Neuron：大脑如何调整适应环境的变化？最新研究揭示目标导向行为的调控作用机制
在纷繁复杂的日常生活中，当我们面对常规问题时，为了不占用大脑更多的认知资源，个体会使用习惯性行为系统（habitual）来提高效率；而当我们面对陌生情况时，个体需要切换到目标导向性行为系统（goal directed）并有意识地调整自己的行为以灵活适应环境的变化。
正常情况下，个体在做出行为反应时其目标导向学习系统与习惯性学习系统能够根据外界环境的变化密切配合，灵活切换。很多研究表明两种行为系统间的紊乱与强迫症（OCD），成瘾等心理精神疾病相关。
目标导向性行为是对行为与结果之间的联系（action-outcome，A-O）在脑内进行动态加工的一个学习系统，与大脑尾状核（caudate nucleus）及前额叶皮层（PFC）相关。然而前额叶皮层不同亚区（PFC sub-regions）和尾状核对行为-结果（A-O）的具体调控作用还不清楚。
近日Neuron杂志在线发表了题为Controlling one’s world: identification of sub-regions of primate PFC underlying goal-directed behavior的文章，对该问题进行了更深入的探讨。
来自英国剑桥大学心理学系的研究人员利用灵长类模式动物狨猴（marmoset monkeys）并结合药理学操控手段（loss-of-function；gain-of-function）在关联性削弱范式（contingency degradation paradigm）实验中细化了前额叶皮层不同亚区及尾状核对目标导向行为（A-O）的特异调控作用。
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为了使动物形成目标导向行为，实验人员将两种特定的视觉刺激信号与两种食物奖励（果汁）相偶联，使狨猴学会当屏幕右侧出现视觉刺激信号时，点击按钮即可获得草莓果汁奖励，而当屏幕左侧出现视觉刺激信号时，点击按钮则可获得葡萄果汁奖励。狨猴经过一定时间的训练之后，对两种刺激均可建立较为稳定的目标导向行为（特定位置的视觉刺激——对应的食物奖励（contingent reward））。
实验设计中所谓的关联性削弱范式是指当没有出现特定视觉刺激时，也使狨猴得到某种奖励（free reward），以削弱该种奖励与对应视觉刺激之间的关联性（contingency），逐渐使动物对于相应视觉刺激的行为响应减弱。
在具体的关联性削弱范式检测实验中，研究人员设定右侧视觉刺激——草莓果汁奖励组合为关联性削弱范式组（degraded control），左侧视觉刺激——葡萄果汁奖励组合为非关联性削弱范式组（non-degraded control），并在第一天和第二天分别对两种目标导向行为对照实验测量基线数值。
第三天对动物展开关联性削弱实验（degraded probe），在进行右侧视觉刺激——草莓果汁奖励时，给予动物一定的不依赖右侧视觉刺激出现的相同的草莓果汁奖励（non-contingent reward），削弱其A-O因果关系，实验发现狨猴对右侧视觉刺激的响应程度降低。
第四天进行一组非关联性削弱检测实验（non-degraded probe），在进行左侧视觉刺激——葡萄果汁奖励时，作为对照组给予动物一定的不依赖左侧视觉刺激出现的不同的草莓果汁奖励，实验发现草莓果汁的出现不会影响动物对左侧视觉刺激的响应。
此外研究人员也用动物在削弱范式实验组（第3天和第4天）与在对照组实验（第1天和第2天）中的行为表现的比值（contingency degradation index）来量化对目标导向行为的影响。
为了检测前额叶皮层不同亚区以及尾状核对目标导向行为的影响，作者使用药理学埋植导管的方式给药抑制（GABBA受体抑制剂muscimol和GABBB受体抑制剂baclofen）或激活（谷氨酸再摄取抑制剂DHK）狨猴5个前额叶皮层亚区：膝旁前扣带皮层（A24），内侧前额叶皮层（A24），前眶额皮层（A11），嘴侧腹内侧前额叶/内侧眶额叶（A14）和尾腹内侧前额叶（A14-25）。
实验结果表明，在使用药物抑制脑区活动时，只有抑制A24脑区会损害狨猴对于关联性弱化范式的表现，与之相反的是抑制A11脑区反而会增强狨猴对于关联性弱化范式的表现。此外，研究也发现过度激活A24或A11脑区都可以损害狨猴在实验中的表现。A32，A14以及A14-25脑区的活跃程度与目标导向性行为无关。
在明确A24脑区对于调控目标导向性行为的重要作用之后，研究人员猜测A24下游的尾状核也可能对目标导向性行为具有调控作用，故使用相似的药理学方法，在狨猴前内侧尾状核（anteromedial caudate）处埋植导管。
实验结果与A24脑区相吻合，抑制（CNQX给药）前内侧尾状核也使得狨猴对于关联性降低变化变得不敏感。作者据此推论，A24投射向尾状核的神经通络对于调控目标导向性行为（A-O）具有重要作用。
本文主要的科研结论是膝旁前扣带皮层（A24）以及其下游脑区内侧尾状核对于调控目标导向行为具有重要作用，抑制其活动可以使动物降低对关联性削弱的敏感程度。与A24脑区相对的是抑制前眶额皮层（A11）可以增强动物对关联性削弱的敏感程度而激活该脑区则起到相反作用。
该研究结果通过药理学的方法，从功能上在灵长类动物大脑中进一步精细定位了前额叶皮层（PFC）以及尾状核（caudate）中负责调控目标导向性行为的核团位置，对于我们今后更深入的解析强迫症，精神分裂症等精神疾病的致病神经机制做出了贡献。
本文第一作者及通讯作者为Lisa Duan，项目负责人为Trevor Robbins教授和Angela Roberts教授。
Duan et al., Controlling one’s world: identification of sub-regions of primate PFC underlying goal-directed behavior, Neuron (2021).
https://doi.org/10.1016/j.neuron.2021.06.003
编译作者：Dhvani（brainnews创作团队）
校审：Simon（brainnews编辑部）