Connectomic dopamine-neuron disinhibition accelerates behavioral extinction

動物たちは、ルールが絶えず変化する世界で生きています。かつては食べ物へと通じていた道が、突然罠へとつながることがあります。かつては安全を知らせていた音が、今では危険を知らせるものになることもあります。生き残るために、生物は2つの相反するニーズのバランスを取らなければなりません。それは、物事がうまくいっている時に試行を続ける「持続性」と、うまくいかなくなった時に立ち止まり、進路を変更する「柔軟性」です。報酬が消失した際に、習慣を学習し直す（アンラーニングする）この能力は、「行動消去」と呼ばれます。数十年もの間、科学者たちは、脳内の特定の化学信号がこのプロセスを駆動していると考えてきました。動物が報酬を期待しているのにそれが得られないとき、通常は報酬を知らせるために発火するドーパミンニューロンと呼ばれる細胞群が、突如として沈黙すると考えられてきました。この沈黙、あるいは一時停止が、脳による「それをやめなさい。それはもう機能していない」という合図であると考えられてきたのです。

しかし、新しい研究がこの長年の見解に異を唱えています。研究者たちは、これらのドーパミン信号における突然の停止が、報酬がなくなったことを動物が学習するために、本当に必要なのかを知りたいと考えました。そのために、彼らはドーパミンニューロンが存在する脳の深部にある小さな領域、腹側被蓋野に注目しました。彼らは、他の脳細胞がこれらのドーパミンニューロンに対して抑制的なメッセージを送る際に使用する、微細な接続、すなわちシナプスに焦点を当てました。これらの抑制的なメッセージこそが、ニューロンを一時停止させる原因となるものです。科学者たちは精密な技術を用いて、これらの特定の接続を弱め、事実上、「停止」信号のボリュームを下げる実験を行いました。彼らは、ニューロンの通常の安定した発火や、報酬が実際に届いた際のバースト活動には影響を与えることなく、これを行いました。

結果は驚くべきものであり、標準的なモデルを覆しました。研究者が抑制的な接続を弱めたところ、報酬が欠如した際にドーパミンニューロンは以前ほど頻繁に停止しなくなりました。旧来の理論によれば、これにより動物が行動を止めることが困難になり、存在しない報酬を追い求め続けてしまうはずでした。ところが、起きたことはその逆でした。接続を弱められた動物たちは、通常よりもはるかに早く、空の合図に対して反応することを止める学習を行ったのです。この介入は、消去のプロセスを加速させました。この発見は、抑制的な入力（一時停止を引き起こすもの）が、通常は動物が諦めるのを食い止める役割を果たしていることを示唆しています。それらは学習プロセスに対するブレーキとして機能し、たった一度の報酬の失敗によって、確立された習慣が即座に放棄されないようにしているのです。

また、この変化が単なる一般的な混乱なのか、それとも学習に対する特異的な効果なのかについても調査が行われました。動物たちは依然として、報酬を予測する新しい合図について学習することができており、学習能力自体は損なわれていないことが示されました。研究者たちは、ドーパミンレベルをリアルタイムで観察する手法を用い、介入によって、報酬が欠如した際に通常発生するドーパミンの低下が減少したことを確認しました。彼らは、これらの低下が消失する速度が、動物が行動を停止する速さを予測していることを見出しました。この証拠は、抑制的な入力によって生成される一時停止が、消去のエンジンではなく、むしろ「持続性」を維持するためのメカニズムであることを示しています。このシステムは、結果が変動した際に、有用な連合を時期尚早に破棄してしまうことから脳を保護し、動物が戦略を変える前に、何度かの報酬の欠落に耐えられるようにしていると考えられます。