信息的化学成瘾

一项新的实验揭示了我们为什么总是想知道答案


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在养育了一个不停地问“我们到了吗?”的孩子后,我的母亲变得更有耐心。 对于一个沮丧的幼儿来说,这些信息往往遥不可及,但它却带有一种奖励的感觉。 我们大多数人都非常熟悉了解更多关于未来的渴望,无论是考试成绩、实验结果还是新工作的状态。  先前的知识通常对事件的实际结果没有影响——无论如何我们都会得到相同的成绩——但我们仍然非常渴望知道。 这导致了科学家所说的“信息寻求行为”——我们的头脑渴望相关信息。 长期以来,这种看似普遍的欲望背后的神经基础一直让科学家们难以捉摸,但等待已经结束。

当代强化学习理论根植于多巴胺能奖励系统。  中脑部分(如腹侧被盖区和黑质致密部)的多巴胺神经元在奖励的预期中起着至关重要的作用。 关于这些神经元的大部分知识来自对恒河猴的电极记录实验。 毫不奇怪,这些神经元对原始奖励(如食物和水)做出反应。 它们发出猴子对奖励的期望信号,但直到现在才知道这些相同的神经元是否也可能发出对信息的期望信号。 为了测试对信息(这是一种认知奖励)的偏好,需要建立一种新的范式。 国家眼科研究所的 Ethan Bromberg-Martin 和 Okihide Hikosaka 开发了一项出色的行为任务,为研究打开了大门。 

实验设计中,猴子被放置在电脑屏幕前,并接受了扫视任务的训练,在任务中它们学会了将目光投向特定区域。 猴子首先可以选择两个彩色目标之一。 其中一个目标将为猴子提供关于其未来奖励的预先信息。 预先信息以视觉提示的形式出现,一个代表大奖励,另一个代表小奖励。  选择另一个初始彩色目标会显示与奖励大小随机关联的提示,因此不具有信息价值。  仅经过几天的训练,猴子就表现出明显偏好选择信息丰富的彩色目标。

然后,研究人员测试了猴子何时想要信息。  在这种情况下,猴子再次最初被呈现两个彩色目标。  其中一个目标具有信息价值,而另一个则没有。  不同之处在于,猴子总是在获得奖励之前收到信息提示。  每只猴子都必须做出的选择是是否要看到更早的信息提示。  尽管总是有一个延迟的信息提示,无论它们选择哪个初始目标,猴子都更喜欢尽快获得预先信息。  就像等待 SAT 成绩的高中生一样,猴子想知道,而且它们想现在就知道。

作为几乎每天都体验到期待的人类,我们可以很容易地理解为什么猴子会更喜欢即时信息。 然而,我们大脑中究竟是什么可能导致这种行为呢? 基于中脑多巴胺神经元与奖励预期(例如果汁的到来)密切相关的直觉,研究人员假设这些相同的神经元也可能发出对信息的期望信号。  事实证明,当彩色目标单独呈现时,多巴胺神经元对信息丰富的目标的反应比对随机目标的反应更强烈。 这一结果支持了中脑多巴胺神经元正在编码原始奖励和认知奖励的观点。

那么,为什么多巴胺神经元将信息视为奖励呢? 很容易理解,以这种方式对待信息可能是一种有用的进化适应。 对于许多动物来说,每一天都包含许多与饮食、繁殖和社交相关的决定。 显然,获得更多相关信息——例如知道食物在哪里——可以让动物做出更好的决定。 此外,获得此类信息可能会让我们更好地控制我们的环境,从而增加我们的生存机会。

当被问及他们的工作是否可能具有临床应用时,Bromberg-Martin 博士和 Hikosaka 博士指出,破译这些系统背后的神经代码可以深入了解基底神经节疾病。 帕金森病以中脑区域多巴胺能神经元的死亡为特征。 虽然该疾病最常与运动功能障碍有关,但在某些情况下也存在认知障碍。 其中一种障碍是患者逐渐丧失动力和从奖励中学习的能力。 由于相同的多巴胺神经元正在编码奖励和信息,因此这些神经元的死亡也可能降低寻求信息的动力。

Hikosaka 博士也对这项研究的未来发展方向感到兴奋。  长期以来,人们一直认为决策分为两个层面:一个发生在 cerebral cortex 的意识层面和一个发生在基底神经节的无意识层面。 他说,故事并没有那么简单,因为这两个系统通过中脑多巴胺神经元连接在一起。  也许未来的工作将揭示我们的有意识和无意识的决定是如何相互影响的,这一切都归因于这群非常繁忙的多巴胺神经元。

人们常说“无知是福”。 然而,当你从大脑的角度来看待无知时,就会出现非常不同的景象。 我们的大脑以及其他动物的大脑已经进化到发现信息是有益的。 事实上,不知道是很有压力的,这就是为什么我们尽可能努力减少这种不确定性。 我们想要信息,而且我们现在就要! 

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