努力評(píng)估——基于獎(jiǎng)勵(lì)結(jié)果的預(yù)期價(jià)值和對(duì)獲得這些結(jié)果所需工作的期望來(lái)選擇行動(dòng)的過程——在決策中起著重要作用。在慢性應(yīng)激狀態(tài)下，努力評(píng)估被破壞，并由前扣帶皮層（anterior cingulate cortex, ACC）支持，但ACC調(diào)節(jié)基于努力的決策的環(huán)路水平機(jī)制尚不清楚。

2023年11月13日，美國(guó)康奈爾大學(xué) Conor Liston團(tuán)隊(duì)在Neuron上發(fā)表了一篇名為“A stress-sensitive frontostriatal circuit supporting effortful reward-seeking behavior”的研究型論文。其中，Robert N. Fetcho和Puja K. Parekh是本文第一作者。

該研究利用一個(gè)基于努力的決策范式，并使用它來(lái)研究ACC-NAc（ACC neurons projecting to the nucleus accumbens, ACC-NAc）神經(jīng)元如何支持努力的獎(jiǎng)勵(lì)尋求行為。利用光纖記錄和光遺傳技術(shù)分別記錄和操縱自由運(yùn)動(dòng)小鼠的ACC-NAc神經(jīng)元的活性，研究人員發(fā)現(xiàn)ACC-NAc神經(jīng)元能夠整合了獎(jiǎng)賞和努力信息，編碼與獎(jiǎng)勵(lì)、努力的要求有關(guān)的信息。通過在任務(wù)時(shí)期光遺傳抑制ACC-NAc活動(dòng)，研究人員發(fā)現(xiàn)這種努力調(diào)節(jié)的獎(jiǎng)賞反應(yīng)對(duì)于支持未來(lái)的努力決策是必要的。在慢性皮質(zhì)酮暴露（慢性應(yīng)激）下小鼠降低了動(dòng)機(jī)，抑制了努力的獎(jiǎng)勵(lì)尋求，并在這項(xiàng)任務(wù)中破壞了ACC-NAc信號(hào)。

1. ACC對(duì)于需要整合不同的獎(jiǎng)勵(lì)和努力價(jià)值的決策是必要的

研究人員首先為小鼠開發(fā)了一個(gè)基于努力的自動(dòng)決策范式，在這項(xiàng)任務(wù)中，小鼠需要學(xué)會(huì)在T型迷宮中導(dǎo)航以獲得獎(jiǎng)勵(lì)。在每一次試驗(yàn)中，他們都可以選擇向左轉(zhuǎn)或向右轉(zhuǎn)，以獲得一個(gè)大的或小的獎(jiǎng)勵(lì)。在學(xué)習(xí)了這種偶然性后，研究人員通過引入一個(gè)必須攀登以獲得高獎(jiǎng)勵(lì)選項(xiàng)的來(lái)評(píng)估個(gè)人花費(fèi)努力獲得更高獎(jiǎng)勵(lì)的意愿。研究發(fā)現(xiàn)，隨著努力水平的增加，動(dòng)物需要更大的獎(jiǎng)勵(lì)比率來(lái)促進(jìn)對(duì)高獎(jiǎng)勵(lì)的偏好。向前扣帶皮層（anterior cingulate cortex, ACC）急性注射GABA激動(dòng)劑能夠促進(jìn)對(duì)低獎(jiǎng)勵(lì)的偏好，證明ACC在對(duì)于需要整合不同的獎(jiǎng)勵(lì)信息和努力價(jià)值的決策是必要的。

圖1 ACC對(duì)于需要整合不同的獎(jiǎng)勵(lì)和努力價(jià)值的決策是必要的

2. ACC-NAc活動(dòng)支持未來(lái)的努力決策

接著研究人員為了測(cè)試ACC-NAc活動(dòng)是否隨著獎(jiǎng)勵(lì)的大小而變化，研究人員比較了在無(wú)努力行為過程中，高獎(jiǎng)勵(lì)和低獎(jiǎng)勵(lì)試驗(yàn)中的活動(dòng)，結(jié)果顯示小鼠僅在訓(xùn)練早期表現(xiàn)出在高獎(jiǎng)勵(lì)試驗(yàn)下ACC-NAc活動(dòng)增加。綜上所述，上述結(jié)果表明，ACC不僅調(diào)節(jié)獎(jiǎng)勵(lì)信息，而且是分配努力以最大化獎(jiǎng)勵(lì)所必需的。那么ACC-NAc神經(jīng)元是否在任務(wù)過程中編碼與努力相關(guān)的信息？為了驗(yàn)證這一點(diǎn)，研究人員再次在低努力和高努力階段記錄了ACC-NAc神經(jīng)元，結(jié)果顯示在努力的高獎(jiǎng)勵(lì)試驗(yàn)中，ACC-NAc活動(dòng)的大量增加，直到努力結(jié)束。數(shù)據(jù)表明，盡管ACC-NAc活動(dòng)對(duì)獎(jiǎng)勵(lì)獲得做出反應(yīng)，但這種反應(yīng)的大小不是受獎(jiǎng)勵(lì)大小的調(diào)節(jié)，而是受獲得獎(jiǎng)勵(lì)所需的努力水平的調(diào)節(jié)。上述記錄結(jié)果連同光遺傳抑制試驗(yàn)進(jìn)一步說(shuō)明了ACC-Nac活動(dòng)同時(shí)編碼與獎(jiǎng)勵(lì)和努力相關(guān)的信息。

圖2 光遺傳抑制試驗(yàn)提示ACC-NAc活動(dòng)支持未來(lái)的努力決策

3. 慢性皮質(zhì)酮改變了基于努力的決策，并損害了ACC-NAc環(huán)路的功能

進(jìn)一步，研究人員假設(shè)慢性應(yīng)激能夠通過損害ACC-NAc環(huán)路活動(dòng)和干擾努力的獎(jiǎng)勵(lì)尋求來(lái)干擾快感。為了驗(yàn)證這一點(diǎn)，研究人員首先訓(xùn)練小鼠學(xué)會(huì)范式后再將它們暴露在含有皮質(zhì)酮的飲用水中21天，完成慢性應(yīng)激造模。研究顯示，慢性應(yīng)激后在高獎(jiǎng)勵(lì)選項(xiàng)上付出努力的意愿大幅降低。光纖記錄顯示，慢性應(yīng)激后，ACC-NAc反應(yīng)遲鈍，特別是在高獎(jiǎng)勵(lì)試驗(yàn)中，可能與干擾努力的獎(jiǎng)勵(lì)尋求來(lái)干擾快感相關(guān)。

圖3 慢性應(yīng)激降低了基于努力的意愿，并損害了ACC-NAc環(huán)路的功能

綜上，在這項(xiàng)研究中，研究人員開發(fā)并驗(yàn)證了一個(gè)自動(dòng)的生理的平臺(tái)，用于自由移動(dòng)小鼠的高通量評(píng)估，并使用它來(lái)闡明ACC環(huán)路如何支持努力評(píng)估行為，以及這些功能在慢性應(yīng)激模型中如何被破壞。首先，該研究證實(shí)了ACC神經(jīng)元在支持努力評(píng)估和努力的獎(jiǎng)賞尋求行為中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。其次，研究人員發(fā)現(xiàn)ACC-NAc神經(jīng)元通過整合與獎(jiǎng)勵(lì)和努力相關(guān)的信息來(lái)支持基于努力的決策。最后，研究證明了ACC-NAc環(huán)路是應(yīng)激敏感的，并確定了慢性應(yīng)激狀態(tài)下一種特定形式的動(dòng)機(jī)性快感缺失的環(huán)路基礎(chǔ)。未來(lái)的工作可以通過在應(yīng)激性功能障礙后重建ACC-NAc活動(dòng)來(lái)研究該環(huán)路能否作為努力選擇的行為治療的治療靶點(diǎn)。

原文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.neuron.2023.10.020

參考文獻(xiàn)

Robert N. Fetcho, Puja K. Parekh, Jolin Chou, Margaux Kenwood, Laura Chalen?on, David J. Estrin, Megan Johnson, Conor Liston, A stress-sensitive frontostriatal circuit supporting effortful reward-seeking behavior, Neuron, 2023, ISSN 0896-6273.

編譯作者：林鐘（brainnews創(chuàng)作團(tuán)隊(duì)）

校審：Simon（brainnews編輯部）






標(biāo)簽：