眶额叶的研究，始于反转学习的迷雾
2020/1/17 12:10:49 生物流BioStream

     让Charles意想不到的是，在反转学习的实验结果发表后的年月里，眶额叶的功能反而陷入了迷雾之中。

     反转学习

     1969年，密西根大学的Charles Butter教授在研究猕猴眶额叶的认知功能时，设计了名为反转学习的行为学实验。

     实验很简单。

    

     猴子的二选一任务

     猕猴面对两个视觉刺激，其中一个有奖励，而另一个没奖励。猕猴很快学会了选择有奖励的刺激。这时，再将两个视觉刺激对应的奖励反转，即原来有奖励的刺激变成没奖励的，原来没奖励的变成有奖励的。然后，再让猕猴选择。等猕猴行为表现再次达到一定标准时，视觉刺激的奖励再反转。如此反复操作。

    

     反转学习任务流程示意图

     对于正常的猕猴，奖励反转后，它们会很快调整自己的行为，选择之前没奖励而当下有奖励的刺激。并且，随着反转次数的增多，猕猴反转自己的行为所需的时间越来越短，反转过程中错误选择的次数也越来越少。

     眶额叶的损毁影响反转学习

     眶额叶是前额叶的一部分，藏于眼眶之后。

    

     猕猴的眶额叶

     Charles发现，如果损毁猕猴的外侧眶额叶，反转后猕猴的学习速率显著下降，也就是说，猴子需要花更长的时间才能反转行为。并且，随着反转次数的增多，猕猴行为转变的速度并没有明显改善。但眶额叶并不影响最开始的任务学习，只影响反转后的学习。

    

     和正常猴子(Con)比，眶额叶(PFo)损毁的猴子在反转后的学习中会犯更多的错误。

     这一结论不但在猕猴身上成立，在人类、啮齿类动物上也成立。

     反转学习随之成为了风靡眶额叶研究领域的认知任务。

     反转学习的虚假繁荣

     打眼一看，反转学习很简单。但深入思考，它其实一点也不简单。这从各领域科学家的反应便可看出端倪。

     支持反应理论的科学家认为，反转学习实验证明，眶额叶可以抑制之前学到的行为，即反应抑制(response inhibition)。反转后猕猴要抑制自己选择先前有奖励的刺激的动作，或者说削弱先前的刺激-反应联结，而眶额叶的损伤让猕猴对行为的抑制能力减弱，所以才导致猕猴花费更久时间改变原来的行为。

    

     反转后，动物需要抑制原先的选择动作

     支持价值理论的科学家宣称，眶额叶可以将主观价值赋予外界的事物，或者说负责刺激和奖励之间的联结记忆，并且比较不同刺激的价值。眶额叶受损后，猕猴无法灵活地将新的价值赋给视觉刺激，因此会犯更多的错误。

    

     而支持具体结果理论(Specfic-Outcome Theories)的科学家则声称，在预测奖励的具体特征时，眶额叶必不可少。在反转学习实验中，一个刺激的奖励如果是香蕉，那么香蕉有其独特的味觉特征。猕猴在眶额叶损伤后，无法预测奖励的具体特征，或无法将奖励的具体特征和视觉刺激偶联，反转学习时的行为因此会受影响。

     值得注意的是，具体特征理论和价值理论不同，一个奖励的具体特征和其价值是独立的。比如，香蕉和苹果的味觉口感不一样，两者的具体特征不一样，但两者的价值对猴子来说可能是一样的。

    

     橘子和苹果对猴子来说，主观价值也许相同，但口感特征不同

     繁荣背后的反思

     反转学习之所以如此受欢迎，是因为它从不同角度为各种眶额叶的功能理论提供了证据。从另一方面也说明，反转学习不单一，包含太多认知功能。

     在初始学习中，猕猴获知了太多因素之间的联系。比如视觉刺激和运动反应之间的联系，视觉刺激和奖励之间的联系，运动反应和结果之间的联系等等。反转不会只影响其中一种，而是影响所有。反转之后，所有的联结都会反转。眶额叶的损毁只需影响其中一个联结的反转，就会影响猕猴的行为表现。

     反转学习表面形式上的简单，隐藏的是内部认知成分的复杂。

    

     简单的反转学习背后，隐藏着复杂的认知成分

     当各种理论都在“弹冠相庆”，以为获得了反转学习的数据支持时，科学家却陷入了反思。眶额叶的损毁究竟影响了哪种认知功能？

     然而，还没有等科学家从深思的泥潭中爬出，新的实验证据就将一切思索付之一炬。

     眶额叶并不参与反转学习

     在早期的猕猴实验中，科学家通常采用简单粗暴的手段损毁眶额叶。比如，把一根连着真空泵的玻璃吸尖管插入眶额叶，将眶额叶脑组织尽数吸走。

    

     被吸走的右侧眶额叶(黄色箭头之间)

     这种损毁方法操作方便、行之有效，却隐藏着一大弊端。被抽走的眶额叶组织，不仅包括眶额叶内的神经元，还包括路过眶额叶的神经纤维。内侧颞叶的一些脑结构将神经纤维投射到前额叶，这些投射纤维经过后眶额叶。真空抽吸不但会破坏眶额叶，还会切断内侧额叶到前额叶的神经连接。

     所以，以前的实验结果有两种解释，一种是眶额叶损坏引发的，另一种是过路的神经纤维切断引起的。

     为了区分这两种可能，科学家采用了另一种损毁方法。科学家将一种毒药，如兴奋性毒素鹅膏蕈氨酸，注射进眶额叶。鹅膏蕈氨酸是一种剧烈的神经毒素，可不加选择地强烈兴奋含有谷氨酸受体的神经元，使神经元兴奋致死。

    

     鹅膏蕈氨酸

     谷氨酸受体广泛存在于神经元胞体和树突上的轴突后膜，但并不在神经纤维(轴突)上表达。因此，鹅膏蕈氨酸可以杀死眶额叶内的神经元，但对路过的神经纤维束秋毫不犯。

     利用鹅膏蕈氨酸，科学家选择性损毁了眶额叶。结果，猕猴在反转学习任务中的行为并没有受影响。这说明，早期的实验结果极有可能是破坏路过眶额叶的神经纤维引起的。

    

     真空抽吸(OFCASP)损毁眶额叶影响反转学习，而兴奋性毒素(OFCEXC)损毁不影响

     为了进一步确认这一结论，科学家用真空抽吸法损毁包含过路神经纤维的后眶额叶，而保持眶额叶的其他部分完好无损。结果，猕猴在反转学习任务中的表现受严重影响。进一步证实了这一结论。

    

     损毁含有投射神经纤维的后眶额叶(OFCSTRIP)，猕猴的反转学习受影响

     以上的实验证据表明，眶额叶本身并不参与反转学习。

     眶额叶的功能到底是什么？

     眶额叶的研究刚从反转学习的迷雾中走出，又跌入了寸步难行的泥潭。

     眶额叶不参与反转学习，并不意味着以反转学习为证据的反应抑制理论、价值理论、具体特征理论都跟眶额叶无关。要弄清眶额叶的认知功能，一个简单的反转学习是远远不够的。科学家需要设计更加精巧、更加复杂的认知任务以及对照实验。

     (生物流系头条号签约作者)

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