大脑如何决定做出努力的？

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神经科学家已经有清晰的证据来证明人类大脑中一个被称为腹侧纹状体的区域在决策过程中会起作用，以衡量付出体力努力的成本与收益。

埃默里大学科学家在《自然-人类行为》上发表了一项研究，它首次详细介绍了腹侧纹状体在基于努力的决策的三个阶段的活动--预期开始努力、实际执行努力和努力的奖励或结果。

“了解潜在动机的神经机制很重要，”该研究的第一作者、埃默里大学心理学研究生铃木修介(Shosuke Suzuki)说。“我们的工作对治疗与动机降低有关的疾病，如抑郁症、精神分裂症和创伤后应激障碍具有广泛的意义。它还可能有助于加强从教育到体育和公共卫生等各个方面的激励计划。”

大脑纹状体的绘图。大脑的纹状体(红色部分)是运动和奖励系统的关键组成部分。(Wikipedia Commons)

该研究的资深作者迈克尔·特雷德(Michael Treadway)教授韦补充说:“愿意付出努力对我们的生存至关重要，也是我们每天都在使用的东西。我们已经确定了腹侧纹状体的两个密切重叠但却截然不同的区域，它们与基于努力的决策的不同阶段有关。通过我们确定的子区域，我们提供了一种具体的神经成像工具来测量与这些阶段相关的信号的灵敏度，其他人可以将其应用于自己的数据。”

例如，特雷德说，与对照组相比，新方法可以提供一个窗口，让人们了解药物是如何影响患有动机缺陷的患者的大脑的。

特雷德实验室专注于理解与情绪障碍、焦虑和决策相关的精神症状的分子和回路水平机制。

腹侧纹状体位于大脑半球深处，是一个与运动和调节奖励体验和动机有关的区域。

神经影像学一直表明，腹侧纹状体在决策过程中被激活，以编码相对于成本(如等待时间和概率)的奖励的潜在价值。腹侧纹状体帮助你决定是为 "次日 "快递支付更多费用，还是选择 "免费的一周 "快递来接收包裹。

然而，先前的神经成像研究未能在腹侧纹状体中检测到需要体力做出决定的强烈价值信号。如果你想要更多的咖啡，但壶里的咖啡是空的，是否值得起来再冲一些?

铃木说:“这是一个谜，为什么这个大脑区域对奖励的价值与时间和概率进行编码，但对体力劳动却没有这样做。这是神经影像学文献中的一个悖论。”

先前对啮齿动物的研究表明，腹侧纹状体对于激励动物为食物等奖励而工作至关重要。动物研究也显示了腹侧纹状体中存在两种相反信号的证据。激活信号使动物准备工作，而折扣信号帮助动物选择需要最少努力的奖励。这些信号帮助动物为它们需要的东西工作，同时也确保它们不会过度工作。

这些信号的存在从未在人类身上进行过测试。埃默里大学的研究人员推测，当完成一项任务的物理成本上升时，激活信号将促使腹侧纹状体活动的增加，而折扣信号将促使活动的减少。他们提出，在之前的研究中，努力的成本和努力本身的激活这两种信号的同时激发，使得更难检测到价值信号。

检测与体力活动相关的大脑活动的另一个复杂因素是，神经成像要求参与者在扫描大脑时一动不动地躺在功能性磁共振成像仪(fMRI)中。

为了解决这些问题，研究人员设计了fMRI实验，允许参与者保持仰卧姿势，并将涉及努力的神经信号和与努力成本相关的神经信号分开。

在第一组实验中，研究人员创建了一个虚拟迷宫。研究人员扫描了参与者的大脑，向他们展示了迷宫导航任务，这些任务需要不同程度的努力。在一种情况下，参与者被动地看着自己在虚拟迷宫中移动。在另一种情况下，他们只需按下手持设备上的按钮就可以穿过迷宫。第三个条件要求玩家付出更大的努力，反复快速地按下按钮来穿过迷宫。当他们成功完成每一个迷宫时，都会得到象征性的金钱奖励。

在第二个实验中，当参与者在两个选项之间做出一系列选择时，他们的神经活动被测量了，每个选项需要不同的奖励和努力。努力和奖励金额按顺序呈现，试图在预期各种努力要求时分离出努力激活信号。

结果表明，腹侧纹状体的两个不同区域对不同阶段的体力劳动和基于努力的决策做出反应，并有一些重叠。前部区域的活动主要与奖励和努力成本有关，而背侧区域的活动主要与努力运动的开始有关。这种与费力运动相关的活动与另一个区域的活动不同，这个区域被称为putamen，与简单运动的开始有关。

研究人员现在希望在此基础上进一步了解大脑如何编码与动机相关的信号。

参考内容：

https://news.emory.edu/features/2020/12/esc-brain-effort/index.html

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