根據麻省理工學院的一項新研究，當你的大腦需要你關注一些重要的事情時，它可以做到的一種方法是發出一陣去甲腎上腺素。

這種神經調節劑由大腦深處稱為發芽孢子的結構產生，可以在整個大腦中產生廣泛的影響。在一項針對小鼠的研究中，麻省理工學院的研究小組發現，去甲腎上腺素(也稱為去甲腎上腺素)的一個關鍵作用是幫助大腦從令人驚訝的結果中學習。

“這項工作表明，coeruleus位點編碼意外事件，關注這些令人驚訝的事件對于大腦評估其環境至關重要，”麻省理工學院腦與認知科學系牛頓神經科學教授Mriganka Sur說，他是麻省理工學院Picower學習與記憶研究所的成員。 西蒙斯社會大腦中心主任。

除了在發出驚訝信號方面的作用外，研究人員還發現去甲腎上腺素有助于刺激導致獎勵的行為，特別是在不確定是否會提供獎勵的情況下。

蘇爾是這項新研究的資深作者，該研究今天發表在《自然》雜志上。文森特·布列塔尼-普羅文徹(Vincent Breton-Provencher)是前麻省理工學院博士后，現在是拉瓦爾大學的助理教授，而麻省理工學院的研究生加布里埃爾·德拉蒙德是該論文的主要作者。

調制行為

去甲腎上腺素是影響大腦的幾種神經調節劑之一，還有多巴胺、血清素和乙酰膽堿。與能夠進行細胞間通訊的神經遞質不同，神經調節劑被釋放到大腦的大片區域，使它們能夠發揮更普遍的效果。

“神經調節物質被認為可以灌注大腦的大面積區域，從而改變神經元以更點對點的方式接收的興奮性或抑制性驅動，”Sur說。“這表明它們必須具有非常關鍵的全腦功能，這些功能對生存和大腦狀態調節很重要。

雖然科學家們已經了解了很多關于多巴胺在動機和獎勵追求中的作用，但對其他神經調節劑(包括去甲腎上腺素)知之甚少。它與喚醒和提高警覺性有關，但過多的去甲腎上腺素會導致焦慮。

以前對大腦去甲腎上腺素的主要來源coeruleus位點的研究表明，它接收來自大腦許多部位的輸入，并且還發送其信號。在這項新研究中，麻省理工學院的團隊開始研究其在特定類型的學習中的作用，稱為強化學習，或通過反復試驗學習。

在這項研究中，研究人員訓練小鼠在聽到高頻音調時按下杠桿，但當它們聽到低頻音調時則不會。當小鼠對高頻音調做出正確反應時，它們會接受水，但如果它們在聽到低頻音調時按下杠桿，它們就會收到令人不快的空氣。

當聲音更大時，老鼠也學會了用力推動杠桿。當交易量較低時，他們更不確定是否應該推動。而且，當研究人員抑制coeruleus位點的活動時，當老鼠聽到低音量的音調時，它們變得更加猶豫是否要推動杠桿，這表明去甲腎上腺素促進了在回報不確定的情況下獲得獎勵的機會。

“動物在推動，因為它想要獎勵，而coeruleus位點提供了關鍵信號，說，現在就推動，因為獎勵會到來，”蘇爾說。

研究人員還發現，產生這種去甲腎上腺素信號的神經元似乎將其大部分輸出發送到運動皮層，這提供了更多證據表明該信號刺激動物采取行動。

信號驚喜

雖然去甲腎上腺素的最初爆發似乎刺激小鼠采取行動，但研究人員還發現，第二次爆發經常發生在試驗結束后。當老鼠獲得預期的獎勵時，這些爆發很小。然而，當審判的結果出人意料時，爆發要大得多。例如，當一只老鼠得到一股空氣而不是它所期望的獎勵時，coeruleus會發出一大股去甲腎上腺素。

在隨后的試驗中，當不確定它是否會獲得獎勵時，這只老鼠不太可能推動杠桿。“動物在不斷調整自己的行為，”蘇爾說。“盡管它已經學會了這項任務，但它正在根據剛剛完成的工作調整自己的行為。

當小鼠獲得意想不到的獎勵時，它們在試驗中也表現出去甲腎上腺素的爆發。這些爆發似乎將去甲腎上腺素擴散到大腦的許多部位，包括前額葉皮層，在那里發生計劃和其他高級認知功能。

“coeruleus位點的驚奇編碼功能似乎在大腦中更為普遍，這可能是有道理的，因為我們所做的一切都是由意外調節的，”蘇爾說。

研究人員現在計劃探索去甲腎上腺素與其他神經調節劑(尤其是多巴胺)之間可能的協同作用，多巴胺也會對意想不到的獎勵做出反應。他們還希望更多地了解前額葉皮層如何存儲來自coeruleus位點的輸入的短期記憶，以幫助動物在未來的試驗中提高其表現。