灵长类动物在灵活应对环境变化时，会使用两种不同的脑回路：一种是通过反复试验来应对的实践型，另一种是套用以往知识或理论更高效地选择最佳行动的理论型。日本量子科学技术研究开发机构（QST）脑功能成像研究中心次长南本敬史、主任研究员小山佳等人在与京都大学人类行为进化研究中心教授高田昌彦等人的合作研究中，发现了实践型和理论型两种思考回路。南本敬史次长表示：“此次，我们通过结合化学遗传学和成像技术，成功地在同一只猕猴身上鉴定出了两种思考方式的脑回路。鉴于两只猴子都得出了相同的结果，表明这不是猴子个别现象。我们计划将此方法应用于其他思考回路的研究之中。”相关成果发表在期刊《Nature Communications》上。
图1 研究概要图（供图：量子科技研究开发机构）
既往研究表明，前额叶皮质下方的眼眶前额皮质在实践型和理论型思考模式中都起着重要作用，但指令是如何通过眼眶前额皮质的神经通路传递到大脑其他部位的一直不明确。研究团队首先开发了一项研究猴子在面对经历过的情况变化和未经历过的情况变化时，分别采用了何种思考方式的行为任务。研究人员在猴子面前安装了一个触摸面板，将准备好的五种图像中的两种显示在面板上，当猴子选择其中一张并点击时，根据所选图片的类型，会得到相应量的果汁奖励。这项课题实验分为使用新图片集的“新图片任务”和使用熟悉图片集的“已知图片任务”。为了制造变化，所有课题在执行过程中都会发生图像与果汁量关系的逆转。
新图像课题每天进行300次试验测试，图像与奖励关系的逆转只在第90次时发生一次。而已知图片任务每天重复300至400次测试，并在过程中多次出现逆转。通过数据和模型验证了猴子在这两个任务中分别使用了实践型和理论型的思考模式。
研究人员在猴子的“眼窝前额皮质”（orbitofrontal cortex）神经元中引入了人工受体。在通过PET（正电子发射断层成像技术）扫描确认人工受体的表达后，给予能够停止细胞活动的人工药物“DCZ”抑制眼窝前额皮质的活动。结果显示，在两类行为任务中，猴子在图片与奖励关系逆转后重新学习速度明显减慢。这一结果表明，在为发生情况变化时做出适当应对的实践型、理论型两种思考方式中，眼窝前额皮质都有深度参与。
随后，研究人员通过PET技术揭示了前额眼眶皮质中与实践型和理论型思考方式相关的神经信息是如何传递到其他脑区并实现思考的。研究发现，神经通路从眼窝前额皮质向尾状核的吻内侧部、丘脑的背内侧核延伸。通过使DCZ与这些神经通路末端表达的人工受体发生反应，执行阻断信息通过神经通路传递的操作，研究团队发现，当阻断眼窝前额皮质到尾状核的通路时，只有新图片任务的逆转后再学习速度减慢，表明实践型思考受到了影响；相反，当阻断前额眼窝皮质到丘脑的通路时，只有已知图片的再学习速度减慢，表明理论型思考受到了影响。基于这些结果，研究团队发现了两条应对环境变化的思考回路：实践型思考依赖于眼窝前额皮质—尾状核回路，以及理论型思考依赖于眼窝前额皮质—丘脑回路。
小山主任研究员表示：“强迫症中出现的强迫行为和冲动性等现象，被认为可能是由于来自眼窝前额皮质的信息紊乱造成的。基于这项研究成果，我们可以通过构建短暂再现这些症状的猴子模型来验证疾病的病理假设，并将其用于探索改善病情的药物，从而为诊断和治疗方法的临床应用研究做出贡献。”
原文：《科学新闻》
翻译：JST客观日本编辑部
【论文信息】
期刊：Nature Communications
论文：Distinct roles of monkey OFC-subcortical pathways in adaptive behavior
DOI：doi.org/10.1038/s41467-024-50505-8
