《科学》杂志发表我国果蝇抉择机制研究成果

　　作者：黄辛

　　本报上海7月3日讯(记者黄辛)果蝇也懂权衡利弊，能在两难境地中作出快速抉择。中科院上海生命科学研究院神经科学研究所郭爱克院士领导的学习与记忆研究组，经6年深入研究发现了果蝇抉择能力的神经环路机制，并期待顺着这一思路找到其与人类共享的抉择奥秘。6月29日，《科学》杂志以报告的形式发表了这一成果。这是该研究组自2001年以来第三次在《科学》上发表研究论文。

　　抉择是一个极其复杂的脑过程，指生物体面对一系列互异的可选方案时，出于愿望或最佳考虑作出相应的行动，以获得或避免特定的结果。郭爱克研究组在实验中为果蝇设定“游戏规则”如下：高处目标应该盯飞，因为低处将有红外激光“伺候”；绿色是正确的颜色选择，蓝色代表激光惩罚。在一系列周密设计的实验中，研究人员根据上述规则，为被困于飞行模拟器中的果蝇设定一道道“回报”迥异的选择题。结果发现，果蝇在4分钟内就能形成“思路”清晰的趋利避害方案：在颜色和高度的“十字路口”，作出惩罚力度相对较轻的选择；只有两种惩罚不相上下时，才显得徘徊不定、“听天由命”。改变游戏规则后，让果蝇再作一次抉择，它们马上在学习中正确地“改弦易辙”。

　　进一步的基因实验显示，负责果蝇抉择过程的“首席执行官”有两位，除了被视作脑内价值评估、权衡利弊的“神经货币”的多巴胺，还有一直被人们认为是嗅觉记忆中枢的蘑菇体。多巴胺系统的神经末梢将可能发生的惩罚消息迅速“通知”蘑菇体，它们仿佛在果蝇脑内联手构建一道神经环路中的“门”，强信号全部放行，弱信号一律扣留。就这样，果蝇形成了明确的抉择。

　　这项研究是郭爱克研究组2001年在《科学》杂志上发表的研究成果的深化，聚焦在果蝇面临冲突环境时价值抉择的神经环路机制。论文证明：果蝇中央脑的蘑菇体结构和多巴胺系统共同掌控果蝇的基于价值的抉择，没有二者共同参与的抉择是简单的“犹豫不决”的线性抉择过程，而二者协同运作才使两难抉择成为“当机立断”、“胜者独享”的非线性抉择；果蝇有能力完成系列抉择任务，即在面对新的抉择任务时，能放弃在前一个抉择任务中的选择方案，转而作出新的选择，体现出稳定性和灵活性的统一；在面对新抉择任务时，需要蘑菇体结构和多巴胺系统重新快速参与，而一旦进入执行阶段，就不需要它们了；最后也最重要的是，果蝇脑中的蘑菇体可能起到类似的“门控”作用，它和多巴胺系统共同实现抉择过程中的“门控”、“聚焦”和“放大”机制。

　　郭爱克指出，如果把果蝇脑内的“多巴胺——蘑菇体”回路，对照人脑中的“多巴胺——前额叶”回路，或许能提出抉择的简约版脑模型，为人类抉择的神经环路原理研究提供某种可能的借鉴。在神经科学领域中，另一个新的研究方向“认知分子遗传学”值得关注。有研究表明，遗传因素对认知和智能的发育有重要作用。我们期待，果蝇小型化的脑在它小型认知世界里的简约的抉择行为，或许能提供更多关于决策的神经环路和基因方面的信息，从而有助于理解某些认知和精神活动的基本原理。

　　此项研究在郭爱克指导下，由张柯、郭建增、彭岳清、奚望组成的研究小组联合攻关。研究工作得到了科技部两个“973”计划项目、中科院知识创新工程和国家自然科学基金委重点项目的资助。