如果有一块香喷喷的奶酪摆在面前，任哪只小老鼠，都会兴致冲冲地奔向美味。但如果奶酪旁冒出一只面露凶相的猫呢，老鼠会做出怎样的选择？食物和生命，哪个更重要？以往，人们认为这种选择理所当然。

10月26日，中国科学院深圳先进技术研究院脑认知与脑疾病研究所（简称先进院脑所）研究员朱英杰与美国斯坦福大学生物系教授陈晓科合作发现，大脑存在一个动态评估外界信息重要性的关键脑区——丘脑室旁核（PVT），该脑区能够在不同环境和生理状态下评估事件的重要性从而帮助我们做出恰当选择。

他们利用光遗传学技术结合电生理和光纤记录技术，首次发现在小鼠大脑中存在一群神经元能够编码外界信息的重要性（即生物学显著性），这些位于大脑中部PVT脑区的神经元活动能够反映外界刺激的重要性，并且随内在生理状态和外部环境而动态地变化，从而控制学习能力。该研究成果以长文形式发表于美国《科学》杂志，朱英杰是论文第一作者。

“判断信息的重要性是一个高级的大脑功能，它能够帮助人们更好地适应多变的环境，也控制着人们的注意力和学习能力。这一发现为人们未来研究如何提高大脑的认知和学习能力奠定了重要基础，对普通人群和脑疾病患者的认知与治疗均具有突破性意义。”朱英杰表示。

大脑中存在对信息重要性进行评估的脑区

我们每时每刻都会接受大量信息的轰炸，为什么你会从海量信息中抽提出对你最重要的信息，并据此做出恰当反应？

“这是大脑信息处理面临的一个基本问题。”朱英杰表示。此前，他曾以第一作者在国际顶级期刊《自然》杂志上发表另一项重要研究，首次发现大脑中存在可以用于戒除毒瘾的全新神经通路。

本次《科学》发表的工作正是针对同一脑区的再次突破，此前国际科学界普遍认为PVT调控负性情绪，朱英杰等针对同一脑区全面研究其基础生理功能，通过实验论证颠覆性提出PVT动态编码事件重要性的概念。

“这项重要研究拓展了我们对丘脑功能的认识，发现了影响学习和记忆的重要神经机制。该工作将引起脑认知和脑疾病研究领域的广泛关注，并吸引更多研究者探索PVT这一重要脑区的功能。”美国三院院士、斯坦福大学终身教授Robert Malenka评价道。

在活动的动物上进行多通道电生理记录技术，对于朱英杰来说是头一遭。2016年实验最开始时，他遇到了很多技术上的困难，比方说小鼠运动时带来的电噪音太大。因此他不得不跑到其他实验室虚心求教，自己制作电极、进行电镀、调整参考电极和地线，花了一两个月的时间才解决这个技术难题。

Robert Malenka院士对该项研究的全面评价如下：“此项研究十分复杂而精巧，主要阐述大脑如何处理和编码可明显影响行为的外界刺激的显著程度，也就是其作为动机的重要性。”

这样做可能让你缓入“七年之痒”

在发现了大脑中存在对信息重要性评估的脑区的基础上，朱英杰与团队又进一步思考，应该如何深挖这种响应机制，并且思考它会具有怎样的意义。显然，外界刺激的显著性（重要性）不仅取决于刺激本身的物理特征,也跟动物的内在生理状态和所处的外部环境有关。

例如，当小老鼠饥肠辘辘时，食物对它来说就是非常重要的资源；但是当它酒足饭饱之后，食物的诱惑性就要大打折扣。另外，外部环境的变化也影响着事件的重要性，即使小鼠饥肠辘辘，食物就在眼前，但如果有只猫在食物旁边，这时猫的显著性（重要性）就要大于食物，小鼠就会压制对食物的冲动首先躲避猫。

他们通过光纤成像记录技术和单细胞电生理记录技术从不同角度反复验证发现，PVT神经元的活动能够根据动物内在生理状态和外部环境，动态反映动物对重要性的判断。

此外，他们也在研究中发现了PVT脑区对于预期奖励落空（Reward Omission）存在动态评估机制。也就是说，当每天小鼠到冰箱前都能发现一块奶酪时，它已经习惯了这种奖赏。但是，有一天当小鼠去到冰箱前却没有看到奶酪时，它的“心理失落感”会激活PVT。

然而，由于动物具有消退学习能力，即它如果习惯了冰箱前没有奶酪，就会逐渐习惯于这种失落感而停止进行该行为。就好比夫妻的“七年之痒”，如果一直习惯了对方的存在，PVT反应也会趋于平淡，这时，夫妻就可能过成了“家人”。但如果一旦有外界环境的刺激，又可能会重新激活初恋时的“心跳感”。

不过，科研人员也发现，如果他们抑制小鼠的PVT活动，其消退学习的过程则会变得更慢。针对上述例子，人为干预也可能会减缓感情消退的过程，使夫妻双方一直保持"心动感"。

有望应用于类脑人工智能技术

随着人工智能发展，以深度学习为代表的机器学习方法在视听觉感知上媲美甚至超越人类。但在日前召开的第S43次香山科学会议上，中科院神经科学所蒲慕明院士也指出，与人脑学习能力相比，机器学习在可解释性、推理能力、举一反三能力等存在明显差距。

发展类脑智能，让机器向人学习，是提升人工智能水平的重要方向。香港科技大学叶玉如院士也曾在会上指出：“目标是在多个层面，理论上模拟大脑的机制和结构，开发一个更具有普遍性的AI以应对包括多任务、自学习和自适应等方面的挑战。”

近年来，脑科学研究正在从传统的“读脑”向“控脑”转换。朱英杰等人的研究工作正是对PVT脑区的“读”与“控”。通过调控PVT脑区的神经活动，他们发现该脑区神经元活性控制着小鼠学习能力。当利用光遗传学技术抑制PVT活动后，偶联性学习的速率和效果都大大受损。

“未来我们将进一步研究,是否可以通过增强PVT活动来提高人们的注意力、增强人们的学习能力,这将为转化应用打开一扇窗口。”朱英杰表示。

此外，该大脑机制的研究发现也可能会为未来类脑智能与人工智能技术的结合提供新的研究思路。

先进院朱英杰研究员是该论文的第一作者，2012年于中科院上海神经所获博士学位，后赴美国斯坦福大学从事博士后研究，2017年全职加入先进院脑所担任研究员。斯坦福大学陈晓科教授是论文通讯作者，2005年于中国科学院上海神经科学研究所获得神经生物学博士学位，之后在加州大学以及哥伦比亚大学从事博士后工作，现任美国斯坦福大学生物系助理教授。

【记者】苏梓威