你伸手到炉子上拿起一个锅。你没有意识到的是炉子还在开着。哎哟！这个痛苦的意外可能给你上了一课。从意外事件中学习以避免重蹈覆辙是具有适应性的。当我们感到惊讶时，我们的大脑可能会准备好格外注意。在最近发表于《自然》杂志上的一项研究中，麻省理工学院的研究人员发现证据表明，一种名为去甲肾上腺素的激素，在这些令人震惊的时刻改变大脑活动——以及动物随后的行为。
去甲肾上腺素是几种可以向大脑发出强烈信号的化学物质之一。过去的研究表明，当我们感到兴奋、焦虑或警觉时，去甲肾上腺素会参与其中，并且它有助于学习。但新的研究表明，它在对意外事件的反应中起着重要作用。
麻省理工学院的团队使用了一种称为光遗传学的方法来研究小鼠体内的去甲肾上腺素。科学家们在神经元中添加了特殊的感光蛋白，当受到激光脉冲照射时，这些蛋白就像细胞的“关闭开关”。他们专注于修改一个名为蓝斑核的大脑区域，该区域包含负责释放去甲肾上腺素的细胞。借助激光，研究人员能够在特定情况下阻止这些细胞产生激素。他们将这种方法与光标记技术结合使用，光标记技术是一种蛋白质在光线下闪烁的技术，使科学家能够观察蓝斑核细胞的活动，然后确定产生了多少去甲肾上腺素。
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然后，研究人员为啮齿动物设计了一项试错学习任务。当听到声音时，小鼠可以按下杠杆。有两种声音。在约 12 千赫兹的高频音调之后，按下杠杆的小鼠会得到水作为奖励。对于约 4 千赫兹的低频音调，按下杠杆的小鼠会得到一个略微不愉快的惊喜：一股令人不适的空气会吹向它们。随着时间的推移，小鼠学会了只在听到高频音调时才按下杠杆，因为这样做它们会得到水。当听到低频音调时，它们会避开杠杆。
当研究人员检查这些事件期间蓝斑核内发生的情况时，他们发现去甲肾上腺素的产生在两个不同的时刻达到峰值：在小鼠按下杠杆之前以及当啮齿动物获得水或一股空气时。
研究人员怀疑，第一次去甲肾上腺素的爆发表明它在动物决定追求奖励方面发挥了一定的作用。他们的一项实验支持了这种猜测。当科学家降低音调的音量，使高频产水音符与低频吹气音符更难区分时，小鼠显得困惑。有些小鼠不愿按下杠杆，但有些小鼠还是这样做了。然后，研究人员使用他们的光遗传学关闭开关来阻止去甲肾上腺素的释放，这使得小鼠更加犹豫。似乎去甲肾上腺素的释放增加了小鼠在不确定结果时冒险的机会。此外，研究人员追踪了小鼠按下杠杆之前释放的去甲肾上腺素，发现它传递到大脑的运动皮层，该区域参与发出刺激肌肉运动的神经冲动。换句话说，脑化学物质的激增帮助驱动小鼠按下杠杆。
至于第二次去甲肾上腺素的峰值，研究人员发现，当小鼠获得一股空气或水时，这种化学物质会被释放出来——并且当结果令人惊讶时，这种大脑反应最强烈。例如，在小鼠学会将高音调与获得水联系起来后，研究人员决定稍微改变一下，有时释放一股空气来代替水。这些变化不仅改变了小鼠的行为——例如，意外的空气吹拂使小鼠在下一次试验中更加警惕按下杠杆——科学家们还发现，当动物获得这些意外结果时，蓝斑核释放了更多的去甲肾上腺素。研究人员还发现，阻止去甲肾上腺素的释放会使小鼠在掌握何时按下杠杆以获得水奖励方面变得不太准确。这一发现有助于证明去甲肾上腺素在帮助我们从意外事件中学习方面特别有用。
在未来的工作中，研究人员可以调查人类是否也存在类似的过程。科学家们还可以研究去甲肾上腺素如何与其他化学信使（如多巴胺）协同工作，这些信使在我们对奖励的反应中发挥作用。这项新研究清楚地表明，“惊喜元素”背后可能存在比任何人预期的都复杂得多的神经化学故事。
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