深圳先进院脑认知与脑疾病研究所研究员朱英杰，与美国斯坦福大学生物系教授陈晓科合作研究发现，人们在不同环境和生理状态下做出的选择背后有大脑的参与。他们利用光遗传学技术结合电生理和光纤记录技术，首次发现大脑存在一群能够编码外界信息重要性（即生物学显著性）的神经元，这些位于丘脑室旁核（PVT）脑区的神经元活动，能够反映外界刺激的重要性，并且随内在生理状态和外部环境而动态地变化，从而控制着学习能力。
昨日，他们的研究成果以长文形式在线发表于美国《科学》杂志，朱英杰是论文第一作者。“判断信息的重要性是一个高级的大脑功能，它能够帮助人们更好地适应多变的环境，也控制着人们的注意力和学习能力”，朱英杰表示。以前，国际科学界对PVT的研究多是与人们的焦虑、恐惧、抑郁等负面情感有关，但朱英杰这篇《科学》文章通过实验论证，提出了PVT动态编码事件重要性的概念。这为研究如何提高大脑的认知和学习能力奠定了重要基础，对普通人群和脑疾病患者的认知与治疗均具有突破性意义，也有助于为人工智能的发展提供新的思路。
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奖惩都能激活丘脑室旁核
朱英杰团队的研究从老鼠入手。科研人员首先训练小鼠进行嗅觉巴浦洛夫条件性学习，将不同的气味刺激跟奖赏（水）或者惩罚（吹气或电击）偶联起来，发现位于大脑中部的丘脑室旁核神经元，能够被重要的事件所激活，可能是奖赏，也可能是惩罚。
在研究中，科研人员首次为小鼠呈现小鼠不喜不厌的中性气味，如果是第一次呈现中性气味，能够激活PVT；如果该气味反复出现并且没有伴随任何后果时，PVT反应逐渐消失。当该气味跟奖赏或惩罚偶联起来它又能够被激活。此外，PVT被激活的幅度也能反映刺激的强度，两滴水比一滴水能够更好地激活PVT，强烈的惩罚（电击）比微弱的惩罚（吹气），能够诱发更大的PVT反应。
当饥肠辘辘时，奶酪对小鼠来说太重要了；水足饭饱之后，奶酪的诱惑力就没那么大。即使饿了，奶酪就在眼前，但旁边有只猫，小鼠也逃命。这在我们看来理所当然的选择，实际上也是PVT反应在起作用。
朱英杰团队通过光纤成像记录技术和单细胞电生理记录技术反复验证发现，PVT神经元的活动能够根据动物内在生理状态和外部环境，动态反映动物对重要性的判断。同样是用于奖赏的水，能够在饥渴的小鼠上诱发更大的PVT反应。外界环境也能影响PVT对奖赏信息的反应，当小鼠处于较弱的惩罚（吹气）环境时，水的奖赏信息能够诱发很大的PVT反应；但是如果切换到较强的惩罚（电击）环境中，同样是水，只能激发较小的PVT反应。
如果每天小鼠到冰箱前都能发现一块奶酪，它会习惯这种奖赏。但有一天没有看到奶酪，小鼠的“心理失落感”会激活PVT。一旦它习惯了冰箱前没有奶酪，也会逐渐习惯这种失落感。就好比夫妻共同生活多年，PVT反应也会趋于平淡，两口子就过成了“亲人”，甚至有了“七年之痒”。但一旦有外界环境的刺激，又会重新激活双方恋爱时的“心跳感”。
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一次好奇心开启两年多研究
《科学》每一期的长文数量一般只有两篇，朱英杰的研究能以长文形式刊发，也是学术界对其重要性的一种肯定。朱英杰此前曾以第一作者，在国际顶级期刊《自然》杂志上发表另一项重要研究，首次发现大脑中存在可以用于戒除毒瘾的全新神经通路。他说，这一次研究正是出于“好奇心”，针对同一脑区全面研究其基础生理功能。
他告诉记者，研究前后历时两年多，不算长但也经历不少波折。在活动的动物上进行多通道电生理记录技术，对他来说是头一遭。比如小鼠运动时带来的电噪音太大，他不得不跑到其他实验室求教，自己制作电极、进行电镀、调整参考电极和地线，花了一两个月的时间才解决这个问题。
他给记者展示了一张照片，通过荧光蛋白标记技术，小鼠大脑里显示为绿色的区域就是PVT。他说，最开始选择的是光纤记录技术，虽然也能看到类似的现象，但由于该技术无法达到单细胞分辨率，不够细致，又花了半年时间，用分辨率更高的电生理记录技术，再次验证了这一现象。
在完成实验第一步之后，他一直在思考，这种编码信息重要性的神经细胞特性到底有什么意义，并且不断找同事“头脑风暴”，后来想到可以通过改变内在生理状态和外部环境，来进一步研究该机制在面对内外在环境变化后的动态响应。
正是这种不断求索的严谨的科研态度，也使得朱英杰的研究取得业界的认可。一位匿名审稿人形容，这项实验结果“卓越并且激动人心”，实验设计非常优雅，让读者在对这一神秘脑区功能的理解上迈出重要的一步。“此项研究十分复杂而精巧”，美国三院院士、斯坦福大学终身教授Robert Malenka说，此前人们一直认为丘脑主要参与处理环境中的感觉刺激，而这项重要的研究则拓展了我们对丘脑功能的认识。许多常见的脑疾病很可能也涉及丘脑室旁核的功能异常，如药物成瘾和抑郁症等。他的研究发现了新的影响学习和记忆的重要神经机制，“我非常确信此项工作将引起脑认知和脑疾病研究领域的广泛关注，并且会吸引更多的研究者，探索丘脑室旁核这一重要脑区的功能”。