大脑如何从恐惧和失败中学习

HUN-REN 研究所的研究人员发现，大脑中特定的抑制神经元，即HDB-PV神经元，在从负面经历中学习方面起着关键作用。这些神经元增强了认知过程，在对厌恶刺激的反应中对吸引注意力和促进学习至关重要。

　　

一项神经科学研究确定了对从消极刺激中学习至关重要的特定大脑神经元，强调了它们在心理健康中的潜在作用。

当面对负面反馈、不利影响或令人失望的结果时，我们经常说“我不会再这样做了”。我们试图从这些经验中学习。

大脑是如何促进这种学习的呢?积极和消极强化是大脑评估系统中的关键机制。神经元释放神经递质多巴胺，通过增加或减少其活动来表明结果比预期的好或坏。与此同时，越来越多的证据表明，大脑的其他部分处理“消极”和“积极”的方式不同。

消极经历中的觉醒和注意

消极的经历通常会引起显著的唤醒效应，激活新皮层的特定部分。这种激活有助于我们专注于相关特征，并从经验中学习，这一概念被称为“厌恶学习的注意”。

由Balazs Hangya领导的HUN-REN实验医学研究所的研究人员探索了哪些大脑区域和神经元类型参与了厌恶学习。他们发表在《自然通讯》(Nature Communications)上的研究表明，在Broca斜带(HDB)水平分支表达小白蛋白(PV)的远程投射抑制神经元在这一过程中起着至关重要的作用。

神经元功能和实验结果

这些HDB-PV神经元以其快速活动而闻名，向新皮层传递唤醒效应并控制对认知功能至关重要的伽马振荡。因此，它们似乎是调解“厌恶学习的注意”的良好候选者。Hangya的研究小组表明，这些神经元确实会被实验小鼠的厌恶事件所招募，比如老鼠努力避开的脸上突然出现的一股空气，或者可怕的捕食者的气味。

厌恶事件的影响

令人厌恶的事件会激活一系列通路，从而在大脑中产生一系列后果。首先，它们促进了规避行为，从而降低了遭受持久负面影响的风险。其次，它们通过激活新皮层的相关部分来增强觉醒和注意力，帮助机体应对这种情况。第三，它们有助于学习避免或减轻类似的未来情景。

该研究的第一作者Panna Hegedüs指出:“从负面经历中学习是一种根深蒂固的古老生存策略。它甚至可以推翻正强化的影响。”

来自光遗传学的见解

Hangya的团队使用了一种称为光遗传学的技术，该技术可以使特定类型的细胞，在这种情况下，HDB-PV神经元，对光敏感。这些技术可以通过小光纤定时将光传送到脑组织，从而精确地激活或抑制神经元的活动。他们发现，激活HDB-PV神经元不会引起小鼠的回避行为，这表明该途径与主动回避(如寻找庇护所)无关，但更有可能介导由厌恶刺激引起的注意力和/或学习方面。

事实上，当他们用光遗传学方法阻止神经元对面部气体的反应时，小鼠无法学会区分预测性听觉刺激，预测可能或不可能的气体。本实验证明了HDB-PV神经元是学习厌恶刺激所必需的。

神经回路和行为反应

神经元不是孤立地活动，而是具有多种输入和输出通路的复杂回路的一部分。Hangya的团队与Gabor Nyiri以及来自同一研究所的同事一起，绘制了HDB-PV神经元的输入和输出图。他们发现这些细胞整合了多种来源的厌恶信息，包括来自下丘脑和脑干中缝核的突出通路。反过来，它们将综合信息传递给所谓的边缘系统，该系统广泛负责行为和情绪反应，包括对储存和回忆情景记忆很重要的隔海马体系统。

此外，抑制性HDB-PV细胞主要靶向这些区域的其他抑制性神经元，从而可能解除兴奋性细胞的抑制，使它们更加活跃——一种普遍存在的大脑机制，称为去抑制。

结论及其对心理健康的影响

该研究表明，远距离抑制性HDB-PV神经元在厌恶刺激下被招募，通过增加特定目标区域的皮质兴奋性(可能是通过去抑制)来发挥关键的联想学习功能。因此，至少对于厌恶刺激，HDB-PV神经元可能是“学习注意”概念的物理基础。

“在不同的精神疾病中，包括焦虑和抑郁，都可以观察到处理正效价和负效价的失调。因此，了解负效价如何在大脑中编码以及它如何有助于学习是至关重要的，”Panna Hegedüs总结道。

参考:“Parvalbumin-expressing basal forebrain neurons mediate learning from negative experience” by Panna Hegedüs, Bálint Király, Dániel Schlingloff, Victoria Lyakhova, Anna Velencei, Írisz Szabó, Márton I. Mayer, Zsofia Zelenak, Gábor Nyiri and Balázs Hangya, 7 June 2024, Nature Communications.