和许多黑胶唱片收藏家一样，詹姆斯·菲茨杰拉德的姐夫有一家最喜欢的商店，他总是在那里找到最好的黑胶唱片来收藏。但有时他在店里待了好几个小时，却空空如也。他还知道，偶尔他应该冒险去城镇另一边的唱片店，在那里他有时会买到一件自他上次访问以来一直在库存的很难找到的宝石。
菲茨杰拉德的妹夫正在计算：权衡可能的结果来指导他的行为。他最喜欢的唱片店奖励他的频率更高，因此他访问该商店的次数最多。二线店不太可能给他奖励，所以他只是偶尔去那家店。
格伦·特纳(Glenn Turner)和菲茨杰拉德一样，都是霍华德休斯医学研究所珍妮莉亚研究园的神经科学家和小组组长，他说，这种“记录觅食”的习惯是动物王国中普遍存在的一种称为匹配的行为的完美例子。老鼠和苍蝇等非时髦动物不是用乙烯基材料来寻找食物，而是利用气味等感官线索从远处评估食物质量。
但是，虽然在从鸽子到老鼠再到人类的一切事物中都观察到了匹配，但尚不清楚大脑是如何进行这种基于价值的决策的。研究人员此前提出了一种关于这种情况如何发生的理论，但该想法尚未在现实世界中得到测试。
现在，包括菲茨杰拉德、特纳、Janelia研究生学者Adithya Rajagopalan、前Janelia研究员Ran Darshan和研究专家Karen Hibbard在内的Janelia研究小组已经证实所提出的理论是有效的。拉贾戈帕兰的实验表明，就像菲茨杰拉德的妹夫一样，果蝇可以根据对奖励可能性的预期做出决定。研究小组还确定了果蝇大脑中进行这些值调整的位置，使他们能够在神经回路水平上直接测试这一理论。
“我们发现苍蝇正在利用期望来为其世界赋予价值，”特纳说。“它也确实很好地与这项非常优雅的理论工作联系起来，并解释了这种普遍的现象。”
揭示果蝇大脑如何进行这种普遍存在的行为可以帮助科学家更好地了解类似的决策如何在包括人类在内的大型动物的大脑中发生。研究人员表示，在成瘾等疾病中，决策会出错，因此了解这一过程如何在更简单的大脑中发挥作用具有广泛的价值。
“我们在本文中确定的各种想法和理论框架感觉像是在更大的有机体中建立的进化种子，其中添加了更多的层以允许更复杂的行为，”该论文的第一作者 Rajagopalan 说。描述这项工作的新论文。
调查匹配行为
果蝇的大脑已被充分研究和绘制，是检查匹配及其潜在机制的一个有吸引力的选择。但首先，该团队必须设计一种观察果蝇决策的方法。
拉贾戈帕兰是该项目的带头人，他通过与约翰·霍普金斯大学的联合研究生项目来到特纳实验室。他设计了一个实验，让一只苍蝇进入对称 Y 形竞技场的一个手臂。气味被泵入 Y 的另外两条臂。苍蝇选择跟随一种气味或另一种气味并获得奖励——在这种情况下，通过激活其糖感应神经元——但概率不同：一种气味可能转化为奖励80% 的情况下，而另一种气味可能在 20% 的情况下产生奖励。
研究人员发现，果蝇学会了以相同的比例期待奖励，然后根据这些期望做出选择。这些动作给匹配行为起了个名字：80% 的情况下，果蝇会选择能提供 80% 奖励的气味。20% 的情况下，它会选择能产生 20% 奖励的气味。
研究小组追踪了蘑菇体中特定突触的行为，蘑菇体是果蝇大脑中负责学习和记忆的区域。这使他们能够根据匹配理论创建一个大脑如何执行这种行为的模型。在这个理论中，与不同选择相关的价值是通过突触强度的变化来学习的：突触连接的加强或减弱与预期奖励和收到奖励之间的差异成比例。该团队基于这一理论和果蝇行为的模型使他们能够展示单个突触如何变化以实现基于价值的决策。
这项新工作强调了实验和理论之间的重要相互作用，集中于对动物学习规则的描述——研究人员表示，这一结果在概念和机械层面上都是令人满意的。
菲茨杰拉德说：“能够看到，通过这种关于突触如何变化的简单机械解释，你可以做出这些复杂的经济决策，这很好地说明了机械认知神经科学的含义。” “我们正在利用这种普遍特性，并利用这些小动物的力量来真正机械地解决它。”
