<p>你是否曾經(jīng)在開車時(shí)被切斷，發(fā)現(xiàn)自己在咒罵和按喇叭?或者結(jié)束了漫長的一天工作回到家，對沒洗碗的人大發(fā)雷霆?從微小的憤怒到我們在新聞中看到的毀滅性暴力，侵略行為可能很難理解。關(guān)于憤怒如何在大腦中發(fā)揮作用，研究得出了令人困惑的悖論。但加州理工學(xué)院的一項(xiàng)新研究，在下丘腦開創(chuàng)了一種機(jī)器學(xué)習(xí)研究技術(shù)，揭示了關(guān)于攻擊性本質(zhì)的意想不到的答案。</p> <p>&nbsp;</p> <p>下丘腦是一個(gè)與許多先天生存行為有關(guān)的大腦區(qū)域，如交配、狩獵和戰(zhàn)斗或逃跑反應(yīng)。長期以來，科學(xué)家們一直認(rèn)為下丘腦中的神經(jīng)元在功能上是特定的，也就是說，特定的神經(jīng)元組與特定的行為相關(guān)。這似乎是交配行為的情況，在下丘腦的內(nèi)側(cè)視前區(qū)(MPOA)的神經(jīng)元群受到刺激時(shí)，會導(dǎo)致雄性小鼠騎上雌性小鼠。當(dāng)mount行為自然發(fā)生時(shí)，這些神經(jīng)元是活躍的。合乎邏輯的結(jié)論是，這些神經(jīng)元控制著小鼠的安裝。</p> <p>&nbsp;</p> <p>但當(dāng)觀察下丘腦另一部分控制攻擊性的類似神經(jīng)元VMHvl時(shí)，研究人員發(fā)現(xiàn)了一個(gè)不同的故事。這些神經(jīng)元可以被刺激，導(dǎo)致一只雄性老鼠攻擊另一只雄性老鼠，但當(dāng)同樣的神經(jīng)元在自然戰(zhàn)斗的老鼠身上觀察到時(shí)，它們并沒有表現(xiàn)出特定的活動。這一矛盾表明，當(dāng)涉及到攻擊性時(shí)，一些不同的事情正在發(fā)生。</p> <p>&nbsp;</p> <p>現(xiàn)在，加州理工學(xué)院的一項(xiàng)新研究深入研究了憤怒的獨(dú)特神經(jīng)機(jī)制，并表明更有攻擊性的性格在小鼠大腦的電路動力學(xué)中被編碼。這項(xiàng)研究發(fā)表在1月5日的《細(xì)胞》雜志上，由大衛(wèi)&middot;安德森(David Anderson)的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行，他是Seymour Benzer生物學(xué)教授，天橋和Chrissy Chen神經(jīng)科學(xué)研究所的領(lǐng)導(dǎo)主席，霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所的研究員，天橋和Chrissy Chen神經(jīng)科學(xué)研究所的主任。這項(xiàng)研究是與安&middot;肯尼迪(Ann Kennedy)持續(xù)合作的一部分。安&middot;肯尼迪是理論神經(jīng)科學(xué)家，安德森實(shí)驗(yàn)室的前博士后，現(xiàn)在是西北大學(xué)神經(jīng)科學(xué)助理教授。</p> <p>&nbsp;</p> <p>這項(xiàng)研究的主要作者，加州理工學(xué)院的研究生Aditya Nair應(yīng)用機(jī)器學(xué)習(xí)模型來分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并揭示大腦活動的隱藏模式。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;我們使用機(jī)器學(xué)習(xí)來適應(yīng)一個(gè)動態(tài)系統(tǒng)模型來記錄老鼠的神經(jīng)數(shù)據(jù)。&rdquo;Nair說。&ldquo;從本質(zhì)上講，動力系統(tǒng)就像計(jì)算機(jī)中的人造老鼠大腦，反映了我們的實(shí)驗(yàn)觀察。然后，我們深入研究了這個(gè)模型，以了解這數(shù)百個(gè)神經(jīng)元是如何相互交流的。通過應(yīng)用降維和其他物理分析技術(shù)，我們最終能夠看到導(dǎo)致攻擊性的神經(jīng)信號和計(jì)算。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>分析揭示了大腦中的&ldquo;線吸引子&rdquo;&mdash;&mdash;一種從復(fù)雜神經(jīng)系統(tǒng)中產(chǎn)生的模式的數(shù)學(xué)表示。當(dāng)在能量景觀中繪圖時(shí)，線吸引子形成一個(gè)槽的形狀。雖然槽不是大腦中的物理結(jié)構(gòu)，但它表明了動力系統(tǒng)中發(fā)生的能量流。</p> <p><img src="https://caltech-prod.s3.amazonaws.com/main/images/Line-Attractor-Image-Optimized.max-250x250.jpg" alt="Image by Nair" width="250" height="176" />&nbsp;</p> <p>Nair解釋說:&ldquo;發(fā)現(xiàn)線吸引器是令人興奮的，因?yàn)樗谝淮物@示了與攻擊性升級的神經(jīng)關(guān)聯(lián)，這是一個(gè)具有重要社會意義的關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>在實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)另一只雄性老鼠被引入籠子時(shí)，老鼠通常會表現(xiàn)出攻擊性行為。它們的行為從威脅性的展示升級到全面的攻擊，這是一種滑動的軌跡，現(xiàn)在可以用線吸引動力學(xué)來解釋。隨著神經(jīng)活動沿著線吸引器槽進(jìn)行，老鼠的攻擊性逐漸增強(qiáng)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>槽的形狀使大腦可以很容易地調(diào)節(jié)攻擊性，就像一個(gè)可以調(diào)高或調(diào)低的音量刻度盤。如果&ldquo;音量&rdquo;太高，動物就會攻擊。這種調(diào)節(jié)可能是一種進(jìn)化適應(yīng)，迫使動物在進(jìn)入一場潛在的致命戰(zhàn)斗之前，衡量攻擊性的表現(xiàn)和測試水域。</p> <p>&nbsp;</p> <p>意想不到的是，直線吸引子的發(fā)現(xiàn)還與攻擊性的個(gè)體差異相關(guān)。該研究的動力系統(tǒng)模型顯示，憤怒和攻擊更快的老鼠有更深的線吸引槽，這表明攻擊性的氣質(zhì)反映在大腦結(jié)構(gòu)中。因?yàn)檫@些實(shí)驗(yàn)室小鼠在基因上是相同的，這些個(gè)體差異一定是由于表觀遺傳因素造成的，其性質(zhì)仍有待發(fā)現(xiàn)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>雖然吸引子動力學(xué)已經(jīng)在大腦皮層或海馬體等&ldquo;高級&rdquo;區(qū)域被發(fā)現(xiàn)，通常與運(yùn)動控制和記憶有關(guān)，但這項(xiàng)研究是首次使用動力系統(tǒng)方法來理解大腦深處的社會行為的研究之一。</p> <p>&nbsp;</p> <p>吸引子動力是其他內(nèi)在情緒狀態(tài)背后的驅(qū)動力嗎?是我們控制情緒，還是情緒控制我們?這項(xiàng)研究的發(fā)現(xiàn)提出了問題和未來的研究方向，為情緒障礙的治療藥物開發(fā)打開了大門，并提高了我們對下丘腦如何編碼攻擊的理解。</p> <p>&nbsp;</p> <p>這篇論文的標(biāo)題是&ldquo;下丘腦中的近似線吸引子編碼了一種攻擊性狀態(tài)。&rdquo;除了Anderson和Nair，合作者還包括前加州理工學(xué)院博士后學(xué)者Tomomi Karigo;楊斌(博士'22);斯坦福大學(xué)的Surya Ganguli, Mark J. Schnitzer和Scott Linderman;以及西北大學(xué)的安&middot;肯尼迪。研究經(jīng)費(fèi)由霍華德&middot;休斯醫(yī)學(xué)研究所、美國國立衛(wèi)生研究院和新加坡科學(xué)、技術(shù)和研究局提供。</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南者留學(xué)態(tài)度觀點(diǎn)。</p> </blockquote>