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揭大腦調節機制 中大解「頑固」之謎

2018-06-12
■中大發現影響哺乳類動物適應新環境「認知靈活性」的大腦調節機制。圖左起為負責研究的柯亞、博士後研究員耿紅岩及容永豪。 中大圖片■中大發現影響哺乳類動物適應新環境「認知靈活性」的大腦調節機制。圖左起為負責研究的柯亞、博士後研究員耿紅岩及容永豪。 中大圖片

香港文匯報訊(記者 高鈺)在辦公室或課室剛剛搬到新的樓層後,你也試過記錯而走到舊的樓層嗎?其實這涉及生物的「認知靈活性」,即因應環境變化或規則轉變作出調節,避免犯錯的能力。一般人可能於一兩次犯錯後,便可靈活轉變過來,惟某些人則需要更長時間適應。中文大學腦神經科學家最新成功發現相關大腦調節機制,並透過小鼠實驗證明,當釋放多巴胺的系統失調,就會導致「認知靈活性」受損。新發現能解釋包括柏金遜症、強迫症等腦部疾病的患者,為何會經常堅持同一種做事方法,行為異常「頑固」的情況。

「認知靈活性(Cognitive Flexibility)」對日常生活十分重要,當有關能力愈高,我們便能愈快察覺舊策略不能發揮作用,並盡快採取有效的新行動。

科學家發現,這與大腦如何同時處理和操控兩個概念,或從一個概念切換到另一個概念有關,而部分腦神經與精神疾病患者,其「認知靈活性」可能出現障礙。

不過,科學家對「認知靈活性」的大腦訊息傳遞路徑及其調節機制並不十分清楚,而最近由中大生物醫學學院教授及蔡永業腦神經科學中心容永豪,與學院副教授柯亞領導的研究,就為此提供線索,相關結果並已在《美國國家科學院院刊》發表。

研究團隊對實驗小鼠進行一項「策略切換任務」實驗,將小鼠放在迷宮的十字路口,先訓練牠們按照一個特定策略(如總是右轉)尋找正確路線以獲取食物。

當小鼠學會遵照第一個規則後,研究人員會改變指示(如跟隨圖像提示,而非指定向右),並觀察牠們在掌握新規則前後犯錯的次數和模式。

容永豪說,研究團隊透過包括光遺傳學、膜片鉗電生理記錄和研發新的病毒分子工具等先進技術,確認「切換策略」與「學習新策略」所需的能力並不相同,「更重要的是,團隊發現『認知靈活性』與大腦的前額葉皮質區和伏隔核之間的訊息傳遞有關,透過激發或抑制這個路徑的運作,就可以調節大腦的切換策略的能力。」

釋放多巴胺失調所致

研究的另一個關鍵發現,則與腦細胞間傳遞訊息的化學物質多巴胺(Dopamine)有關,當大腦伏隔核中的多巴胺釋放時,能夠調節來自前額葉皮層的信號,對於促進大腦切換策略的能力至關重要。

柯亞表示,新發現能夠解釋,為什麼一些腦部疾病例如柏金遜症、強迫症行為和專注力缺乏症,患者行為較不靈活,並經常堅持同一種做事方法,「這可能是由於大腦中的某些多巴胺系統失調,影響大腦的『認知靈活性』。這發現不僅促進對策略切換靈活性的神經路徑有更好的理解,亦有助日後研究『認知靈活性』障礙的治療方法」

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