眶额叶之谜 | 反应抑制
2020/4/30 6:27:31 生物流BioStream
Phineas Gage
公元1848年9月13日，对Phineas Gage来说，是不幸的一天。但对于脑科学来说，却是意义非凡的一天。
那天，工人们接到指令，要去炸开拦住铁路的大石块。石块被炸飞的一瞬间，一根钢管不偏不倚直戳进Phineas Gage的头颅。钢管自脸颊刺入，由头顶飞出。
所幸，Phineas Gage并没有当场死亡，他奇迹般活了过来。康复后的Phineas Gage，除了面部的创伤，外表看起来跟常人无异。然而，工友们却断然认定，Phineas Gage已经不是Phineas Gage了。
原本，Phineas Gage是一个认真负责、温文尔雅的绅士。事故之后，他的个性转了180度。他变得鲁莽不堪、粗俗亵渎、刚愎自用等，他不再约束自己的行为。
Phineas Gage的案例，在历史上首次表明大脑在人格中的决定性作用，引发了19世纪关于大脑和思想的讨论。
钢管损毁了Phineas Gage大面积的左侧前额叶，尤其是位于眼眶后的眶额叶，受损最严重。
Phineas Gage的眶额叶受损最严重
因此，科学家猜测，眶额叶的功能很可能涉及行为抑制。这是眶额叶首次被贴上行为抑制的功能标签。
行为抑制
行为抑制是大脑的高级功能。当人们需要完成一项任务时，行为抑制赋予人们抑制不恰当行为的能力。具体来讲，可以抑制个体对刺激的习惯反应、自然反应、冲动反应等。
例如，饥饿时，看见奶油蛋糕，你正常的反应是扑上去填满腮帮。但如果正在节食减肥，你会抑制住吃蛋糕的冲动。这是大脑的行为抑制功能在起作用。
行为抑制和眶额叶的关系最初在猕猴的二选一反转学习认知任务中得到印证。
眶额叶
二选一反转学习和眶额叶
在二选一反转学习任务中，只有两个刺激，其中一个有奖励。对应的，猴子只有两个选择，选择对了会有奖励。因此，猴子要将其中一个刺激跟奖励联系起来。
二选一任务
之后，刺激和奖励的关系反转，猴子需要选择原来没有奖励的刺激，才能再次获得奖励。
眶额叶损毁的猴子在反转自己的行为时更加吃力，需要更长的时间。其原因可能是眶额叶损毁的猕猴无法抑制先前的选择行为，行为的灵活性受损。
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
因此，反转学习的实验结果是眶额叶行为抑制功能的一个证据。
但反转学习的实验结果还可以通过其他方式解释，比如，缺失眶额叶的猴子无法反转刺激和奖励之间的联结记忆，或者说无法更新刺激的价值，也会导致猴子的反转行为受损。因此，反转学习实验只是一个证据，并不能证明眶额叶具有抑制行为反应的能力。
而近几年的实验的证据则从根本上否定了眶额叶在反转学习中的作用。最具代表性的研究来自美国科学家Elisabeth A. Murray，Murray用神经毒素鹅膏蕈氨酸(Ibotenic acid)损毁眶额叶。
鹅膏蕈氨酸(Ibotenic acid)
鹅膏蕈氨酸只损毁眶额叶内的神经元，穿过眶额叶的神经纤维可幸免于难。使用鹅膏蕈氨酸可以排除切断投射神经纤维带来的影响。这种情况下，眶额叶损毁并不会影响猴子的反转学习。这就让最初的实验证据成了空中楼阁。
神经毒素损毁眶额叶(OFCEXC)不影响反转学习
然后，更加颠覆的实验结果还在后头。
2010年牛津大学的科学家Rushworth的一篇研究表明，在三臂老虎机行为范式下，眶额叶损毁的猴子，抑制先前行为的能力，或者说行为的灵活性并没有受损。相反，猴子的行为更灵活，更倾向于频繁变换选择。
三臂老虎机反转学习和眶额叶
电脑屏幕上呈现三张图片，猴子只能选择其中一个，三张图片分别对应不同的奖励概率。例如，选择A图片的奖励概率是0.6，那么，平均来说，猴子选择A图片10次，就有6次机会获得奖励。这就是猴子的三臂老虎机任务。猴子起初并不知道每张图的概率，他要去选择、探索、总结。
猴子的三臂老虎机任务
三张图片的奖励概率有大有小，并且会随时间变化。中途，奖励概率还会反转。原先奖励概率最大的图片会变成概率最小的，原先奖励概率最小的会变成概率最大的。
三张图片A、B、C对应的奖励概率随时间变化，并在中途反转
为了最大化奖励，猴子需要不断地更新每张图片对应的奖励概率。
每当新的一天开始，猴子都会面对全新的图片，需要从头探索新图片对应的奖励概率。
手术前正常的猴子，很快会找到奖励概率最高的图片。行为上的表现为，猴子有百分之七八十的概率会选择最高奖励图片。在奖励概率反转后，猴子选择最高奖励图片的概率骤降。随着不断摸索，猴子可以再次找到新的最高奖励图片。
手术前，猴子可以很快找到反转后的最大奖励图片
手术后，猴子的眶额叶被损毁。但猴子依然能在反转前找到奖励最高的图片，这跟正常猴子相同，不同的是反转后。反转后，猴子无法再次锁定新的最高奖励图片。
反转后，眶额叶损毁后的猴子无法再次找到奖励概率最高的图片(OFC浅蓝线)
这一结果跟二选一的反转学习任务类似，奖励反转后，眶额叶受损的猴子都无法做出最优选择。
进一步分析发现，眶额叶受损的猴子并不是无法抑制之前的选择行为，或者说无法灵活改变行为。相反，太灵活了，比正常猴子都灵活，猴子频繁切换选择，以至于它无法坚持选择最优图片。
眶额叶损毁手术后，猴子频繁变换自己的选择行为(右图深灰色曲线)
所以，至少在三臂老虎机的实验范式中，眶额叶并不负责行为抑制。相反，眶额叶的损毁反而让猴子的行为更加多变。
然而，历史会重演，这在科学上也时有发生。
曾经发生在反转学习任务上的事情，如今分毫不差地发生在三臂老虎机任务上。
2017年，同样是美国科学家Elisabeth A. Murray，她又用神经毒素做了一个损毁眶额叶的实验。结果发现，眶额叶不参与三臂老虎机反转任务。这再次否定了眶额叶参与行为抑制或行为灵活性的观点。
神经毒素损毁眶额叶并不影响三臂老虎机反转任务
总结
眶额叶并不参与二选一反转学习，以及三臂老虎机反转学习任务，反应抑制赖以呼吸的氧气被抽空。因此，如今科学家普遍相信，眶额叶参与行为抑制的观点，已经站不住脚。
(生物流系头条号签约作者)
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