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

随着人们年龄的增长，他们经常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确定了对维持这种动机至关重要的大脑回路。

这条线路对于学习做出需要评估特定行动带来的成本和回报的决策尤其重要。研究人员表明，他们可以通过重新激活这一回路来增强老年小鼠从事这类学习的动机，也可以通过抑制该回路来降低动机。

麻省理工学院教授、麦戈文脑研究所成员安·格雷比尔(Ann Graybiel)说：“随着年龄的增长，我们更难对事物抱有积极进取的态度。”“这种积极参与对我们的社会福祉和学习都很重要--如果你不参加并参与其中，就很难学习。”

格雷贝尔是这项研究的资深作者，该研究发表在今天的“细胞”杂志上。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)，现在是德克萨斯大学埃尔帕索分校(University Of Texas At El Paso)的助理教授，以及麻省理工学院研究科学家艾米丽·赫斯克(Emily Hueske)。

纹状体是基底神经节的一部分，基底神经节是与习惯形成、控制随意运动、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分布在整个纹状体的称为纹状体的细胞簇。格雷比尔在很多年前就发现了纹状体，但它们的功能一直是个谜，部分原因是它们在大脑中太小、太深，很难用功能磁共振成像(FMRI)对其进行成像。

近年来，弗里德曼、格雷贝尔和包括麻省理工学院研究员肯-一·阿佩雷蒂在内的同事们发现，纹状体在一种被称为接近-避免冲突的决策中发挥着重要作用。这些决定包括，当给出既有积极因素又有消极因素的选项时，选择是将好事与坏事一起带走，还是同时避免两者兼而有之。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又被迫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。

在一项相关的研究中，格雷比尔的实验室发现纹状体连接到黑质的细胞，黑质是大脑主要的多巴胺生产中心之一。这些研究导致研究人员假设，纹状体可能扮演着守门人的角色，它吸收来自大脑皮层的感觉和情绪信息，并将其整合起来，以产生如何行动的决定。然后，这些活动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绪化决策有重大影响。在2017年对大鼠和小鼠进行的一项研究中，他们表明，压力过大的动物更有可能选择高风险、高回报的选择，但它们可以通过操纵电路来阻止这种影响。

在这项新的细胞研究中，研究人员开始调查纹状体中发生的事情，因为小鼠学会了如何做出这类决定。为了做到这一点，他们测量和分析了纹状体的活动，因为小鼠学会了在积极和消极结果之间做出选择。

在实验中，老鼠听到了两种不同的音调，其中一种伴随着奖励(糖水)，另一种伴随着轻度厌恶的刺激(亮光)。老鼠逐渐了解到，如果它们在听到第一声时舔更多的喷嘴，它们会得到更多的糖水，如果它们在第二声中舔得更少，光线就不会那么亮了。

学习执行这类任务需要为每一项成本和每一项奖励分配价值。研究人员发现，当小鼠学会这项任务时，纹状体小体表现出比纹状体其他部分更高的活动，而且这种活动与小鼠对这两种音调的行为反应有关。这表明纹状体可能是赋予特定结果主观价值的关键。

“为了生存，为了做任何你正在做的事情，你需要不断地学习。你需要了解什么对你有好处，什么对你有坏处，“弗里德曼说。

“一个人，或者这个案例中的一只老鼠，可能会非常看重回报，以至于可能付出代价的风险被压倒，而另一个人则可能希望避免成本，从而排除所有回报。”这些可能会导致一些人的学习是报酬驱动型的，而另一些人则是成本驱动型的。“Hueske说。

研究人员发现，传递来自前额叶皮质信号的抑制性神经元帮助纹状体提高其信噪比，这有助于产生当老鼠评估高成本或高回报选项时看到的强烈信号。

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

当研究人员使用基因靶向药物来增强纹状体的活性时，他们发现老鼠变得更投入到任务的执行中。相反，抑制纹状体活动会导致脱离。

除了正常的与年龄相关的下降外，许多精神健康障碍还会扭曲评估一项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(PTSD)等疾病。例如，抑郁的人可能低估了潜在的有益经历，而患有毒瘾的人可能高估了毒品，但低估了他们的工作或家庭等东西。

研究人员目前正在研究可能刺激这一回路的药物治疗，他们建议，通过生物反馈训练患者增强这一回路的活动，可能会提供另一种潜在的方法来改善他们的成本效益评估。

弗里德曼说：“如果你能找出奖励和成本的主观评估背后的一种机制，并使用一种现代技术来操纵它，无论是精神上的还是生物反馈的，患者都可能能够正确地激活他们的电路。”

这项研究由CHDI基金会、萨克斯·卡瓦诺基金会、国立卫生研究院、南希·卢里·马克斯家庭基金会、巴赫曼-施特劳斯·迪斯托尼亚和帕金森基金会、威廉·N·和伯尼斯·E·班普斯基金会、西蒙斯社交大脑中心、克里斯汀·R·普雷斯曼和杰西卡·J·普里安‘13基金会、迈克尔·斯蒂费尔和罗伯特·巴克斯顿资助。