研究人员发现，将成本考虑因素纳入习惯学习

Graybiel和她的同事以前在进行习惯锻炼时发现大脑中清晰的开始和结束信号。这些信号出现在纹状体中，该纹状体是大脑的一部分，可以协调身体的运动。图像：劳拉·彼得森（Laura Petersen）/冲绳科技大学

麻省理工学院最近发表的一项研究表明，灵长类动物的习惯形成是由神经元驱动的，神经元代表了一种习惯的代价以及回报。

我们是习惯的动物，几乎不知不觉地执行例行程序。我们有一些良好的习惯；其他人则更少。毕竟，习惯被认为是建立在大脑中的奖励机制所驱动的。然而，事实证明，大脑的习惯形成电路也可能被布线以提高效率。

麻省理工学院的一项新研究表明，至少在灵长类动物中，习惯形成是由神经元驱动的，这些神经元代表了习惯的成本以及报酬。麻省理工学院的研究所教授，麦戈文脑科学研究所的成员安·格雷比尔说：“大脑似乎在寻求成本和收益的最佳选择。”

这项研究是第一个表明将成本考虑因素与习惯学习联系起来的研究。这项发现发表在本周的《神经元》杂志上，也可以提供对涉及重复行为问题的神经精神疾病的见解，例如帕金森氏病，亨廷顿氏病，强迫症，图雷特综合症和自闭症谱系障碍。

习惯的剖析

Graybiel和她的同事以前的工作发现，在养成习惯时，大脑中清晰的开始和结束信号。这些信号出现在纹状体中，它是大脑的一部分，可以协调身体的活动。在经过训练可以执行特定任务的小鼠，大鼠和猴子中，已经观察到了这些信号。

几年前，当时在她实验室工作的博士生Graybiel和Theresa Desrochers决定让两只猴子在未经培训的情况下自行学习习惯，以此来模仿现实生活中的学习。他们还记录了学习期间纹状体中1600个神经元的活动。

灵长类动物学会了几个月，以视觉方式在屏幕上浏览点状网格，以寻找随机选择的被“诱饵”的点，这意味着当猴子的眼睛经过时，猴子会收到一喷果汁。当猴子的眼睛落在“诱饵”点上时，点阵的颜色就会改变，这表明奖励即将来临。

随着时间的流逝，猴子的眼睛反复走同一条路，表明眼睛的运动已经习惯了。Desrochers说：“我们允许动物以自己的习惯来养成自己的习惯，就像我们在世界上养成习惯一样。” Desrochers现在是布朗大学的博士后。

此外，这些习惯性的眼睛扫描模式变得更加有效。猴子缩短了他们参观小点的路径，就像旅行推销员可能会改善销售路线一样。Graybiel和Desrochers在2010年发表了有关行为的这些发现。

Desrochers等。表明我们如何在日常生活中养成习惯可能是由纹状体中的综合成本效益信号驱动的。这些信号被记录在猴子中，它们在没有明确训练的情况下执行了自己的运动序列。

丝锥

这篇新论文揭示了猴子学习习性后捕获的神经记录的分析发现。Graybiel，Desrochers和合著者，Graybiel实验室的研究科学家Ken-ichi Amemori观察到在习惯性活动的边界形成了清晰的开始和结束信号。另外，随着时间的流逝，结束信号发生了巨大变化。

研究人员放大了这些结束信号，即在动物找到“诱饵”点之后以及即将获得奖励之前的400毫秒时间窗口。在学习的早期阶段，信号的计时不太精确，会在整个时间窗口内触发。但是随着学习的进行，在猴子的习性结束后，神经元几乎在几乎同一时间开始在狭窄的窗口中发射信号。Desrochers说：“信号越来越强，似乎与动物反复执行这些模式有关，随着动物养成习惯，会在神经上强化该模式。”

为了将这些神经元的放电与习惯形成联系起来，研究小组将神经活动的变化与行为的变化进行了比较，发现两者是并行变化的。在试验过程中，某些神经元的放电变化以成本跟踪，以眼动路径的长度来衡量，而其他神经元的变化则与报酬相关。

还有其他与成本和报酬相关的，正是这些神经元使猴子的放电更加敏锐，因为猴子学会了这种习性并以较短，成本更低的眼动模式定居。Desrochers说：“这种强烈的相关性表明，奖励和成本在这些神经元中都得到了体现，并且正在推动养成习惯的行为。”

普林斯顿大学心理学副教授，普林斯顿神经科学研究所的附属机构Yael Niv说：“要知道还有其他大脑信号，例如隐藏在奖励信号下的成本是非常令人兴奋的。”“这项研究表明，我们不应被奖励蒙蔽。奖励只是硬币的一面。另一面是您需要为此付出多少。”

目前尚不清楚这些神经元如何驱动行为，因为Graybiel和Desrochers尚不知道这些纹状体中这些特定的神经元与什么相连。Graybiel推测，神经元是一个较大电路的一部分，该电路可以增强对重复性任务甚至可能是重复性思想的学习，但是需要更多的研究来检验这一想法。

此外，Graybiel有兴趣了解这些信号在神经精神疾病中的作用。第一步将包括鉴定代表具有重复行为症状的人类神经精神疾病的小鼠模型中的成本和报酬的细胞。

“我们对重复行为很感兴趣，因为我们的创造力大脑依赖于这种巨大的习惯冰川。正是这种美妙的机制使我们解放了，” Graybiel说。“但是通过了解接线和可能出问题的地方，能够更多地了解涉及不健康重复行为的疾病也是一个梦想。”

出版物：Theresa M. Desrochers等人，“天真猕猴的习惯性学习以纹状体神经元的响应锐化为标志，代表了获得性动作序列的成本和结果，” Neuron，第87卷，第4期，p853-868，2015年8月19日； doi：10.1016 / j.neuron.2015.07.019