你伸手到爐子上拿起一個鍋。你沒有意識到的是爐子還在開著。哎喲！這個痛苦的意外可能給你上了一課。從意外事件中學習以避免重蹈覆轍是具有適應性的。當我們感到驚訝時，我們的大腦可能會準備好格外注意。在最近發表於《自然》雜誌上的一項研究中，麻省理工學院的研究人員發現證據表明，一種名為去甲腎上腺素的激素，在這些令人震驚的時刻改變大腦活動——以及動物隨後的行為。
去甲腎上腺素是幾種可以向大腦發出強烈訊號的化學物質之一。過去的研究表明，當我們感到興奮、焦慮或警覺時，去甲腎上腺素會參與其中，並且它有助於學習。但新的研究表明，它在對意外事件的反應中起著重要作用。
麻省理工學院的團隊使用了一種稱為光遺傳學的方法來研究小鼠體內的去甲腎上腺素。科學家們在神經元中添加了特殊的感光蛋白，當受到雷射脈衝照射時，這些蛋白就像細胞的“關閉開關”。他們專注於修改一個名為藍斑核的大腦區域，該區域包含負責釋放去甲腎上腺素的細胞。藉助雷射，研究人員能夠在特定情況下阻止這些細胞產生激素。他們將這種方法與游標記技術結合使用，游標記技術是一種蛋白質在光線下閃爍的技術，使科學家能夠觀察藍斑核細胞的活動，然後確定產生了多少去甲腎上腺素。
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然後，研究人員為齧齒動物設計了一項試錯學習任務。當聽到聲音時，小鼠可以按下槓桿。有兩種聲音。在約 12 千赫茲的高頻音調之後，按下槓桿的小鼠會得到水作為獎勵。對於約 4 千赫茲的低頻音調，按下槓桿的小鼠會得到一個略微不愉快的驚喜：一股令人不適的空氣會吹向它們。隨著時間的推移，小鼠學會了只在聽到高頻音調時才按下槓桿，因為這樣做它們會得到水。當聽到低頻音調時，它們會避開槓杆。
當研究人員檢查這些事件期間藍斑核內發生的情況時，他們發現去甲腎上腺素的產生在兩個不同的時刻達到峰值：在小鼠按下槓桿之前以及當齧齒動物獲得水或一股空氣時。
研究人員懷疑，第一次去甲腎上腺素的爆發表明它在動物決定追求獎勵方面發揮了一定的作用。他們的一項實驗支援了這種猜測。當科學家降低音調的音量，使高頻產水音符與低頻吹氣音符更難區分時，小鼠顯得困惑。有些小鼠不願按下槓桿，但有些小鼠還是這樣做了。然後，研究人員使用他們的光遺傳學關閉開關來阻止去甲腎上腺素的釋放，這使得小鼠更加猶豫。似乎去甲腎上腺素的釋放增加了小鼠在不確定結果時冒險的機會。此外，研究人員追蹤了小鼠按下槓桿之前釋放的去甲腎上腺素，發現它傳遞到大腦的運動皮層，該區域參與發出刺激肌肉運動的神經衝動。換句話說，腦化學物質的激增幫助驅動小鼠按下槓桿。
至於第二次去甲腎上腺素的峰值，研究人員發現，當小鼠獲得一股空氣或水時，這種化學物質會被釋放出來——並且當結果令人驚訝時，這種大腦反應最強烈。例如，在小鼠學會將高音調與獲得水聯絡起來後，研究人員決定稍微改變一下，有時釋放一股空氣來代替水。這些變化不僅改變了小鼠的行為——例如，意外的空氣吹拂使小鼠在下一次試驗中更加警惕按下槓桿——科學家們還發現，當動物獲得這些意外結果時，藍斑核釋放了更多的去甲腎上腺素。研究人員還發現，阻止去甲腎上腺素的釋放會使小鼠在掌握何時按下槓桿以獲得水獎勵方面變得不太準確。這一發現有助於證明去甲腎上腺素在幫助我們從意外事件中學習方面特別有用。
在未來的工作中，研究人員可以調查人類是否也存在類似的過程。科學家們還可以研究去甲腎上腺素如何與其他化學信使（如多巴胺）協同工作，這些信使在我們對獎勵的反應中發揮作用。這項新研究清楚地表明，“驚喜元素”背後可能存在比任何人預期的都複雜得多的神經化學故事。
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