靈長類動物在靈活因應環境變化時，會使用兩種不同的腦回路：一種是透過反複試驗來因應的實務型，另一種是套用以往知識或理論更高效地選擇最佳行動的理論型。日本量子科學技術研究開發機構（QST）腦功能成像研究中心次長南本敬史、主任研究員小山佳等人在與京都大學人類行為演化研究中心教授高田昌彥等人的合作研究中，發現了實務型和理論型兩種思考迴路。南本敬史次長表示：「此次，我們透過結合化學遺傳學和成像技術，成功地在同一只獼猴身上鑑定出了兩種思考方式的腦回路。鑑於兩隻猴子都得出了相同的結果，表明這不是猴子個別現象。我們計劃將此方法應用於其他思考迴路的研究之中。」相關成果發表在期刊《Nature Communications》上。
圖1 研究概要圖（供圖：量子科技研究開發機構）
既往研究表明，前額葉皮質下方的眼眶前額葉皮質在實務型和理論型思考模式中都起着重要作用，但指令是如何透過眼眶前額葉皮質的神經通路傳遞到大腦其他部位的一直不明確。研究團隊首先開發了一項研究猴子在面對經歷過的情況變化和未經歷過的情況變化時，分別採用了何種思考方式的行為任務。研究人員在猴子面前安裝了一個觸摸表層薄板，將準備好的五種影像中的兩種顯示在表層薄板上，當猴子選擇其中一張並點擊時，根據所選圖片的類型，會得到相應量的果汁獎勵。這項課題實驗分爲使用新圖片集的「新圖片任務」和使用熟悉圖片集的「已知圖片任務」。爲了製造變化，所有課題在執行程序中都會發生影像與果汁量關係的逆轉。
新影像課題每天進行300次試驗測試，影像與獎勵關係的逆轉只在第90次時發生一次。而已知圖片任務每天重複300至400次測試，並在程序中多次出現逆轉。透過資料和模式驗證了猴子在這兩個任務中分別使用了實務型和理論型的思考模式。
研究人員在猴子的「眼窩前額葉皮質」（orbitofrontal cortex）神經元中引入了人工接受者。在透過PET（正電子發射斷層成像技術）掃描應答人工接受者的表達後，給予能夠停止細胞活動的人工藥物「DCZ」抑制眼窩前額葉皮質的活動。結果顯示，在兩類行為任務中，猴子在圖片與獎勵關係逆轉後重新學習速度明顯減慢。這一結果表明，在爲發生情況變化時做出適當因應的實務型、理論型兩種思考方式中，眼窩前額葉皮質都有深度參與。
隨後，研究人員透過PET技術揭示了前額眼眶皮質中與實務型和理論型思考方式相關的神經資訊是如何傳遞到其他腦區並實施思考的。研究發現，神經通路從眼窩前額葉皮質向尾狀核的吻内側部、視丘的背内側核延伸。透過使DCZ與這些神經通路末端表達的人工接受者發生反應，執行阻斷資訊透過神經通路傳遞的操作，研究團隊發現，當阻斷眼窩前額葉皮質到尾狀核的通路時，只有新圖片任務的逆轉後再學習速度減慢，表明實務型思考受到了影響；相反，當阻斷前額眼窩皮質到視丘的通路時，只有已知圖片的再學習速度減慢，表明理論型思考受到了影響。基於這些結果，研究團隊發現了兩條因應環境變化的思考迴路：實務型思考依賴於眼窩前額葉皮質—尾狀核迴路，以及理論型思考依賴於眼窩前額葉皮質—視丘迴路。
小山主任研究員表示：「強迫症中出現的強迫行為和衝動性等現象，被認爲可能是由於來自眼窩前額葉皮質的資訊紊亂造成的。基於這項研究成果，我們可以透過構建短暫再現這些病徵的猴子模式來驗證疾病的病理假說，並將其用於探索改善病情的藥物，從而爲診斷和冶癒方法的臨牀應用研究做出貢獻。」
原文：《科學新聞》
翻譯：JST客觀日本編輯部
【論文資訊】
期刊：Nature Communications
論文：Distinct roles of monkey OFC-subcortical pathways in adaptive behavior
DOI：doi.org/10.1038/s41467-024-50505-8
