“爸，别打我！”《自然》子刊揭示逃避惩罚和期待奖励的“天性”是怎么来的

▎药明康德内容团队编辑
让我们试图回忆：从什么时候起，我们会渴望得到父母的奖励，而害怕受到惩罚？或者说，我们对于奖惩的态度，是在后天的一次次实践中形成的，还是“刻在DNA里”的？如果你回想不起来了，一项发表于《自然·神经科学》的研究足以提供线索：研究团队找到了分别处理奖励与惩罚的神经环路，还发现一些神经元“天生”就负责奖励或惩罚信号的传递。

完成这项研究是美国冷泉港实验室的李波教授团队。一年前，李波教授团队就在一项小鼠研究中发现，作为与情绪的产生、调节密切相关的结构，位于大脑边缘系统的杏仁核不仅和以往的研究证实的那样，是处理恐惧的中心，还是处理奖赏的重要场所。而在最新研究中，他们希望更进一步，找到是哪些特定的神经环路参与了这些过程。

▲李波教授领导了这项研究（图片来源：李波教授个人主页）
为此，研究团队首先对小鼠进行了训练。如同巴甫洛夫的条件反射实验，这项研究通过训练将不同类型的特定声音与奖励或是惩罚联系起来——奖励是给小鼠一口水喝，而惩罚则是向小鼠的胡须送去一股空气。
有了训练有素的小鼠，要实时观察神经元的活动，研究团队还需要开发出能标记小鼠杏仁核中不同神经元的方法。为此，李波教授与同在冷泉港实验室工作的黄佐石教授合作，借助光遗传学找到了解决方案。他们使用的是Fezf2基因，这个在杏仁核中选择性表达的基因对于这里的锥体神经元发育至关重要。
研究团队对表达Fezf2基因的神经元进行实时成像后发现，在整个杏仁核区域，分布着两类功能不同的神经元：一类在小鼠听到与奖励相关的声音时被激活，处理奖赏刺激；另一类则与其相反，负责处理惩罚刺激。而且即使小鼠没有接受训练，无论是一阵空气还是一口水，都会激活同样的神经元。由此可以说明，杏仁核区域的一些神经元似乎先天就承担了不同的角色。

▲被绿色标记的神经元及神经元连接处理积极的刺激，使得小鼠渴望奖励；红色的则使小鼠试图躲避惩罚（图片来源：参考资料[2]；Credit：Xian Zhang/Li lab/CSHL, 2021）
李波教授表示：“在空间上，这两类神经元交错分布。我们知道，其中一些神经元只会响应积极的事情，另一些刚好相反。这就像是混杂在一起的胡椒和盐，起到了不同的作用。”

▲分别面对奖励与惩罚时，不同类型的神经元激活情况也不同（图片来源：参考资料【1】）
此外，研究团队还分析了分别参与奖励与惩罚过程的神经环路。他们注意到，两类神经元的信号分别传向了两条由杏仁核通往腹侧纹状体不同区域的神经通路：其中一条通往伏隔核的通路，让小鼠试图躲避惩罚；另一条通往嗅结节，让小鼠渴望得到奖赏。这也是首次有研究发现，杏仁核通往嗅结节的神经通路与奖惩过程相关。
这项研究不仅为我们了解相关神经通路提供了全新的认识，还有望帮助那些面临特定精神障碍的患者。这项研究的第一作者，李波实验室的张县博士就表示，如果相关神经环路出现了障碍，“你可能会面临动力不足的问题，比如对追求奖励或躲避惩罚失去了兴趣“，进而可能出现抑郁症或其他精神障碍。而基于这项全新的发现，科学家将有望揭示这一现象背后的神经机制。
参考资料：
[1] Zhang, X., Guan, W., Yang, T. et al. Genetically identified amygdala–striatal circuits for valence-specific behaviors. Nat Neurosci (2021). https://doi.org/10.1038/s41593-021-00927-0
[2] Mammalian motivation circuits: Maybe they’re born with it. Retrieved Oct 18, 2021 from https://www.eurekalert.org/news-releases/931496
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