大腦如何決定做出努力的？

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神經科學家已經有清晰的證據來證明人類大腦中一個被稱為腹側紋狀體的區域在決策過程中會起作用，以衡量付出體力努力的成本與收益。

埃默里大學科學家在《自然-人類行為》上發表了一項研究，它首次詳細介紹了腹側紋狀體在基于努力的決策的三個階段的活動--預期開始努力、實際執行努力和努力的獎勵或結果。

“了解潛在動機的神經機制很重要，”該研究的第一作者、埃默里大學心理學研究生鈴木修介(Shosuke Suzuki)說。“我們的工作對治療與動機降低有關的疾病，如抑郁癥、精神分裂癥和創傷后應激障礙具有廣泛的意義。它還可能有助于加強從教育到體育和公共衛生等各個方面的激勵計劃。”

大腦紋狀體的繪圖。大腦的紋狀體(紅色部分)是運動和獎勵系統的關鍵組成部分。(Wikipedia Commons)

該研究的資深作者邁克爾·特雷德(Michael Treadway)教授韋補充說:“愿意付出努力對我們的生存至關重要，也是我們每天都在使用的東西。我們已經確定了腹側紋狀體的兩個密切重疊但卻截然不同的區域，它們與基于努力的決策的不同階段有關。通過我們確定的子區域，我們提供了一種具體的神經成像工具來測量與這些階段相關的信號的靈敏度，其他人可以將其應用于自己的數據。”

例如，特雷德說，與對照組相比，新方法可以提供一個窗口，讓人們了解藥物是如何影響患有動機缺陷的患者的大腦的。

特雷德實驗室專注于理解與情緒障礙、焦慮和決策相關的精神癥狀的分子和回路水平機制。

腹側紋狀體位于大腦半球深處，是一個與運動和調節獎勵體驗和動機有關的區域。

神經影像學一直表明，腹側紋狀體在決策過程中被激活，以編碼相對于成本(如等待時間和概率)的獎勵的潛在價值。腹側紋狀體幫助你決定是為 "次日 "快遞支付更多費用，還是選擇 "免費的一周 "快遞來接收包裹。

然而，先前的神經成像研究未能在腹側紋狀體中檢測到需要體力做出決定的強烈價值信號。如果你想要更多的咖啡，但壺里的咖啡是空的，是否值得起來再沖一些?

鈴木說:“這是一個謎，為什么這個大腦區域對獎勵的價值與時間和概率進行編碼，但對體力勞動卻沒有這樣做。這是神經影像學文獻中的一個悖論。”

先前對嚙齒動物的研究表明，腹側紋狀體對于激勵動物為食物等獎勵而工作至關重要。動物研究也顯示了腹側紋狀體中存在兩種相反信號的證據。激活信號使動物準備工作，而折扣信號幫助動物選擇需要最少努力的獎勵。這些信號幫助動物為它們需要的東西工作，同時也確保它們不會過度工作。

這些信號的存在從未在人類身上進行過測試。埃默里大學的研究人員推測，當完成一項任務的物理成本上升時，激活信號將促使腹側紋狀體活動的增加，而折扣信號將促使活動的減少。他們提出，在之前的研究中，努力的成本和努力本身的激活這兩種信號的同時激發，使得更難檢測到價值信號。

檢測與體力活動相關的大腦活動的另一個復雜因素是，神經成像要求參與者在掃描大腦時一動不動地躺在功能性磁共振成像儀(fMRI)中。

為了解決這些問題，研究人員設計了fMRI實驗，允許參與者保持仰臥姿勢，并將涉及努力的神經信號和與努力成本相關的神經信號分開。

在第一組實驗中，研究人員創建了一個虛擬迷宮。研究人員掃描了參與者的大腦，向他們展示了迷宮導航任務，這些任務需要不同程度的努力。在一種情況下，參與者被動地看著自己在虛擬迷宮中移動。在另一種情況下，他們只需按下手持設備上的按鈕就可以穿過迷宮。第三個條件要求玩家付出更大的努力，反復快速地按下按鈕來穿過迷宮。當他們成功完成每一個迷宮時，都會得到象征性的金錢獎勵。

在第二個實驗中，當參與者在兩個選項之間做出一系列選擇時，他們的神經活動被測量了，每個選項需要不同的獎勵和努力。努力和獎勵金額按順序呈現，試圖在預期各種努力要求時分離出努力激活信號。

結果表明，腹側紋狀體的兩個不同區域對不同階段的體力勞動和基于努力的決策做出反應，并有一些重疊。前部區域的活動主要與獎勵和努力成本有關，而背側區域的活動主要與努力運動的開始有關。這種與費力運動相關的活動與另一個區域的活動不同，這個區域被稱為putamen，與簡單運動的開始有關。

研究人員現在希望在此基礎上進一步了解大腦如何編碼與動機相關的信號。

參考內容：

https://news.emory.edu/features/2020/12/esc-brain-effort/index.html

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