發(fā)布時(shí)間：2020-11-28
2020年11月17日，《美國(guó)科學(xué)院院報(bào)》在線(xiàn)發(fā)表了題為《前額葉皮層在價(jià)值抉擇計(jì)算中的證據(jù)累積》的研究論文。該研究由中國(guó)科學(xué)院腦科學(xué)與智能技術(shù)卓越創(chuàng)新中心（神經(jīng)科學(xué)研究所）、中科院靈長(zhǎng)類(lèi)神經(jīng)生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室楊天明研究組完成。該研究訓(xùn)練獼猴完成一項(xiàng)基于不確定信息證據(jù)積累的價(jià)值抉擇任務(wù)，并在獼猴進(jìn)行抉擇的過(guò)程中對(duì)前額葉中兩個(gè)重要的子區(qū)進(jìn)行了單細(xì)胞電生理記錄。研究發(fā)現(xiàn)在價(jià)值抉擇的過(guò)程中，眶額葉皮層僅編碼單個(gè)證據(jù)在視覺(jué)特征層面所攜帶的價(jià)值信息，而背外側(cè)前額葉區(qū)域不僅編碼了證據(jù)在運(yùn)動(dòng)層面的累積，還編碼了單個(gè)證據(jù)從視覺(jué)特征到運(yùn)動(dòng)相關(guān)的信息轉(zhuǎn)換。該研究有助理解前額葉皮層不同子區(qū)在基于價(jià)值的抉擇任務(wù)中的所發(fā)揮的作用。
判斷不同選項(xiàng)所對(duì)應(yīng)的價(jià)值是抉擇中非常關(guān)鍵的一步。近年來(lái)，前額葉皮層特別是眶額葉皮層被認(rèn)為在基于價(jià)值的抉擇任務(wù)中發(fā)揮著非常重要的作用。然而，之前領(lǐng)域內(nèi)對(duì)價(jià)值計(jì)算所涉及的前額葉各子區(qū)所承擔(dān)的功能并不明確，尤其是價(jià)值在大腦中進(jìn)行計(jì)算的過(guò)程中是否存在一個(gè)與最終運(yùn)動(dòng)輸出無(wú)關(guān)的價(jià)值計(jì)算環(huán)節(jié)存在爭(zhēng)議。
楊天明研究組訓(xùn)練獼猴完成一個(gè)精巧的抉擇任務(wù)。獼猴需要觀(guān)看四張依次出現(xiàn)的圖片，通過(guò)移動(dòng)眼睛的注視點(diǎn)，在一個(gè)紅點(diǎn)和一個(gè)綠點(diǎn)之間做出選擇。這四張圖片所攜帶的信息告知獼猴紅點(diǎn)和綠點(diǎn)可以獲得獎(jiǎng)勵(lì)的概率，即它們的價(jià)值。紅色或綠色目標(biāo)點(diǎn)在每一次試驗(yàn)中會(huì)隨機(jī)出現(xiàn)在屏幕的左側(cè)或右側(cè)，而圖片僅攜帶和顏色相關(guān)的價(jià)值信息（圖A）。由于大腦中計(jì)算眼動(dòng)的環(huán)路采用空間坐標(biāo)，因此圖片所給出的關(guān)于紅點(diǎn)和綠點(diǎn)的價(jià)值信息需要轉(zhuǎn)化為向左還是向右眼動(dòng)的價(jià)值信息。這兩種價(jià)值信息一個(gè)在顏色特征的層面，一個(gè)在運(yùn)動(dòng)的層面，而前額葉皮層在抉擇中信息累積的過(guò)程中，究竟是在哪個(gè)層面進(jìn)行計(jì)算以及兩種價(jià)值信息如何轉(zhuǎn)化，成為該研究的關(guān)鍵（圖B）。
論文作者運(yùn)用單細(xì)胞電生理記錄手段，分別對(duì)兩只獼猴的眶額葉和背外側(cè)前額葉神經(jīng)元的活性進(jìn)行記錄。為了解析神經(jīng)元的電活動(dòng)對(duì)不同價(jià)值變量的編碼性質(zhì)，作者對(duì)群體神經(jīng)元的活動(dòng)應(yīng)用了基于線(xiàn)性回歸和套索回歸的詳盡分析。作者發(fā)現(xiàn)眶額葉神經(jīng)元僅編碼單個(gè)證據(jù)所攜帶的顏色相關(guān)的價(jià)值信息而不進(jìn)行累積。而背外側(cè)前額葉皮層神經(jīng)元不僅編碼了證據(jù)在動(dòng)作層面的累積(圖C)，其編碼的形式還顯示,它們參與了單個(gè)證據(jù)所攜帶的信息，從顏色特征相關(guān)到動(dòng)作相關(guān)的轉(zhuǎn)換的過(guò)程。整個(gè)價(jià)值累積和計(jì)算的過(guò)程在兩個(gè)腦區(qū)內(nèi)均不存在一個(gè)獨(dú)立于運(yùn)動(dòng)信息的中間計(jì)算環(huán)節(jié)。
該研究成果推翻了領(lǐng)域內(nèi)目前較為流行的研究觀(guān)點(diǎn)。眶額葉皮層并未進(jìn)行價(jià)值信息的整合與累積。相反，證據(jù)累積是在動(dòng)作層面通過(guò)背外側(cè)前額葉皮層的神經(jīng)元來(lái)完成的。兩個(gè)腦區(qū)神經(jīng)元對(duì)價(jià)值編碼的差異提示，眶額葉和背外側(cè)前額葉是如何合作來(lái)計(jì)算抉擇中的價(jià)值信息的。這使得人們重新思考前額葉的各個(gè)分區(qū)在基于價(jià)值計(jì)算的抉擇過(guò)程中的功能。
該研究由博士研究生林中喬、聶車(chē)暢、張?jiān)暌约肮ぷ魅藛T陳陽(yáng)，在楊天明研究員的指導(dǎo)下完成，研究組的其他成員也在課題的各個(gè)階段給予了幫助。該工作得到中科院、上海市科委、國(guó)家自然科學(xué)基金委的資助。
圖注（A）獼猴行為學(xué)范式（B）兩種假設(shè)。其一在視覺(jué)特征空間完成，其二在運(yùn)動(dòng)空間完成，價(jià)值信息由視覺(jué)特征空間向運(yùn)動(dòng)空間的轉(zhuǎn)換可以發(fā)生在單個(gè)證據(jù)階段，或者在證據(jù)累積完成后的階段（C）背外側(cè)前額葉對(duì)價(jià)值信息在運(yùn)動(dòng)空間累積的編碼
附件下載： 
