零食的位置存储在专门的神经地图中

根据斯坦福大学吴仔神经科学研究所的研究，大脑会创建独立但重叠的位置和奖励地图，这对于理解从痴呆症到成瘾等疾病具有重要意义

　　

想象一下，你正走在上班的路上，突然发生了一件难以言喻的事情：你最喜欢的咖啡店——你每天都会光顾的那家——关门了。你摇摇晃晃地走到几个街区外一家新开的咖啡店，你欣喜地发现，这家店的早茶确实很不错。很快，你发现自己就迫不及待地想去新店了，而不是老店。

这种转变可能改变的不仅仅是你的早晨习惯。每次你光顾新的咖啡店，这种体验都可能强化你神经地图，它标记着那些令人愉悦的体验的位置——这张地图即使在千里之外也能引导你回到那些体验。

虽然在以前的研究中我们已经知道奖励地图的存在，但吴仔神经科学研究所的小鼠研究人员惊讶地发现，即使小鼠远离食物很多米，奖励地图仍然存在，并且当食物的位置发生变化时，奖励地图几乎会立即更新。

“无论我们把奖励移到哪里，奖励图几乎都会立即调整，”斯坦福医学院神经生物学教授、吴仔神经中心副主任之一丽莎·吉奥科莫说道。“我没想到变化会这么快。”

研究结果可以揭示人类的各种状况，包括痴呆症和成瘾症，并阐明动物如何在野外生存的一个重要方面。

为了研究奖励体验如何在小鼠大脑中编码，吉奥科莫和她的同事首先用一个透明窗口替换了小鼠的一小块头骨。这使得研究人员能够使用一种名为双光子显微镜的灵敏技术实时观察小鼠大脑中一个名为海马体的区域的神经活动。为了使该技术发挥作用，小鼠必须待在固定的显微镜下，因此研究人员没有让小鼠在现实生活中寻找奖励，而是使用了虚拟现实环境。

“人们想象老鼠戴着微型虚拟现实护目镜，但实际上它更像是一个 IMAX 影院，”博士后科学家 Marielena Sosa 说，她与前 Giocomo 实验室研究生 Mark Plitt（吴仔神经中心心智、大脑、计算和技术项目成员）一起完成了这项工作。

老鼠在轮子上奔跑，周围环绕着三个大型显示器，显示器播放着走廊的视频，随着老鼠的奔跑而前进，有点像第一人称（第一啮齿动物？）电子游戏。研究人员对设备进行了编程，使其在老鼠接近虚拟环境中的特定位置时，向老鼠滴一滴糖水。然后，研究小组移动了糖水的虚拟位置，观察老鼠大脑中神经活动的变化。

正如他们所料，海马体中的一组神经元维持着稳定的环境地图。然而，出乎意料的是，他们观察到，随着奖励位置的变化，另一组神经元会流畅地开启和关闭，这增加了一层适应性，使小鼠能够轻松适应食物位置的变化——这在野外是一种重要的策略。

构成这两张地图的神经元也并非完全不同。相反，构成空间地图的神经元有时会切换到参与奖励地图，反之亦然。然而，空间地图中的神经元总数保持相对恒定，而构成奖励地图的神经元数量则随着小鼠再次访问奖励点而增加。最终，奖励地图可以在数米之外追踪动物相对于糖水的位置。以人类的尺度来看，这相当于许多个城市街区。

当研究人员改变零食的位置时，“神经层面的转变甚至比行为层面的转变更明显，”索萨说。这可能意味着神经奖励图谱塑造了老鼠未来的行为，就像老鼠过去的行为塑造了这张图谱一样。

有证据表明 ，人类还会将他们想要返回的地点存储在一组独立的神经元中，而不是用于绘制大致周围环境的神经 元中。研究人员认为，了解这两张地图之间的联系可能与痴呆症和成瘾症相关。

痴呆症患者往往会忘记事件发生的顺序，这至少可以部分解释为，他们失去了在完成某些任务时想象自己身处何处的能力。例如，痴呆症患者可能记不清自己是在厨房喝的早晨咖啡，还是在车里带的；而健康人则能清楚地记得自己坐在餐桌旁，手里拿着咖啡杯。这种差异可以用痴呆症患者的奖励地图和空间地图之间的脱钩来解释。

就成瘾而言，奖赏性体验（例如吸毒）的记忆通常与空间位置紧密相关。“比如，一个人第一次在音乐会上吸毒，在音乐会上可能总会被触发去寻找毒品。这可能是一个大问题，因为它会导致戒毒者在遇到这些触发环境时复发，”吉奥科莫说。这可能是因为奖赏地图与强效毒品所构建的空间地图之间的联系过于强烈，过于不健康。

了解空间信息与奖励之间的神经联系，最终或许能催生出一些疗法，削弱这些联系，帮助人们克服特定位置带来的渴望。反之，强化这些联系的疗法或许能帮助痴呆症患者。

研究团队还有更多问题，其中之一是奖励地图如何引导动物探索自然环境。“如果你是一只老鼠，你如何决定是去探索在新地方寻找食物的可能性，还是回到以前找到食物的地方？”吉奥科莫问道。研究这些问题还可以揭示人类如何决定何时寻求新体验，何时回归舒适的旧习惯。

研究人员还想知道，除了食物之外，愉悦的体验是否也通过这种神经结构进行映射。例如，社交互动的地点是否标记在奖励地图上？老鼠和人类都是高度社会化的动物，但我们寻找朋友时使用的心理地图是否与寻找食物时使用的相同？

吉奥科莫认为她的实验室拥有找到答案的工具。“这项技术终于发展到了可以开始解决一些更复杂行为的阶段，”她说。

 

资金来源

Giocomo实验室的研究得到了以下机构的支持：美国国立卫生研究院（NIH拨款编号：1R01MH126904-01A1、R01MH130452、BRAIN Initiative U19NS118284、P50 DA042012）；Vallee基金会；James S. McDonnell基金会；西蒙斯基金会（拨款编号：542987SPI）；Champalimaud Vision奖；以及霍华德·休斯医学研究所。Sosa的研究获得了海伦·海·惠特尼基金会奖学金和NIH BRAIN Initiative Pathway to Independence奖（K99MH135993）的支持。