他们给饥饿和口渴的老鼠提供同等的食物和水，然后观察接下来会发生什么。老鼠的行为让研究人员感到惊讶。一些老鼠首先被水吸引，而另一些则选择了食物。然后，在看似“随机”的享受时间里，它们来回切换。

在这项最新研究中，论文第一作者Ethan Richman和同事探讨了其中的原因。这项工作建立在论文共同通讯作者骆利群教授和Karl Deisseroth教授多年合作的基础上，目的是了解大脑如何使身体保持“活着”。

Ethan Richman解释说:“有一种古老的哲学困境，叫做布里丹的驴（Buridan’s Ass, 驴的另一个英文称呼叫Ass）。你有一头驴，它同样又饿又渴，离食物和水同样远（困境是因为驴不知道到底去吃草还是去喝水）。”这一概念由哲学家亚里士多德、让·布里丹和巴鲁克·斯宾诺莎以不同的形式提出。问题是驴子是会选择其中一种需求，还是顽固地停留在两者之间而死于饥渴。

动物也在不断地做出选择。我们必须满足自身的需要来维持体内平衡。Ethan Richman和同事想弄清楚，大脑是如何通过相互冲突的信号来引导交通。引用布里丹的驴(Buridan’s Ass)，他们称自己的行为实验为“布里丹实验（Buridan’s Assay）”。

如果饥饿或口渴直接促使老鼠进食或饮水，当一种需求大于另一种需求时，它就会转换。当需求相等时，老鼠就会陷入迷惑的困境。这不是研究人员观察到的。Ethan Richman说:“我们的数据表明，口渴和饥饿不会直接影响行为。相反，它们更间接地调节行为。它们正在影响我们如何理解老鼠的当前目标。”

我们常常认为选择是决定性的时刻。研究人员想要弄清，大脑在何时何地对食物和水做出选择。利用最新的记录技术，他们监测了遍布老鼠大脑的单个神经元的活动。

让他们惊讶的是，整个大脑的神经元活动模式预测了老鼠的选择，甚至是在给它提供选择之前。Ethan Richman说:“老鼠的大脑不断地广播它当前的目标，而不是单一的选择时刻。”“当你做出最艰难的选择时，当选择的重要性接近平衡，但类别根本不同时，结果可能与你的大脑恰好处于的状态有关，甚至在选择出现之前。”Karl Deisseroth教授说。“这是一个有趣的结果，它有助于我们更好地理解人类行为的各个方面。”

研究人员发现，饥饿和口渴的老鼠经常在突然转换之前反复做出同样的选择。“在进食模式下，老鼠会一直大吃特吃。在饮水模式下，它会一直大喝特喝。”骆利群教授说。“但有一个随机性的方面导致它们在这两者之间切换。这样，从长远来看，它们满足了两种需求，即使在任何给定的时间它们只选择了一种。”

为了测试这种明显的随机性，研究人员进行了另一项实验，这次是用饥饿的老鼠。当老鼠进食时，研究人员通过一种称为光遗传学的技术引入了口渴。通过光遗传学，他们利用光来激活导致口渴的神经元。有时老鼠会换水喝，有时它们会无视水而继续吃。做实验的老鼠每次的口渴程度都是一样的，这使得研究人员得出结论，有一个关键的随机性影响了老鼠的目标。

研究人员对这种随机性与饥饿和口渴的相对强度之间的相互作用感到困惑。为了更好地理解它，他们求助于数学建模。

Ethan Richman说:“我们非常惊讶和兴奋地发现，从一个看似无关的学科中得出的几个简单方程，可以密切地预测老鼠的行为和大脑活动。”他们的建模结果表明，与老鼠目标相关的大脑活动是不断变化的。它会被饥饿和干渴等需求所困住。为了逃离并从一个目标过渡到另一个目标，老鼠依靠一系列随机活动。

这项工作确立了大脑在做决策时改变基线状态的重要性。在未来，研究人员将探索是什么定下了基调，以及为什么决定并不总是有意义的。

Ethan Richman说:“就布里丹的驴而言，我们可以说驴在可选择之前就已经拿定主意了。如果它必须等待，那么它的选择可能会自发地改变。”这项工作在人类环境中的临床应用要复杂一些。“作为一名精神科医生，我经常思考我们如何做出健康（适应）或有害（适应不良）的决定，”Karl Deisseroth教授说。（适应不良行为会影响人们为自己的最优利益做出决定的能力，这在精神疾病中很常见。）“如果看到他们所爱的人违背自己的生存动力，家人和朋友将会万分痛苦。患者做出的选择反映了患者大脑潜在的动态景观，而大脑潜在的动态景观受到疾病的影响比患者有意识的意志更大。”

尽管这项工作不一定直接解释人类的行为，但它开始揭示一个重要的决策框架。“这是基础性研究，依赖于相当先进的神经工程，最重要的是我们尝试解决人们一直在思考和经历的普遍问题，”Karl Deisseroth教授说，“开发和应用现代工具来解决这些非常古老、深奥且与人息息相关的问题，令人感到非常兴奋。” （梅进/编译）

相关论文信息：

https://doi.org/10.1038/s41586-023-06715-z