资料来源：经济日报

朱英杰是中国科学院深圳先进技术研究院脑认知与脑病研究所的研究员。 本报记者 喻 剑摄

丘脑室旁核图为荧光标记（PVT）。

(数据图片)

如果你面前有一块美味的奶酪，老鼠通常会兴奋地奔向美味的食物。但是如果奶酪旁边有一只凶猛的猫呢？老鼠会做出什么选择？它的大脑经历了什么样的风暴？如今，大脑中风暴的特定区域已被科学家标记并反复验证——

不久前，中国科学院深圳先进技术研究所脑认知与脑病学研究所研究员朱英杰与斯坦福大学生物系教授陈晓科合作发现，大脑有一个关键的大脑区域，动态评估外部信息的重要性部信息的重要性（PVT），在不同的环境和生理环境和生理状态下事件的重要性，从而帮助我们做出适当的选择。

他们首次发现，在老鼠的大脑中，有一群神经元可以编码外部信息（即生物显著性）。这些位于大脑中部PVT脑区的神经元活动能反映外界刺激的重要性，并随内部生理状态和外部环境而动态变化，从而控制学习能力。该研究成果已以长文的形式发表在国际顶级期刊《科学》杂志上。

“判断信息的重要性是一个高级的大脑功能，它能够帮助人们更好地适应环境，也控制着人们的注意力和学习能力。这一发现为人们未来研究如何提高大脑的认知和学习能力奠定了重要基础，对普通人群和脑疾病患者的认知与治疗均具有突破性意义。”朱英杰表示。

评估大脑中信息重要性的脑区

我们一直在接受大量信息的轰炸。为什么你从大量信息中提取最重要的信息并做出反应？

朱英杰说：这是大脑信息处理面临的一个基本问题。此前，国际科学界普遍认为，PVT调节负面情绪，但他们通过实验证明了同一脑区的颠覆性——PVT动态编码事件的重要性概念。

这项重要的研究扩大了我们对丘脑功能的理解，发现了影响学习和记忆的重要神经机制。这项工作将引起脑认知和脑疾病研究的广泛关注，并吸引更多的研究人员探索PVT罗伯特是美国三院院士、斯坦福大学终身教授·马伦卡评论道。

在研究中，研究人员首先训练老鼠有条件地学习嗅觉巴甫洛夫，并偶尔将不同的气味刺激与奖励（水）或惩罚（吹气）联系起来。然后他们发现它位于大脑中部PVT无论是奖励还是惩罚性刺激，神经元都能被重要事件激活。研究人员还发现，老鼠对气味的反应也很有趣——他们第一次向老鼠展示了老鼠不喜欢的中性气味，如果这是第一次，它可以被激活PVT；但如果气味反复出现，没有任何后果，PVT反应逐渐消失；当气味与奖励或惩罚偶联系在一起时，PVT又能被激活。此外，PVT激活的范围也能反映刺激的强度——两滴水的奖励比一滴水的奖励更能激活PVT。

论文通讯作者陈晓科说：这是丘脑中首次发现神经元能反映外界刺激的重要性。

朱英杰第一次在活动中的动物身上进行多通道电生理记录技术应用实验。2016年，在实验初期，他遇到了许多技术问题，如小鼠运动时电噪音过大等。因此，他不得不去其他实验室寻求建议，并走了一些弯路来逐一克服问题。

这项研究非常复杂和精致，研究结果表明，丘脑的特殊核团——丘脑室旁核在跟踪外界刺激的显著性方面发挥着重要作用。大脑利用这些信息来学习如何衡量外部刺激，并忽略或避免某些刺激。”罗伯特·马伦卡说，人们一直认为丘脑主要参与处理环境中的感觉刺激，国际科学界对此表示PVT研究主要与焦虑、恐惧、抑郁等负面情绪有关，讨论了丘脑如何在不同形式的学习和记忆中发挥关键作用。可以预见，许多常见的脑病也可能涉及丘脑室旁核功能异常，如药物成瘾和抑郁。

大脑会动态调节内外环境的变化

实验成实验的第一步之后，朱英杰一直在冥想：神经细胞编码信息的重要性是什么？如何深入挖掘这种响应机制？随后，通过改变内部生理状态和外部环境，进一步研究了面对内外环境变化后的动态响应。

研究表明，外部刺激的重要性不仅取决于刺激本身的物理特征，还取决于动物的内部生理状态和外部环境。

例如，当老鼠饿的时候，食物对它来说是一个非常重要的资源；但当它吃饱的时候，食物的诱惑就会大大降低。此外，外部环境的变化也影响了事件的重要性。即使老鼠饿了，食物他面前，但如果有一只猫在食物旁边，猫的重要性（重要性）大于食物，老鼠会抑制食物的冲动，首先避免猫。

他们通过光纤成像记录技术和单细胞电生理记录技术从不同角度反复验证发现，PVT根据动物的内在生理状态和外部环境，神经元的活动能动态反映动物对重要性的判断。

此外，他们还在研究中发现PVT脑区对预期奖励失败有动态评价机制。换句话说，当老鼠每天在冰箱前找到一块奶酪时，它就习惯了这种奖励。但有一天，当老鼠在冰箱前看不到奶酪时，它的心理失落感就会被激活PVT。

然而，由于动物有消退学习的能力，如果它们习惯了冰箱前没有奶酪，它们就会逐渐习惯于这种失落感，并停止这种行为。就像夫妻之间的七年之痒PVT反应也会趋于平淡，这时，夫妻就可能过成了“家人”。但如果一旦有外界环境的刺激，又可能会重新激活初恋时的“心动感”。

然而，研究人员还发现，如果他们控制小鼠，PVT在活动中，消退学习的过程会变慢。朱英杰说:假设人为干预可能会减缓情绪消退的过程。PVT保持活动稳定，夫妻之间可能总会有‘心动’。

人为干预可以提高注意力和学习能力

朱英杰自2017年加入中国科学院深圳先进技术研究所以来，一直致力于深入研究大脑对信息重要性的评价机制。我们的最终目标是解决问题，使科学研究‘有用’。朱英杰说。

评估信息的重要性有助于关注重要事件，从而提高学习能力。研究人员利用光遗传学神经调节发现，PVT控制小鼠学习的速度和效果。在嗅觉巴甫洛夫条件学习中，小鼠可以学习气味与水奖励的偶联，表现为预期的舔水。人工利用光遗传技术抑制PVT活动结束后，这种偶联学习的速度和效果受到很大损害。这说明，PVT活动对学习能力非常重要。

随着人工智能的发展，以深度学习为代表的机器学习方法在视听感知上堪比甚至超越人类。但在2018年8月举行S在43次香山科学会议上，中国科学院神经科学研究所院士蒲慕明指出，与人脑学习能力相比，机器学习在可解释性、推理能力和举一反三方面存在明显差距。

发展大脑智能，让机器向人学习，是提高人工智能水平的重要方向。香港科技大学院士叶玉如也指出：目标是模拟大脑的机制和结构，开发更普遍的人工智能，以应对多任务、自学和自适应等挑战。

近年来，脑科学研究正在从传统的“读脑”向“控脑”转换。此项研究工作正是对PVT脑区的读和控。

未来，我们将进一步研究我们能否通过增强进一步研究PVT朱英杰说：活动可以提高人们的注意力，提高人们的学习能力，这将为转辟一扇窗口。

此外，大脑机制的研究发现可能为未来脑智能与人工智能技术的结合提供新的研究思路。例如，在大数据时代，如何从海量信息中找到重要的有效信息？在一万张脸上，如何通过生物学特征快速准确地识别你想要找到的人？背后的生物学原理需要找到。业内专家表示，通过研究大脑如何动态评价外部信息的重要性和生物显著性的内部机制，对未来脑智能的发展具有重要意义，加强脑融合，促进人工智能技术的跨越式发展。