| 「傲嬌」的後頂葉皮層腦區： 只愛新刺激，不屑參與低級抉擇？ |
走在路上，我們的大腦每時每刻都在進行著大大小小的抉擇：分岔路口向左還是向右？怎麼避開迎面而來的汽車？如何根據標識判斷男女洗手間？根據以往的研究，這些抉擇行為都與大腦後側、頂部皮層中的神經元活動高度相關。
可最近的多個研究結果發現，抑制後頂葉皮層的神經元並不影響動物在抉擇行為中的表現，這在神經科學領域引發了廣泛爭議。
近日，中國科學院神經科學研究所、腦科學與智能技術卓越創新中心、神經科學國家重點實驗室徐寧龍研究組化解了這個爭議，他們發現，在動物面對未知感覺刺激時，後頂葉皮層才會啟動抉擇，發揮關鍵作用。而面對已有經驗的刺激時，後頂葉皮層便不發揮作用。相關研究成果發表於《自然—神經科學》。
爭議：後頂葉皮層腦區是否參與抉擇？
後頂葉皮層是大腦中一個處理多種感覺、運動信息的聯合腦區，能夠接收來自視覺系統、聽覺系統和軀體感覺系統的信息傳入。一直以來，它被認為在大腦的分類與抉擇、空間導航、運動規劃、注意等高級功能中發揮著關鍵作用。
如果後頂葉皮層受損，會出現感覺-運動不協調、空間感知障礙、記憶受損等情況。
此前有研究利用靈長類動物進行實驗，經過長期（數月）的訓練後，面對視覺、聽覺等刺激，猴子能夠準確抉擇。可當後頂葉皮層被抑制時，面對這些刺激，猴子仍然能夠準確抉擇。由此得出了後頂葉皮層並非必須參與抉擇過程的結論。
這引起了徐寧龍研究組的興趣，他們想知道，後頂葉皮層被抑制後，為什麼動物還能夠做出準確抉擇呢？
該論文的第一作者、神經科學研究所的博士生鍾林想起了小時候爸媽教他學習識別男女衛生間標識的經歷，在爸媽教過幾次之後他便能積累起經驗，從而準確區分。
放到猴子身上來，經過一年的反覆的學習強化，被歸類到熟悉的認知範疇後，當它再次面臨該刺激時，或許僅憑經驗就能作出反應，而不再需要後頂葉皮層的參與？
發現：後頂葉皮層是小鼠「舉一反三」的關鍵
為了解答這個問題，研究人員決定利用小鼠進行實驗。他們給口渴的小鼠提供左右兩個水嘴，先後給小鼠播放8kHz和32kHz的「滴」聲，當播放8kHz的低頻聲音時，左邊水嘴供水，反之右邊水嘴供水。為了能快速喝到水，小鼠必須根據聲音的頻率大小做出抉擇。
小鼠們每天要經歷400-500次這樣的練習，在10天之後，終於可以近乎完美地分辨聲音，找對水嘴。
「這兩個聲音經過了反覆強化學習，就像老師講的例題，一般大家都能掌握。可如果面對新的問題，小鼠們還能舉一反三嗎？我們又利用新的、小鼠沒聽過的聲音進行刺激實驗，這是本研究的一個創新點。」鍾林說。
後來，他們將刺激聲音分別換成了11.3kHz、13kHz、14.9kHz等低頻段和17.1kHz、19.7kHz、22.6kHz等高頻段的聲音。結果發現，即使小鼠從來沒聽過這些聲音，也很容易分辨出高低頻率，快速喝到水。
「就像我們人類，即使沒見過所有衛生間標識，也依然能夠準確區分。」鍾林說。
可是，當研究人員利用化學藥物和光遺傳技術抑制掉後頂葉皮層的活性後，小鼠們便只會做反覆學習過的「例題」，即準確區分8kHz和32kHz兩種聲音，快速喝到水。而聽到介於二者頻率之間的新聲音，它們便不能很好地區分，喝不到水的概率很高。這就表明，後頂葉皮層是小鼠會不會「舉一反三」的關鍵。
驗證：後頂葉皮層「只愛新刺激」
雙光子顯微鏡鈣成像是一種螢光成像技術，首先將鈣探針蛋白表達到神經元中，蛋白在雷射的激發下會呈現螢光變化，以此來觀測神經元的活動。
利用這種技術，研究人員發現，對於8kHz和32kHz這兩個已經學會的聲音，小鼠後頂葉皮層中的神經元的反應不顯著。而對於新的聲音，其神經元反應非常活躍。到了第二天，再次應對同種新聲音刺激時，其神經元反應又會恢復穩定。這就驗證了之前的實驗結果，後頂葉皮層只在面對「新刺激」的時候才發揮作用。
為了使研究更加可靠，徐寧龍研究組給小鼠們設計了新的任務。對於那些已經能夠分辨低頻和高頻聲音的小鼠，在第二階段的訓練中，改變原有的高低頻設定，將原來高頻的聲音，作為第二階段的低頻聲音，同時引入更高頻的聲音作為新刺激。
研究發現，部分神經元對新刺激和訓練刺激有顯著區分，但經過一段時間的學習後則不再區分新刺激與訓練刺激，這表明後頂葉皮層在對新刺激進行歸類學習中有一個動態編碼的過程。
「我們的研究不但有助於化解神經科學領域內的爭議，更有助於理解動物智能中的一個關鍵特性，即如何將學會的範疇和概念泛化到新事物中去。對於這一功能神經機制的解析可能對類腦智能研究有所啟發，助力開發具有更強大適應性的分類學習算法。」徐寧龍說。
他表示，「我們將會進一步在神經環路水平探討後頂葉皮層如何與感覺皮層交流，通過神經可塑性實現分類學習的神經環路機制。」
相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41593-019-0383-6