Collateral-defined prefrontal-striatal circuits partition behavioral vigor during appetitive goal pursuit
本研究表明，在趋向性目标追求过程中的行为活力受两个不同的、由侧支定义的纹状体-前额叶皮层子网络选择性调节，其中 DMS/PL 神经元驱动动作启动，而 DMS/aIC 神经元则限制奖励趋近。
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动机行为是生命的引擎，是推动动物寻找食物、寻找庇护所或追求配偶的内在驱动力。然而，这种驱动力并非一种单一、连续的力量。它表现为一系列截然不同的步骤：移动的决策、移动的物理动作、向目标的趋近，以及对奖励的最终摄取。科学家早已知晓，这些行为的强度或“活力”会根据动物的需求程度或疲劳程度而变化。但一个基本问题一直悬而未决：大脑是利用单一的开关来调节这一序列中每一步的速度和能量，还是针对旅程的不同部分使用不同的控制机制？理解这一区别至关重要，因为它揭示了大脑如何将复杂的任务分解为可管理的、独立的行动，而这一过程对于适应变化的世界是必不可少的。
上海交通大学和复旦大学的一个研究小组现已绘制出了大脑如何管理这种复杂性的图谱。他们发现，大脑并不将动作的开始和向奖励的趋近视为一个整体。相反，它使用两条专门的平行回路来分别控制它们。通过观察小鼠为获取糖分奖励而进行的劳动，科学家们发现，用于启动一项任务的能量与用于到达终点的能量受到的调节是不同的。当小鼠吃饱且饥饿感降低时，它们在开始移动之前就显著减慢了速度，但一旦开始向食物移动，它们的移动速度便保持稳定。这表明，大脑拥有一种特定的机制来决定是否开始一项努力，而用另一种机制来维持一旦开始后的努力。
为了寻找这种分离的神经基础，研究人员将目光锁定在大脑中的一条特定“高速公路”上：即负责规划和决策的背内侧前额叶皮层（dorsomedial prefrontal cortex）与负责学习和行动的背内侧纹状体（dorsomedial striatum）之间的连接。他们知道，前额叶皮层的神经元通常会向多个目的地发送分支，就像一根电话线分叉连接到不同的办公室一样。研究团队提出了一个疑问：这些向纹状体发送信号的分支神经元，是否也向其他定义其特定职责的地方发送信号？利用先进的成像技术和基因标记技术，他们在该路径中识别出了两组截然不同的神经元。其中一组同时也向前边缘皮层（prelimbic cortex）发送分支，在小鼠决定开始任务时活跃；另一组则向前岛叶皮层（anterior insular cortex）发送分支，在小鼠向奖励移动时活跃。
随后，研究人员通过利用光来开启或关闭这两组神经元来测试其功能，这是一种能够让科学家高精度控制特定细胞的技术。当他们激活“启动”神经元时，小鼠开始执行任务的速度变快了。当他们抑制这些相同的神经元时，小鼠表现出犹豫，开始行动的时间变长了。相比之下，操纵“趋近”神经元对小鼠开始行动的速度没有影响。相反，激活趋近神经元使小鼠向奖励移动的速度变慢，而抑制它们则使小鼠向前冲刺。这揭示了明确的分工：一个回路充当启动行动的“油门”，而另一个回路则充当趋近阶段的“刹车”，以确保动物不会过于鲁莽地冲向目标。
研究还表明，这两个回路接收来自大脑不同部分的信息。“启动”神经元接收更多来自与记忆和内部状态相关的区域的输入，而“趋近”神经元则接收更多来自丘脑（一个感觉信息中继站）的输入。这种布线方式表明，开始行动的决策深受动物内在动机和近期经历的影响，而向目标的移动则更倾向于受到即时感觉线索和物理环境现实的调节。
通过展示大脑如何将目标追求的活力划分到不同的、由侧支定义的回路中，这项工作为理解动机是如何组织的提供了新的见解。它表明，大脑并不仅仅是调高单一“驱动”信号的音量。相反，它使用一个精密的专业化路径网络，来独立控制行动的决策和趋近过程的执行。这使得动物能够在开始任务时具有高度的动力，同时又能仔细调节其向奖励移动的方式，或者在开始时犹豫不决，但在旅程开始后仍能保持稳定的步调。这种细粒度的控制确保了行为保持灵活性和高效性，从而能够适应时刻的具体需求，而不是遵循一套僵化、一成不变的剧本。
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