这项研究有助于解释为什么学习动机会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现在已经发现了一个对保持这种动机至关重要的大脑回路。

这种回路对于学习做出需要评估特定行动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，我们很难对事情有一种积极进取的态度。”“这种振作起来或参与，对我们的社会福祉和学习都很重要——如果你不参与和参与，就很难学习。”

格雷比尔是这项研究的资深作者，该研究发表在今天的《细胞．这篇论文的主要作者是前麻省理工学院研究科学家、现任德克萨斯大学埃尔帕索分校助理教授的亚历山大·弗里德曼(Alexander Friedman)和麻省理工学院研究科学家艾米丽·胡斯克(Emily Hueske)。

评估成本和效益

纹状体是基底神经节的一部分，基底神经节是与习惯形成、自主运动控制、情绪和成瘾有关的大脑中心的集合。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群，它们分布在纹状体中。格雷比尔多年前就发现了纹状体，但它们的功能一直很神秘，部分原因是它们在大脑深处非常小，很难用功能性磁共振成像(fMRI)对它们进行成像。

近年来，Friedman、Graybiel和包括麻省理工学院研究员kenichi Amemori在内的同事们发现，纹状体在一种被称为接近-回避冲突的决策中起着重要作用。这些决定包括在有积极和消极因素的选择时，选择是接受好的和坏的，还是两者都避免。这类决定的一个例子是不得不选择是否接受一份薪水更高但不得不远离家人和朋友的工作。这样的决定常常引起极大的焦虑。

在一项相关研究中，格雷比尔的实验室发现，纹粒体与黑质的细胞相连，黑质是大脑主要的多巴胺产生中心之一。这些研究使研究人员假设，纹状体可能是一个看门人，吸收来自皮层的感觉和情感信息，并将其整合，以产生如何行动的决定。这些行为可以被产生多巴胺的细胞激活。

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

在新的细胞在这项研究中，研究人员开始调查当老鼠学习如何做出这类决定时，纹状体中发生了什么。为了做到这一点，当小鼠学习在积极和消极结果之间做出选择时，他们测量并分析了纹粒体的活动。

在实验过程中，老鼠听到两种不同的声音，其中一种伴随着奖励(糖水)，另一种伴随着轻微的厌恶刺激(强光)。老鼠逐渐了解到，如果它们在听到第一个音调时多舔一口，它们就会得到更多的糖水，如果它们在第二次音调时少舔一口，灯光就不会那么亮。

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，当小鼠学习这项任务时，纹状体比纹状体的其他部分表现出更高的活性，而且这种活性与小鼠对这两种音调的行为反应相关。这表明，纹状体可能对赋予特定结果的主观价值至关重要。

“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有好处，什么对你有坏处，”弗里德曼说。

“一个人，或者在这个例子中是一只老鼠，可能会非常重视奖励，以至于经历可能成本的风险被淹没，而另一个人可能希望避免成本，从而排除所有奖励。这可能会导致一些人的学习是奖励驱动的，而另一些人的学习是成本驱动的，”Hueske说。

研究人员发现，从前额叶皮层传递信号的抑制性神经元有助于纹粒体增强它们的信噪比，这有助于产生当小鼠评估高成本或高回报选项时所看到的强信号。

失去动力

接下来，研究人员发现，在年龄较大的小鼠(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，它们的纹状体活性下降。研究人员在亨廷顿舞蹈症(一种影响纹状体及其纹状体的神经退行性疾病)的小鼠模型中发现了类似的动机丧失。

当研究人员使用基因靶向药物来增强纹粒体的活性时，他们发现老鼠更加专注于任务的执行。相反，抑制纹状体活动导致脱离。

除了正常的与年龄有关的衰退之外，许多心理健康障碍也会扭曲评估行动的成本和回报的能力，从焦虑和抑郁到创伤后应激障碍等情况。例如，抑郁的人可能会低估潜在的有益经历，而患有毒瘾的人可能会高估药物，但低估他们的工作或家庭。

研究人员目前正在研究可能刺激这一回路的药物治疗方法，他们建议通过生物反馈来训练患者增强这一回路的活性，这可能提供另一种潜在的方法来提高他们的成本效益评估。

弗里德曼说:“如果你能精确地指出奖励和成本的主观评估背后的机制，并使用一种现代技术来操纵它，无论是在精神上还是在生物反馈上，患者都可能正确地激活他们的电路。”