Neuron: 五一假期人山人海，如何在复杂的环境中做出选择？这个脑区发挥关键的作用
在复杂的环境中对自我的行为策略进行调整是认知的核心，这个过程需要监控正在使用的策略并且能够适时评估其他的替代策略。
来自美国弗吉尼亚州阿斯伯恩的霍华德·休斯医学研究所的Alla Y. Karpova团队，近期发现前扣带回皮层（anterior cingulate cortex，ACC）是决定是否继续正在使用的策略还是暂时性的去评估替代策略的关键脑区，而是否转换策略还是继续寻找特定的替代策略受到不同的ACC微环路调控。
在充满不确定性而且动态变化的环境中做出正确的选择是智力的核心挑战，这需要判断是继续正在使用的策略，还是寻找其他的替代策略，了解对这两个过程的进行平衡的脑环路是研究适应性行为神经控制的核心。
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ACC被认为是复杂环境中调控行为适应性的关键脑区，在进行策略转换期间尤其重要。人类，非人类的灵长类动物和啮齿类动物的发现提示，ACC参与替代策略的寻找并且能够发出策略转换相关的信号。然而，对于ACC是否真的参与到策略转换相关的计算还是仅仅监控环境和行为的表现仍不清楚。
作者设计了一个行为范式对觅食决策过程中的关键点和ACC在这个过程中的作用进行了探究。在这个行为范式中，在觅食过程中不断重复两个匹配不同奖赏可能性的声音线索，让大鼠根据线索进行杠杆按压试图获得糖水作为奖励。在奖赏概率相对稳定的情况下，动物几乎会一直选择同一种所偏爱的策略，而拒绝其他的替代策略。但是对于所偏爱的策略的使用通常会受到零星的对非偏爱策略的接受而打断，而这种对非偏爱的选项的接受被认为反映了策略的瞬时转换。
作者首先检测了这种瞬时的行为策略转换与哪些因素相关，通过使用接收机工作特性（receiver operating characteristic，ROC）分析，发现动物对非偏爱策略的接受主要受到三个特征的影响，即（1）最近几次（2–3 trials)所偏爱的选项没有奖赏；（2）最近（10–15 trials)对非偏爱选项的接受度（3）执行非偏爱选项花费的时间。
这些结果提示，大鼠并不是简单的根据局部的奖赏波动进行策略选择，而且能够整合任务和瞬时的环境信息来进行策略选择。（图一）
图一 行为模型以及影响动物行为选择的因素
接下来，作者研究了ACC在策略转换中的作用。通过在ACC中特异性表达光依赖的沉默蛋白FLInChR，来分别在---（1）声音出现期间，代表策略决定阶段；（2）在偏爱选项结束得到一个反馈后，代表策略再评估阶段---这两个阶段使用光刺激对ACC进行调控。
结果显示，在声音出现期间，也就是策略决定阶段，给予光刺激会导致对非偏爱选项接受度的明显降低；相反，光的使用对偏爱选项的接受度的影响非常小。
因此提示：干扰ACC主要会减少对非偏爱选项的接受度。（图二）
图二 在策略决定阶段对ACC进行干扰会减少接下来对非偏爱的选项的接受度
进一步的结果显示，在偏爱选项结束得到一个反馈后，即策略再评估阶段给予光刺激，与在策略决定阶段所观察到的效应相反，会显著增强对接下来试验中对非偏爱的选项的接受度。(图三)
图三 在策略再评估阶段对ACC进行干扰会增加接下来对的非偏爱的选项的接受度
在两个阶段干预ACC会对行为带来不同的影响，促使提出问题：是否这两个不同阶段的对策略的调控受到不同的ACC微环路的调控？
作者主要关注了两条ACC通路，一条是端脑内侧束（intratelencephalic, IT）神经元投射到纹状体的（CS）通路；一条是锥体束(pyramidal tract, PT)神经元投射到黑质的（CN）通路。
通过在纹状体中注射表达FLInChR的逆行腺相关病毒载体，在IT（CS）通路特异性表达光敏感蛋白FLInChR。通过在策略决定阶段和策略再评估阶段使用光刺激，发现在策略再评估阶段使用光刺激对IT（CS）通路进行干扰，会减少对正在使用策略的坚持；而对随后的非偏爱选型的接受度明显升高。然而，在策略决定期间使用光刺激并不会影响对非偏爱选项的接受度。提示在策略再评估期间对非偏爱选项接受度特异性的受到ACC中IT微环路的调节。
接下来，通过双侧ACC注射表达FLInChR蛋白的Cre依赖的病毒(AAV-FLEX-FLInChR-mVenus)，在SNr轴突区域注射表达Cre重组酶的逆行失踪病毒(AAV2-retro Cre)，来特异性的在PT（CN）通路中表达光敏感蛋白FLInChR。
通过在策略决定阶段和策略再评估阶段使用光刺激，发现在策略决定阶段干扰PT（CN）通路会影响对非偏爱选项的接受度。提示在策略决定阶段对非偏爱选项的接受度受到ACC中PT微环路的调节。
合在一起，结果表明在不确定的环境下，ACC能够通过其亚环路的复杂的相反的相互作用直接参与对正在使用的策略的调控。（图四）
图四 对默认策略的转换和对特定替代策略的接受的受到不同的ACC亚环路的调节
本文揭示了ACC是调节策略转换的关键脑区，而是否转换策略还是继续寻找替代策略受到不同的ACC亚环路的调节。
Tervo DGR, Kuleshova E, Manakov M, Proskurin M, Karlsson M, Lustig A, Behnam R, Karpova AY. The anterior cingulate cortex directs exploration of alternative strategies. Neuron. 2021 Apr 7:S0896-6273(21)00198-7. doi: 10.1016/j.neuron.2021.03.028. Epub ahead of print. PMID: 33852896.
编译作者：晨述（brainnews创作团队）