刺激的提醒(salience)是“可被注意的”或“重要的”一种状态。提醒性检测,即评判事物的重要性,是一个关键的大脑机制,有机体通过该机制可以将有限的注意力资源集中在最重要的事件上,从而促进学习和生存。大脑提醒性检测回路并未被很好的理解过。
如今,中国科学院深圳先进技术研究所(Shenzhen Institutes of Advanced Technology,SIAT)朱英杰(ZHU Yingjie)教授课题组与斯坦福大学陈晓科(CHEN Xiaoke)教授科学组合作,共同阐明了提醒性加工的大脑机制。
使用光纤记录法(fiber photometry)和单单元记录法(single-unit recording),研究人员发现丘脑室旁核(pVT)内神经元被各种提醒刺激(包括新刺激、增强剂刺激和预测线索刺激等)强烈激活,其反应与刺激强度成正比,更大的奖赏(惩罚)可以唤起更大的pVT反应。
提醒刺激不仅取决于刺激的物理性质和行为相关性,还取决于动物的内部稳态。例如,当动物口渴时,水就是非常重要的提醒刺激,当动物处于饱足状态时,水的提示性就会下降。研究人员发现,当动物摄取大量水后,pVT神经元对谁的反应和其预测线索就会随之减少。
科研人员搭建的实验装置 (图片来源:论文作者)
刺激的提醒性也取决于外部环境。例如,当捕食者存在时,水的重要性就会降低。通过调节行为情景,研究人员发现,pVT可以动态地根据内稳态和外环境改变追踪刺激的提醒性。
pVT的提醒作用是联想学习的重要方面。学习期间,光遗传抑制pVT,会显著破坏学习欲望,导致厌恶学习。
pVT也可通过内部情绪激活,比如消除奖励后的失望,是否能得到奖励对学习欲望是很重要的,光遗传抑制pVT能减缓这种学习欲望衰减。
斯坦福大学神经科学研究所主任Robert C. Malenka教授称赞这项研究是“对大脑如何处理和编码动机重要性或行为上有益刺激‘提醒’方面的一项非常复杂和精细的研究。”他相信,研究人类适应性和病理行为的科学家们将密切关注这项研究,即将开始探索这个关键的脑区(pVT)的相关作用。
朱英杰简介:
中国科学院深圳先进技术研究院研究员,博士生导师。
2002-2006,中山大学,生物化学专业, 学士
2006-2013,中国科学院神经科学研究所,博士
2013-2017, 美国斯坦福大学, 博士后
2017 至今, 中科院深圳先进技术研究院,脑所,研究员
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原文检索:Dynamic salience processing in paraventricular thalamus gates associative learning
(生物通:伍松)