北大研究新突破 | 大腦受傷后，如何彌補(bǔ)失去的功能？

時(shí)間：2019-02-22 10:35  作者：  來源：

　　近日，我校心理與認(rèn)知科學(xué)學(xué)院朱露莎研究組與其他相關(guān)機(jī)構(gòu)合作在《自然通訊》雜志上發(fā)表了關(guān)于“策略性學(xué)習(xí)”能力的研究，為診斷社會(huì)認(rèn)知障礙這類疾病提供了新的視角。

　　我們的大腦受傷后，如何適應(yīng)、調(diào)整、乃至彌補(bǔ)所失去的功能？中風(fēng)或神經(jīng)退行性疾病會(huì)損壞大腦基底神經(jīng)節(jié)（basal ganglia）的功能。它是位于大腦深部的神經(jīng)核團(tuán)，接受多巴胺能神經(jīng)元的投射，在運(yùn)動(dòng)、獎(jiǎng)賞、強(qiáng)化學(xué)習(xí)和決策等眾多領(lǐng)域都起著關(guān)鍵作用。有趣的是，基底神經(jīng)節(jié)受損之后，雖然很多基本的決策功能會(huì)遭到破壞，但一些重要的社會(huì)決策能力卻得以幸免，表現(xiàn)出一定的“韌性（resilience）”。北京大學(xué)心理與認(rèn)知科學(xué)學(xué)院、麥戈文腦科學(xué)研究所、北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心朱露莎課題組與加州大學(xué)伯克利分校的許明、Robert Knight教授合作，利用腦損傷病人，結(jié)合博弈實(shí)驗(yàn)和計(jì)算建模等方法，研究了基底神經(jīng)節(jié)受傷后，大腦如何通過調(diào)用基于其他腦區(qū)的“計(jì)算程序”，來彌補(bǔ)被破壞了的決策功能。

　　該研究著眼于“策略性學(xué)習(xí)”的能力。所謂“策略性”決策，是類似于踢點(diǎn)球、玩石頭剪刀布一類的行為。這些行為的結(jié)果不僅取決于我們自己的選擇，還取決于他人的決定。因此，要進(jìn)行合理的選擇，大腦既需要表征決策環(huán)境中相關(guān)的獎(jiǎng)懲信息，又需要預(yù)測他人的行為及其可能的后果。而當(dāng)我們反復(fù)多次進(jìn)行決策——比如踢多輪點(diǎn)球時(shí)，大腦還需要從積累的經(jīng)驗(yàn)中提取有用的信息，指導(dǎo)后續(xù)選擇，這就是所謂的“策略性學(xué)習(xí)”。策略性學(xué)習(xí)是社會(huì)行為中一種非常重要的能力，以往的腦成像研究表明它與基底神經(jīng)節(jié)的活動(dòng)密切相關(guān)。

　　研究者比較了基底神經(jīng)節(jié)局部受損的病人和健康參與者在策略性學(xué)習(xí)中的表現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)這兩類參與者的表現(xiàn)沒有顯著差別，都能夠靈活調(diào)整自己的選擇。然而，這種決策能力的韌性僅存在于社會(huì)情境下，當(dāng)參與者面對(duì)一臺(tái)計(jì)算機(jī)進(jìn)行同樣的決策實(shí)驗(yàn)時(shí)，病人和健康參與者的行為則出現(xiàn)了明顯差異。

　　為什么基底神經(jīng)節(jié)受傷，會(huì)損害看似簡單的非社會(huì)情境下的學(xué)習(xí)決策能力，但不影響看似更為復(fù)雜的社會(huì)互動(dòng)中的行為？研究者猜想，策略性學(xué)習(xí)也許可以通過并行的“計(jì)算程序”實(shí)現(xiàn)，一種“程序”依賴于基底神經(jīng)節(jié)對(duì)獎(jiǎng)懲信號(hào)的追蹤，而另一種則依賴于前額葉皮層對(duì)社會(huì)信息的處理。基底神經(jīng)節(jié)損傷后，我們的大腦為了彌補(bǔ)前一種計(jì)算能力的缺失，調(diào)用了源于前額葉皮層、更加高階和社會(huì)性的“程序”來完成策略性行為。然而，一旦社會(huì)情境消失，無法借助相關(guān)的社會(huì)信息推斷他人決策時(shí)，大腦便不再能啟動(dòng)社會(huì)性的“程序”，從而導(dǎo)致了基底神經(jīng)節(jié)受傷的病人在人機(jī)互動(dòng)中的異常行為。通過計(jì)算建模，研究者比較了不同條件下不同人群的決策行為背后的學(xué)習(xí)算法，從計(jì)算層面為這一猜想提供了科學(xué)支持。

計(jì)算模型示意圖

　　這一研究展示了社會(huì)學(xué)習(xí)決策能力的韌性及其背后的神經(jīng)基礎(chǔ)，首次通過因果證據(jù)說明了策略性學(xué)習(xí)可能被并行的神經(jīng)計(jì)算過程支持，其中一部分依賴于社會(huì)情境。這一結(jié)果也對(duì)臨床研究，特別是像帕金森病、亨廷頓舞蹈癥等和基底節(jié)相關(guān)的神經(jīng)退行性疾病，有著啟發(fā)意義。例如，為了幫助那些決策能力受損的病人更好地進(jìn)行選擇，也許可以引導(dǎo)他們把不確定環(huán)境下的選擇想象成某種和他人互動(dòng)的過程。又如，對(duì)于一部分出現(xiàn)社會(huì)認(rèn)知障礙的病人，本研究結(jié)果暗示，或許是基底神經(jīng)節(jié)與前額葉連接的異常，而非基底節(jié)本身的損傷，導(dǎo)致了這些社會(huì)障礙，為這類疾病的診斷提供了新的視角。

　　該研究于2019年2月18日發(fā)表在《自然通訊》雜志。朱露莎為該文的第一作者。北京大學(xué)心理學(xué)院博士研究生江曜民、加州大學(xué)伯克利分校Robert Knight教授為該文作出了重要貢獻(xiàn)。朱露莎和許明教授為該文的共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金、北大-清華生命科學(xué)聯(lián)合中心的資助。

　　論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-019-08766-1