神经科学家已经提供了清晰的视觉证据，证明人类大脑中一个被称为腹侧纹状体的区域在做决定的时候会权衡体力劳动的利弊。《自然-人类行为》发表了埃默里大学科学家的研究。它首次详细描述了基于努力做出决策的三个阶段的腹侧纹状体活动——对开始努力的预期、努力的实际执行以及努力的回报或结果。

纹状体的位置示意图

我们的工作对与动机降低相关的疾病的治疗有广泛的意义，如抑郁症、精神分裂症和创伤后应激障碍。它还可能有助于加强教育、体育和公共卫生等方面的激励项目。”

——Shosuke Suzuki，研究第一作者，埃默里健康科学心理学研究生

“付出努力的意愿对我们的生存至关重要，也是我们每天都在使用的东西，”Michael Treadway补充道，他是这项研究的资深作者，也是埃默里大学心理学系、精神病学和行为科学系的杰出研究教授。“我们已经确定了腹侧纹状体中两个紧密重叠但又截然不同的区域，它们与基于努力的决策过程的不同阶段有关。” “我们提供了一种具体的神经成像工具来测量与这些阶段相关的信号的敏感度，其他人可以应用到他们自己的数据上。”

Treadway说，“与对照组相比，新方法可以提供一扇窗口，让人们了解药物是如何影响缺乏动机的患者的大脑的。”

Treadway的实验室专注于理解与情绪障碍、焦虑和决策有关的精神症状的分子和电路层面的机制。

腹侧纹状体位于大脑半球深处，是一个与运动和调节奖励体验和动机相关的区域。

神经成像一直表明，腹侧纹状体在决策过程中激活，以编码与成本相关的奖励的潜在价值，比如等待时间和概率。腹侧纹状体帮助你决定是为“第二天”的快递付更多钱，还是选择“免费，一周”的快递来收到包裹。然而，神经成像研究之前未能在腹侧纹状体中检测到需要体力努力才能做出决定的强值信号——如果你还想喝咖啡，但咖啡壶已经空了，还值得起床再冲一杯吗?

Suzuki说：

“为什么这个大脑区域对奖励与时间和概率的价值进行编码，但对体力劳动却没有这样做，这是一个谜。”“这在神经影像学文献中是一个悖论。”

先前对啮齿类动物的研究表明，腹侧纹状体对于激励动物为食物等奖励而工作至关重要。动物研究也证明了腹侧纹状体中存在两种相反的信号。激活信号帮助动物准备工作，折扣信号帮助动物选择最不需要努力的奖励。这些信号可以帮助动物为它们需要的工作而工作，同时也确保它们不会工作得太辛苦。这些信号的存在从未在人类身上进行过测试。

埃默里大学的研究人员推测，当执行任务的物理成本上升时，激活信号会推动腹侧纹状体的活动增加，而打折信号会推动腹侧纹状体的活动减少。他们提出，同时发出这两种信号——努力的成本与努力本身的激活——使得之前的研究更难探测到价值信号。

检测与体力活动相关的大脑活动的另一个并发症是，神经成像要求参与者躺在功能性磁共振成像(fMRI)机器里，同时对他们的大脑进行扫描。

为了解决这些问题，研究人员设计了功能磁共振成像实验，该实验可以让参与者保持仰卧姿势，并将涉及努力的神经信号与与努力成本相关的神经信号分离开来。

在第一组实验中，研究人员创建了一个虚拟迷宫。在对研究参与者的大脑进行扫描的同时，研究人员向他们展示了需要不同程度努力才能完成的迷宫导航任务。在一种情况下，参与者被动地看着自己在虚拟迷宫中移动。在另一种情况下，他们只需按下手持设备上的一个按钮就可以穿过迷宫。第三种情况需要更大的努力，反复快速地按下按钮，以穿过迷宫。每个迷宫，当他们成功完成时，奖励他们一个名义上的金额。

在第二个实验中，研究人员测量了参与者在两个选项之间做出一系列选择时的神经活动，每个选择需要不同的奖励和努力。努力量和奖赏量是按顺序呈现的，试图在预期各种努力需求时分离努力激活信号。

结果显示，腹侧纹状体的两个不同区域会对不同阶段的体力劳动和基于体力劳动的决策做出反应，而且有一些重叠。

前部区域的活动主要与奖励和努力成本有关，而背部区域的活动主要与努力运动的开始有关。这种与努力运动相关的活动不同于另一个区域的活动，即壳核，它与简单运动的开始有关。

研究人员现在希望以此为基础，进一步了解大脑是如何编码与动机相关的信号的。

Suzuki说：“我们目前的论文为如何测量大脑活动提供了一个范例，这些活动是在与分配任务相关的基于努力的决策中进行的。”

“现在我们正在开发实验，以识别人们自发行动时发出的特定信号模式。这或许能让我们更好地了解，在现实生活中，当人们出于自愿而做事时，大脑是如何运作的。对人们通常是如何决定付出努力的进行敏感的测量，可能有助于我们开发出更好的治疗方法，帮助那些患有与抑郁症或其他疾病相关的动机缺失症的人。”

参考文献

Suzuki, S., et al. (2020) Distinct regions of the striatum underlying effort, movement initiation,and effort discounting. Nature Human Behavior. doi.org/10.1038/s41562-020-00972-y.