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科學研究：科學家可以操控猴子的大腦“做決定”了
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科學研究：科學家可以操控猴子的大腦“做決定”了
圖片來源：Pexels
當你麵臨甜點是吃冰激淋還是巧克力蛋糕的艱難抉擇時，位於眼睛正上方的一係列腦細胞會放電。過去的動物研究已經表明，每一個選擇都對應激活了大腦中不同的神經元。選擇越誘人，相應的神經元放電越迅速。
來自美國的聖路易斯華盛頓大學醫學院（Washington University School of Medicine in St. Louis）的研究人員在恒河猴身上展開了實驗研究，結果表明，這些神經元的活動編碼了每一個選項的價值，並決定了最終選擇。在實驗中，研究人員讓動物們選擇不同口味的果汁。通過改變神經元的活動，研究人員改變了每個選項對恒河猴們的吸引力，從而引導動物做出不同選擇。近日該研究發表於《自然》（Nature）。
詳細理解人們如何在大腦中衡量每個選項的價值並作出最終決策，有助於我們理解一些特殊人群，如患有成癮、飲食障礙、抑鬱或者精神分裂人群的決策過程是如何出錯的。“在許多精神障礙（mental disorder）和神經精神障礙（neuropsychiatric disorder）中，患者的決策能力往往很弱，我們還不明白確切原因。”該研究的通訊作者，神經學、經濟學以及生物醫學工程專業教授 Camillo Padoa-Schioppa 博士說，“我們找到了這一拚圖中關鍵的一片。倘若能闡明決策背後的神經機製，我們就能更深入地理解這些障礙。”
18 世紀的經濟學家丹尼爾·貝努利（Daniel Bernoulli），亞當·斯密（Adam Smith）和傑裏米·邊沁（Jeremy Bentham）提出，人們在幾個選項之間做選擇時，會計算每一個選項的主觀價值，考慮諸如數量、質量、成本以及真正獲得心儀選項的可能性等因素。一旦計算完畢，人們就會比較每個選項的價值，來做出決策。人們用了將近三個世紀的時間，才發現大腦中進行上述計算和比較的第一例實證。2006 年，Padoa-Schioppa 和來自美國哈佛醫學院的神經生物學教授 John Assad 博士在《自然》（Nature）上發表了一篇突破性論文，這篇論文描述了該團隊發現的神經元能夠編碼待選及最終選擇選項的主觀價值。這些神經元來自於眶額葉皮層（orbitofrontal cortex），該腦區位於眼睛正上方，參與目標導向行為（goal-directed behavior）的調控。
可惜的是，該研究無法證明大腦中編碼的價值能否直接導致最終決策。
“我們的確發現了神經元可以編碼主觀價值，但是，（主觀）價值信號能夠引導各種行為，”Padoa-Schioppa 說，“除了決策行為之外，它們還能引導學習、情緒、感知注意甚至運動控製。我們需要明確證明，來自眶額葉皮層的價值信號能引導決策。”
圖片來源：Pixabay
為了檢驗神經元的價值編碼和選擇行為之間的聯係，研究人員展開了兩項實驗。研究由第一作者 Sebastien Ballesta 博士開展，其他參與者還包括一名博士後研究員、研究生 Weikang Shi、Kathering Conen 博士，以及另外一名設計其中一個實驗的研究生。Ballesta 如今是法國斯特拉斯堡大學（University of Strasbourg）的助理教授，Conen 如今任職於美國布朗大學（Brown University）。
在一項實驗中，研究人員重複給予恒河猴們兩種飲料，記錄下它們的選擇行為。提供的飲料包括分量各異的檸檬汽水、葡萄汁、櫻桃汁、桃子汁、混合型果汁、蘋果汁、紅梅汁、薄荷茶、獼猴桃汁、西瓜汁和鹽水。恒河猴們通常更偏愛某一口味的果汁，但它們同樣也更偏愛更多的果汁量，所以要做決策，並不總是那麽容易。恒河猴通過看向某一果汁來表達它的決策，研究者會給恒河猴提供它用目光選擇的果汁。
隨後，研究人員在每隻恒河猴的眶額葉皮層中放置了微電極，能夠刺激表達每一種選項價值的對應神經元。研究人員在給恒河猴被呈現兩種飲料時，同時通過電極輸送較低頻的電流，刺激恒河猴腦中負責兩個選項的神經元加速放電。從恒河猴的角度來看，這意味著兩個選項都變得更具吸引力，而不同選項對應的神經元簇與電極之間的位置關係決定了恒河猴認為哪個選項吸引力增加得更多。結果顯示，低水平電刺激能以可預測的方式，讓動物們更願意選擇某一特定選項。
在另一項實驗中，研究人員讓恒河猴們先看到一個選項，再看到另一選項，隨後再讓它們做出選擇。當恒河猴們在考慮一個選項的時候，研究人員會輸送更高強度的電流，幹擾恒河猴大腦中發生的價值計算，而恒河猴更傾向於選擇沒有被幹擾到的選項。該結果表明，眶額葉皮層中計算的主觀價值能夠引導決策行為。
圖片來源：Pexels
“在作出決策行為時，恒河猴大腦和人類大腦看起來非常相似。”Padoa-Schioppa 說，“我們認為同樣的神經回路也調控人類的各種決策行為，比如點菜、金融投資或者選擇不同的選舉候選人。甚至，對於一些重要的人生決策，比如在挑選一項事業或者一個結婚對象時，大腦中也可能用到這條回路。人們每次做出的選擇都基於主觀偏好，而這條神經回路（眶額葉皮層）則對此負責。”
翻譯：阿金
編輯：李姍珊
引進來源：加利福尼亞大學聖迭戈分校
引進鏈接：https://www.eurekalert.org/pub_releases/2020-11/wuso-nii102720.php
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圖片來源：Pexels
當你麵臨甜點是吃冰激淋還是巧克力蛋糕的艱難抉擇時，位於眼睛正上方的一係列腦細胞會放電。過去的動物研究已經表明，每一個選擇都對應激活了大腦中不同的神經元。選擇越誘人，相應的神經元放電越迅速。
來自美國的聖路易斯華盛頓大學醫學院（Washington University School of Medicine in St. Louis）的研究人員在恒河猴身上展開了實驗研究，結果表明，這些神經元的活動編碼了每一個選項的價值，並決定了最終選擇。在實驗中，研究人員讓動物們選擇不同口味的果汁。通過改變神經元的活動，研究人員改變了每個選項對恒河猴們的吸引力，從而引導動物做出不同選擇。近日該研究發表於《自然》（Nature）。
詳細理解人們如何在大腦中衡量每個選項的價值並作出最終決策，有助於我們理解一些特殊人群，如患有成癮、飲食障礙、抑鬱或者精神分裂人群的決策過程是如何出錯的。“在許多精神障礙（mental disorder）和神經精神障礙（neuropsychiatric disorder）中，患者的決策能力往往很弱，我們還不明白確切原因。”該研究的通訊作者，神經學、經濟學以及生物醫學工程專業教授 Camillo Padoa-Schioppa 博士說，“我們找到了這一拚圖中關鍵的一片。倘若能闡明決策背後的神經機製，我們就能更深入地理解這些障礙。”
18 世紀的經濟學家丹尼爾·貝努利（Daniel Bernoulli），亞當·斯密（Adam Smith）和傑裏米·邊沁（Jeremy Bentham）提出，人們在幾個選項之間做選擇時，會計算每一個選項的主觀價值，考慮諸如數量、質量、成本以及真正獲得心儀選項的可能性等因素。一旦計算完畢，人們就會比較每個選項的價值，來做出決策。人們用了將近三個世紀的時間，才發現大腦中進行上述計算和比較的第一例實證。2006 年，Padoa-Schioppa 和來自美國哈佛醫學院的神經生物學教授 John Assad 博士在《自然》（Nature）上發表了一篇突破性論文，這篇論文描述了該團隊發現的神經元能夠編碼待選及最終選擇選項的主觀價值。這些神經元來自於眶額葉皮層（orbitofrontal cortex），該腦區位於眼睛正上方，參與目標導向行為（goal-directed behavior）的調控。
可惜的是，該研究無法證明大腦中編碼的價值能否直接導致最終決策。
“我們的確發現了神經元可以編碼主觀價值，但是，（主觀）價值信號能夠引導各種行為，”Padoa-Schioppa 說，“除了決策行為之外，它們還能引導學習、情緒、感知注意甚至運動控製。我們需要明確證明，來自眶額葉皮層的價值信號能引導決策。”
圖片來源：Pixabay
為了檢驗神經元的價值編碼和選擇行為之間的聯係，研究人員展開了兩項實驗。研究由第一作者 Sebastien Ballesta 博士開展，其他參與者還包括一名博士後研究員、研究生 Weikang Shi、Kathering Conen 博士，以及另外一名設計其中一個實驗的研究生。Ballesta 如今是法國斯特拉斯堡大學（University of Strasbourg）的助理教授，Conen 如今任職於美國布朗大學（Brown University）。
在一項實驗中，研究人員重複給予恒河猴們兩種飲料，記錄下它們的選擇行為。提供的飲料包括分量各異的檸檬汽水、葡萄汁、櫻桃汁、桃子汁、混合型果汁、蘋果汁、紅梅汁、薄荷茶、獼猴桃汁、西瓜汁和鹽水。恒河猴們通常更偏愛某一口味的果汁，但它們同樣也更偏愛更多的果汁量，所以要做決策，並不總是那麽容易。恒河猴通過看向某一果汁來表達它的決策，研究者會給恒河猴提供它用目光選擇的果汁。
隨後，研究人員在每隻恒河猴的眶額葉皮層中放置了微電極，能夠刺激表達每一種選項價值的對應神經元。研究人員在給恒河猴被呈現兩種飲料時，同時通過電極輸送較低頻的電流，刺激恒河猴腦中負責兩個選項的神經元加速放電。從恒河猴的角度來看，這意味著兩個選項都變得更具吸引力，而不同選項對應的神經元簇與電極之間的位置關係決定了恒河猴認為哪個選項吸引力增加得更多。結果顯示，低水平電刺激能以可預測的方式，讓動物們更願意選擇某一特定選項。
在另一項實驗中，研究人員讓恒河猴們先看到一個選項，再看到另一選項，隨後再讓它們做出選擇。當恒河猴們在考慮一個選項的時候，研究人員會輸送更高強度的電流，幹擾恒河猴大腦中發生的價值計算，而恒河猴更傾向於選擇沒有被幹擾到的選項。該結果表明，眶額葉皮層中計算的主觀價值能夠引導決策行為。
圖片來源：Pexels
“在作出決策行為時，恒河猴大腦和人類大腦看起來非常相似。”Padoa-Schioppa 說，“我們認為同樣的神經回路也調控人類的各種決策行為，比如點菜、金融投資或者選擇不同的選舉候選人。甚至，對於一些重要的人生決策，比如在挑選一項事業或者一個結婚對象時，大腦中也可能用到這條回路。人們每次做出的選擇都基於主觀偏好，而這條神經回路（眶額葉皮層）則對此負責。”
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