腦使用不可靠信息的神經(jīng)元。

該研究結(jié)果近日發(fā)表在《自然》雜志上，可能有助于研究人員開(kāi)發(fā)精神分裂癥和相關(guān)疾病的治療方法。精神分裂癥和相關(guān)疾病的癥狀可能至少部分是由于受影響的個(gè)體無(wú)法有效地衡量不確定性。

“很多認(rèn)知實(shí)際上是關(guān)于處理不同類型的不確定性，”麻省理工學(xué)院(MIT)大腦和認(rèn)知科學(xué)副教授Michael Halassa說(shuō)，他解釋說(shuō)，我們都必須使用模棱兩可的信息來(lái)推斷世界上正在發(fā)生的事情，要解決這種模棱兩可的問(wèn)題，就要認(rèn)識(shí)到我們對(duì)自己的結(jié)論有多自信。當(dāng)這個(gè)過(guò)程失敗時(shí)，它會(huì)極大地扭曲我們對(duì)周圍世界的理解。

“在我看來(lái)，精神分裂癥譜系障礙實(shí)際上是對(duì)世界上發(fā)生的事件的原因以及其他人的想法進(jìn)行適當(dāng)推斷的障礙，” 執(zhí)業(yè)精神病學(xué)家Halassa說(shuō)，他說(shuō)，患有這些疾病的患者通常會(huì)根據(jù)大多數(shù)人認(rèn)為毫無(wú)意義或無(wú)關(guān)緊要的事件或信號(hào)而產(chǎn)生強(qiáng)烈的信念。他們可能認(rèn)為隱藏的信息被嵌入了一段亂七八糟的音頻中，或者擔(dān)心大笑的陌生人正在密謀對(duì)付他們。這樣的事情并非不可能——但當(dāng)患者沒(méi)有意識(shí)到他們發(fā)生的可能性非常小時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)覺(jué)。

Halassa和Arghya Mukherjee博士后想知道健康的大腦如何處理不確定性，其他實(shí)驗(yàn)室最近的研究為此提供了一些線索。功能性大腦成像表明，當(dāng)人們被要求研究一個(gè)場(chǎng)景，但他們不確定要注意什么時(shí)，大腦中被稱為背內(nèi)側(cè)丘腦的部分變得活躍。人們?cè)谶@項(xiàng)任務(wù)中得到的指導(dǎo)越少，背內(nèi)側(cè)丘腦的工作就越困難。

丘腦是位于大腦中央的一個(gè)小區(qū)域，負(fù)責(zé)將從身體各處獲取的信息傳遞到大腦的其他部分進(jìn)行處理。它的中背部區(qū)域向前額皮質(zhì)發(fā)送信號(hào)，在前額皮質(zhì)，感覺(jué)信息與我們的目標(biāo)、欲望和知識(shí)相結(jié)合，以指導(dǎo)行為。Halassa所在實(shí)驗(yàn)室之前的研究表明，背內(nèi)側(cè)丘腦有助于前額皮質(zhì)在決策過(guò)程中接收正確的信號(hào)，并在環(huán)境發(fā)生變化時(shí)根據(jù)需要調(diào)整信號(hào)。有趣的是，人們發(fā)現(xiàn)精神分裂癥患者的這一大腦區(qū)域不如其他人活躍。

與 Norman Lam博士后 和研究科學(xué)家 Ralf Wimmer 合作，Halassa 和 Mukherjee 設(shè)計(jì)了一組動(dòng)物實(shí)驗(yàn)來(lái)檢查中丘腦在處理不確定性方面的作用。實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)人員訓(xùn)練老鼠根據(jù)聲音提示對(duì)感官信號(hào)做出反應(yīng)，這些聲音提醒它們是專注于光還是聲音。當(dāng)動(dòng)物被給予相互矛盾的提示時(shí)，由它們自己找出哪一個(gè)最突出，并據(jù)此采取行動(dòng)。實(shí)驗(yàn)者通過(guò)控制線索的數(shù)量和比率來(lái)改變這項(xiàng)任務(wù)的不確定性。

任務(wù)輸入的不確定性會(huì)影響小鼠的背內(nèi)側(cè)丘腦 | Arghya Mukherjee et al.

通過(guò)控制和記錄動(dòng)物大腦中的活動(dòng)，研究人員發(fā)現(xiàn)，每次小鼠完成這項(xiàng)任務(wù)時(shí)，前額葉皮層都會(huì)參與其中，但只有當(dāng)動(dòng)物收到讓它們不確定如何行動(dòng)的信號(hào)時(shí)，背內(nèi)側(cè)丘腦才需要參與進(jìn)來(lái)。Halassa認(rèn)為，大腦內(nèi)部有一個(gè)簡(jiǎn)單的分工，有一個(gè)區(qū)域關(guān)心接收到的信息的內(nèi)容，即前額皮質(zhì)，而丘腦似乎關(guān)注的是輸入信息的確定性。

在背內(nèi)側(cè)丘腦中，Halassa 和 Mukherjee 發(fā)現(xiàn)了一個(gè)細(xì)胞亞群，當(dāng)動(dòng)物被給予出相互矛盾的聲音線索時(shí)，這些細(xì)胞特別活躍。這些直接連接到前額皮質(zhì)的神經(jīng)元是抑制性神經(jīng)元，能夠抑制下游信號(hào)。因此，當(dāng)它們發(fā)揮作用時(shí)，有效地阻止了大腦對(duì)不可靠信息的反應(yīng)。另一種類型的細(xì)胞則專注于信號(hào)稀疏時(shí)產(chǎn)生的不確定性。Mukherjee解釋說(shuō):“有一些專門的神經(jīng)回路來(lái)整合時(shí)間上的證據(jù)，以提取有意義的信息?！?/span>

用于放大和抑制前額皮質(zhì)活動(dòng)的兩個(gè)背內(nèi)側(cè)丘腦回路 | Arghya Mukherjee et al.

隨著Halassa和Mukherjee對(duì)這些回路進(jìn)行更深入的研究，當(dāng)務(wù)之急將是確定精神分裂癥患者的這些神經(jīng)回路是否被破壞，為此，他們正在探索這種疾病的動(dòng)物模型中的腦神經(jīng)回路。Mukherjee說(shuō)他們希望最終能夠利用目前正在開(kāi)發(fā)的無(wú)創(chuàng)、集中給藥的方法，有針對(duì)性性的治療患者的功能失調(diào)回路。“我們擁有這些回路的遺傳特性。我們知道它們表達(dá)特定類型的受體，因此我們可以找到針對(duì)這些受體的藥物，”他說(shuō)，“然后可以在背內(nèi)側(cè)丘腦中特異性地釋放這些藥物，以調(diào)節(jié)回路，這將作為一種潛在的治療策略。”

論文詳情：

Mukherjee, A., Lam, N.H., Wimmer, R.D. et al. Thalamic circuits for independent control of prefrontal signal and noise. Nature (2021). 

https://doi.org/10.1038/s41586-021-04056-3

https://news.mit.edu/2021/how-the-brain-deals-with-uncertainty-1014