2020年的10月28日

研究有助于解释为什么学习动机随着年龄的增长而下降

随着年龄的增长，人们往往会失去学习新事物或参与日常活动的动力。在一项对老鼠的研究中，麻省理工学院的神经科学家们现在发现了一种大脑回路，它对保持这种动机至关重要。

这一回路对于学习做出需要评估特定行为所带来的成本和回报的决定尤为重要。研究人员表明，他们可以通过重新激活这一回路来提高老年小鼠参与这种学习的动机，也可以通过抑制这一回路来降低动机。

麻省理工学院教授、麦戈文大脑研究所成员安·格雷比尔说:“随着年龄的增长，我们很难对事情有积极向上的态度。”“这种行动，或者说参与，对我们的社会福祉和学习都很重要——如果你不参与，不参与，就很难学习。”

格雷比尔是这项研究的资深作者细胞．这篇论文的主要作者是前麻省理工学院研究科学家亚历山大·弗里德曼(Alexander Friedman)和麻省理工学院研究科学家艾米丽·休斯克(Emily Hueske)。弗里德曼现在是德克萨斯大学埃尔帕索分校的助理教授。

成本效益评估

纹状体是基底神经节的一部分，基底神经节是大脑中枢的集合，与习惯形成、自主运动控制、情绪和成瘾有关。几十年来，格雷比尔的实验室一直在研究被称为纹状体的细胞簇，它们分布在整个纹状体中。格雷比尔在许多年前就发现了纹体，但它们的功能一直很神秘，部分原因是它们在大脑深处太小，很难用功能磁共振成像(fMRI)成像。

近年来，Friedman, Graybiel和包括麻省理工学院研究员Ken-ichi Amemori在内的同事们发现，在一种被称为接近-回避冲突的决策中，纹体扮演着重要的角色。这些决定包括在给出的选项既有积极因素又有消极因素的情况下，选择是选择好坏兼得，还是两者都避免。这类决定的一个例子是，必须选择是否接受一份薪水更高但迫使你离开家人和朋友的工作。这样的决定往往会引起极大的焦虑。

在一项相关研究中，格雷比尔的实验室发现，纹粒体与黑质细胞相连，黑质是大脑主要的多巴胺产生中心之一。这些研究导致研究人员假设，纹粒体可能扮演着一个看门人的角色，吸收来自皮层的感觉和情感信息，并将其整合，从而做出如何行动的决定。这些动作可以被产生多巴胺的细胞激活。

研究人员后来发现，慢性压力对这一回路和这种情感决策有重大影响。在2017年对大鼠和小鼠进行的一项研究中，他们表明，有压力的动物更有可能选择高风险、高回报的选项，但它们可以通过操纵回路来阻止这种影响。

在新细胞在研究中，研究人员开始调查当老鼠学习如何做出这类决定时，条纹体中发生了什么。为了做到这一点，当老鼠学会在积极和消极结果之间做出选择时，他们测量和分析了条纹体的活动。

在实验过程中，老鼠听到两种不同的音调，其中一种伴有奖励(糖水)，另一种伴有轻微的厌恶刺激(强光)。这些老鼠逐渐了解到，如果它们在听到第一种声音时多舔一个壶嘴，它们就会得到更多的糖水，而如果它们在第二种声音时舔得少，灯光就不会那么明亮。

学习执行这类任务需要为每个成本和每个奖励分配价值。研究人员发现，当老鼠学习这项任务时，纹状体比纹状体的其他部分表现出更高的活性，而且这种活性与老鼠对这两种音调的行为反应相关。这表明，在赋予某一特定结果的主观价值方面，粒体可能是至关重要的。

“为了生存，为了做你正在做的事情，你需要不断地学习。你需要知道什么对你是好的，什么对你是坏的，”弗里德曼说。

“一个人，或者在这个例子中是一只老鼠，可能非常看重一个奖励，以至于经历可能的成本的风险被压倒，而另一个人可能希望避免成本，从而排除所有的奖励。这可能会导致一些人的学习受奖励驱动，而另一些人的学习受成本驱动。”

研究人员发现，从前额叶皮层传递信号的抑制性神经元帮助纹粒体提高信噪比，这有助于产生小鼠在评估高成本或高回报选项时看到的强信号。

失去动力

接下来，研究人员发现，在年龄较大的小鼠(年龄在13到21个月之间，大致相当于60岁以上的人)中，小鼠学习这种成本效益分析的参与度下降了。与此同时，与年轻小鼠相比，它们的纹粒体活性下降。研究人员在患有亨廷顿氏病的老鼠模型中发现了类似的动力丧失，亨廷顿氏病是一种影响纹状体及其纹粒体的神经退行性疾病。

当研究人员使用基因靶向药物来提高微粒体的活性时，他们发现老鼠更投入地完成任务。相反，抑制纹状体活性会导致脱离。