调控大脑 重塑习惯

[box]本转转载至《环球科学iPad杂志》[/box]
  每天,我们都会做出很多习惯性动作,比如刷牙和沿着熟悉的道路开车,这些动作能让我们轻松完成一些事情,让大脑不必关注刷牙的动作,以及对方向盘的不断微调,从而避免负荷过度。像慢跑这样的习惯,可以使我们保持健康;但经常从盘子里拿糖果吃,却不是个好习惯。而当暴饮暴食和吸烟这样的习惯演变成强迫症或成瘾行为时,则可能会威胁到我们的生命。

  尽管习惯与我们的生活形影不离,但很长时间以来,科学家都没有搞清楚,大脑是怎样把一些新的行为变成习惯的,所以医生也无法使用药物或其他疗法,帮助人们根除那些不良习惯。
 
  现在,依靠新技术,神经科学家终于破译了习惯行为的神经机制,发现了负责创建和维持习惯行为的脑区和神经连接,并把它们定义为大脑的“习惯回路”(habit circuits)。新成果可以帮助神经科学家进一步搞清楚,好习惯是如何形成的,以及为什么坏习惯那么难以改掉(也许我们并不特别在意这些坏习惯,但医生与亲人却强烈要求我们改掉)。研究表明,对大脑进行条件化训练,可能会有助于我们掌控行为习惯——无论是好习惯还是坏习惯。神经科学家之所以这么乐观,是因为他们发现:当习惯行为发生时,虽然看上去是我们在自动地做某些事情,但大脑的某些部分仍然在幕后监控着我们。

什么是习惯

  表面看来,习惯似乎是一些非常明确的行为,但从神经科学的角度来看,它们其实是一系列行为的组合。

  那些自动完成、能够让我们空出大脑做其他事情的行为,只是这个行为组合的“一端”。而这个行为组合中的其他行为,则需要我们花费很多时间和精力。习惯是我们在探索世界、社会以及自身内在感受的过程中自然形成的。我们会在特定情境下尝试不同的行为,那些收益大且代价低的行为,便会逐渐为我们所采用,进而成为习惯。

  这个过程从孩童时代便开始了,在让我们受益同时,也会给我们带来一些不利的影响。我们越习惯于一个行为,就越难感觉到它的存在,于是逐渐对这个行为失去了警觉。我出门时确实关掉炉子了吗?我锁门了吗?这些警觉的丧失不仅会干扰到日常生活,也会让坏习惯趁虚而入。很多肥胖人士的体重都是一点一点增加的,当他们体重积累到一定程度,突然意识到自己去零食和甜品店的次数越来越多的时候,才会发现自己先前对此竟然毫无察觉。

  这种对行为的内在警觉的丧失,意味着我们的习惯也可能会逐渐变成成瘾行为,例如,玩电脑游戏、网络赌博、不停地发短信和微博,当然还有喝酒、吸毒。重复且成瘾的行为方式,可能会让我们身不由己。神经科学家还无法确定,成瘾行为是否属于正常的习惯行为,尽管成瘾行为的确被认为是习惯行为的“另一端”。另外,强迫症以及某些形式的抑郁症等一些神经疾病也与成瘾行为类似。习惯行为的极端形式还包括自闭症和精神分裂症,此类患者会表现出诸如重复性的、过度关注的行为,并深受困扰。

固化习惯

  尽管习惯行为的外在表现各不相同,但它们却拥有共同的核心特征。例如,习惯一旦形成便会根深蒂固,难以戒除。多数情况下,我们立下的“改掉那个坏习惯”的誓言,往往会成为空谈。部分原因可能是,我们总是在事情做完,感受到它带来的后果后,才会开始自责,而那为时已晚。

  习惯的这种“顽固性”,为我们研究形成与维持它的大脑回路提供了一条线索。习惯如此根深蒂固,即便我们想改变,却依然身不由己,原因可能源自“强化相倚”(reinforcement contingencies)现象。譬如说,做了A行为,你会获得某种奖赏;而做了B行为则会一无所获,甚至会受到惩罚。这些行为的结果——也就是那些行为的附带事件——会影响我们将来的行为方式。

  早在20世纪80年代,当时还在瑞士弗里堡大学的沃尔弗拉姆·苏尔茨(Wolfram Schultz)和拉努尔福·罗莫(Ranulfo Romo)就发现,大脑中的某些信号似乎与这种强化学习有关,而科学家也已经建立了相关的计算机模型。在这些大脑信号中,“奖赏预测错误信号”(reward prediction error signals)尤为重要,这个信号反映了大脑的一个评估过程:事件发生后,大脑会评估此前对强化效应的预测到底有多准。然后,大脑会根据新的评估,重新调整预期,提高或降低某些行为的“价值”。通过监控我们的行为,并对这些行为做出正面或负面的评价,大脑就可以强化某些行为,把某些有意而为之的行为逐渐转化为习惯——即便我们知道赌博或暴饮暴食有害,却仍然会这么做。

  大脑是如何将这些坏习惯固定下来的?我们和其他研究者都试图弄清楚,导致这种转变的大脑回路是怎么运作的,以及这些回路是否可以被阻断。在麻省理工学院格雷比尔实验室(Graybiel lab)里,我们希望通过实验确定,到底哪些大脑回路与习惯的形成有关;在习惯形成的过程中,这些回路又发生了什么变化。

  首先,我们需要通过实验来确定什么行为算是习惯行为。英国心理学家安东尼·迪金森(Anthony Dickinson)在20世纪80年代设计的一个实验,是目前用得比较多的。在这个实验中,迪金森和同事会教实验箱中的大鼠按压杠杆,得到食物作为奖励。

  当大鼠完成这个任务后,会被放回笼中。随后,研究人员让奖赏贬值——要么让大鼠吃撑,要么在它们吃完食物后,喂食让它们轻微恶心的药物。此后,研究人员再把大鼠放回实验箱,让它们重新选择是否按压杠杆。如果奖励已经使大鼠感到恶心,但它仍然按压杠杆,迪金森认为,这就说明大鼠已经习惯了按压杠杆。如果大鼠对此心生警惕,没有按压杠杆,就像它已经明白,现在的这种奖励会让它们感到不爽,这就表明,习惯并没有形成。这个实验给科学家提供了一种方法,来监测有意行为是否转变成了习惯行为。

“习惯回路”

  对迪金森的经典实验做了些许改变后,澳大利亚悉尼大学的伯纳德·巴伦(Bernard Balleine)和新南威尔士大学的西蒙·基尔克洛斯(Simon Killcross)等研究人员发现,许多大脑回路都参与了有意行为到习惯行为的转变过程。科学家在研究大鼠、人类和猴子时发现的新证据,则进一步将目标锁定为连接新皮层(neocortex,被认为是哺乳动物大脑最重要的区域)与纹状体(striatum,位于基底神经节的中心位置,在大脑的核心区域)的多重回路(见图“习惯行为”)。这些回路或多或少都会参与到有意行为或习惯行为中。

  在实验室中,我们训练大鼠和小鼠执行简单的任务。其中一个任务是让它们在听到响声后,沿“T”型迷宫快跑,然后根据听到的“提示音”,选择在“T”型迷宫顶端左转或右转,从而获得位于两端的奖励。我们的目标就是了解大脑如何判断某种行为的好坏,然后将一系列行为标记为“保留物”——也就是习惯。经过训练,我们的大鼠终于养成了习惯!尽管这种奖励已经变得让它们很不舒服,但它们听到提示音后,仍然会跑向指示的方向。

  为了解大脑如何给一个行为打上“习惯”的印记,我们的实验室开始记录纹状体中一群群神经元的电活动。实验结果让我们大吃一惊。当大鼠首次学会走迷宫后,纹状体中与控制运动相关的区域的神经元,在整个跑动过程中都保持活跃状态。但当这一行为越来越习惯化时,神经元活动模式有了变化:在跑动开始与结束时,神经元会很活跃,而在过程中的大部分时段则趋于平静。这就好像整个行为被“打包”形成一个整体,纹状体中的神经元只需标明每次跑动的起点和终点即可(见图“习惯如何形成”)。这个模式十分特别,内在机制大概是这样的:纹状体中的神经元似乎具有可塑性,可以将一系列动作“打包”为一个整体,而同时又保留了少量“专业细胞”,用以处理行为细节。

  这不禁让我们想到了大脑储存记忆的方式。我们都知道,运用整体的方式记忆一串数字,要比逐个记忆单个数字更加有效——例如,记忆电话号码时,“555-1212”这种方式就比“5-5-5-1-2-1-2”速度更快。已故美国心理学家乔治·A·米勒(George A. Miller)提出的“组块”(chunking)概念,指的就是将不同条目打包成一个记忆单位。在大鼠跑动开始和结束时,我们观察到的脑活动,就与这个概念非常相似。纹状体为不同模块的行为(习惯)划分了边线,再由内在评价体系来决定是否保留某一行为模块。如果事实确是如此,该机制意味着,纹状体实际上是帮我们把一连串行为整合为一个行为单元。所以,当你看到糖果盘,会“不假思索”地伸手拿糖,然后放到嘴里吃掉。

  研究人员还发现了一个“计划回路”(deliberation circuit),处于纹状体的另一区域,当我们的行为并非自动做出,而是需要一番决策时,这一回路就会激活。

  为了了解“计划回路”和“习惯回路”之间的联系,我们团队的凯瑟琳·索恩(Catherine Thorn)同时记录了两种回路的信号。当大鼠刚开始学习走迷宫时, “计划回路”的活跃程度会在跑动过程中增强,尤其是当大鼠根据提示音,在“T”形迷宫顶端决定转向时。这种模式几乎与“习惯回路”的“模块化”模式完全相反。而当行为完全习惯化以后,“计划回路”的活动则会逐渐减弱。这意味着,在我们形成习惯的过程中——至少大鼠是这样的——与习惯相关的回路会得到增强,但其他与此相关的回路也会发生变化。

  因为纹状体会与下边缘皮层(infralimbic cortex,位于大脑前部,与习惯行为相关的新皮层)共同作用,我们又对下边缘皮层区域的活动进行了记录。结果又令我们大开眼界。尽管纹状体“习惯回路”在行为开始与结束时都会更加活跃,但在学习的初始阶段,下边缘皮层产生的变化微乎其微。直到大鼠经过长时间训练,习惯已然养成后,下边缘皮层的活动才开始发生变化。令人惊讶的是,当变化出现时,下边缘皮层也出现了一种“模块化”的行为模式。下边缘皮层似乎非常聪明,它会等到纹状体的评价系统决定了是否要保留某一行为后,才让更广泛的脑区参与进来。

[实验]

习惯行为

  大鼠实验表明,大脑将习惯行为当作“模块”或一个整体进行处理。在“T”型迷宫中,大鼠会根据提示音学会转向,以获得奖赏。在实验之初(第一个彩色T),大脑纹状体的神经活动在大部分时间里十分活跃(黄色和红色)。在习惯形成期(第二个T),除去大鼠做出转向或是喝水的决定之外,大脑纹状体在其他时刻基本处于静息状态(绿色和蓝色)。一旦习惯形成(第三个T),大脑纹状体的神经活动只会在开始和结束时比较活跃,这意味着习惯行为已被标记为“模块”或一个整体。

打破循环

  我们决定通过全新的光遗传学技术(optogenetics),来检验下边缘皮层能否实时监控习惯行为。利用光遗传学技术,我们将对光敏感的分子置入微小的脑区中,然后照射这个区域,就可以激活或抑制其中的神经元。在实验中,我们先让大鼠学会在迷宫中穿梭,当它们已经形成习惯,这种行为也在它们的大脑中形成“行为模块”时,我们用光遗传学技术,阻断了大鼠下边缘皮层的神经元活动。结果,仅仅几秒钟后,在迷宫中奔跑的大鼠便丧失了习惯行为。

  这说明,习惯行为能被迅速阻断,有时甚至可以即刻生效,并且在照射停止后仍可持续。不过,大鼠并非在迷宫中停止不前,只不过跑向“贬值奖励”的习惯行为消失了,但跑向迷宫另一端拿取更好奖励的行为并未受到影响。事实上,当我们重复上述实验时,大鼠形成了新的习惯:不管提示音是什么,它们都会跑向奖励更好的一端。

  当我们再次抑制下边缘皮层中的相同区域时,大鼠刚刚形成的、寻找更好奖励的新习惯又会被阻断,而跑向“贬值奖励”的旧习惯又会突然出现。而且,旧习惯“回归”后,在每次实验中都会出现,而不需要再次“关闭”下边缘皮层。

  很多人都有过这样的经历:千辛万苦改掉坏习惯,可没过多久却又故态复萌。多年前,俄罗斯科学家巴甫洛夫研究了狗之后认为,狗永远不会忘记像习惯这样的、稳定的条件反射行为,最多也只能克制这些行为的发生。在大鼠身上,我们也发现了类似的习惯的不可根除性。不过,当大鼠运动时,我们可以通过操控新皮层上的一小块区域,来控制习惯行为的出现与否。但是,我们还不知道,这种操控究竟能达到什么程度。如果我们连续训练大鼠,让它形成3种不同的习惯,那在阻断第三种后,第二种习惯行为是否会出现?同样地,如果接着再阻断第二种,第一种又会怎样?

  因此,关键问题在于,我们能否从源头扼制习惯的形成。于是,我们调整了对大鼠的训练方法,使它们能够准确地跑向“T”型迷宫的某端,但尚未固化为习惯。然后,在后续的训练中,每当小鼠跑动时,我们都采用光遗传学技术抑制它的下边缘皮层的神经活动。在这种情况下,大鼠在迷宫中依然跑得很好,却无法养成习惯行为,即使经过多日的高强度训练,也不能将这样的行为固化下来。而对照组的大鼠没有受到光遗传学技术的干预,经过同样的训练,它们就形成了习惯行为。

[大脑机制]

习惯如何形成

  形成习惯需要经历三个阶段:探索新行为、养成习惯、习惯固化。尽管科学家尚未弄清其中的机理,但可以肯定的是,纹状体(中心)在这个过程中充当着协调者的角色。习惯行为似乎是“不假思索”地自动发生的,但实际上,下边缘皮层(底部偏右)无时无刻不在监控着我们的行为。

重塑习惯

  我们的研究得出了一些有趣的结果。首先,改掉习惯的确很难——它们被固化,成为神经活动的标准化模块,多个大脑回路参与了这一过程。

  还有,令人惊讶的是,看似自动完成的习惯行为,实际一直处在大脑新皮层的监控之中——新皮层的部分区域会实时监控习惯行为的执行。只要新皮层判定情境合适,“蓄势待发”的习惯行为就会“蠢蠢欲动”。即便我们没有察觉到自己在监控习惯行为(无需关注即可自动完成,这正是习惯行为的价值所在),但有一些大脑回路的确在无时无刻地监控这些习惯行为。我们也许会“不假思索”去拿糖果,但大脑的监控系统仍在运转,好比飞机上的飞行监控系统。

  我们的研究离临床应用还有多远呢?要想“一键”根除坏习惯,依然是个遥不可及的梦想。目前,我们和其他研究人员采用的实验方法,还不能直接用于人身上。但神经科学在飞速发展,研究人员正在攻克至关重要的一环——习惯行为的运作原理。如果我们能够完全理解,习惯是如何形成和打破的,就能更好地理解一些乖僻的习惯行为,并找到调整的方法。

  对习惯的深入了解,有望帮助一些有着“极端”习惯行为的人,为强迫症、图雷特氏综合征(Tourette’s syndrome)、恐惧症或创伤后应激障碍(PtSD)的治疗,提供一些线索。

  药物治疗和其他新兴疗法,对于根除有害习惯也许有所帮助。不过,我们对大脑进行的研究显示,要养成健康的习惯并且舍弃不良习惯,最好的办法是行为疗法。如果希望自己能够晨跑,那么在前一晚就拿出跑鞋,放在起床便能看见的醒目位置,是个不错的办法。这种视觉提示就如同我们用来训练大鼠的提示音——如果能在晨跑后再给自己一点奖励,那么效果就会更加显著。

  如果你每天都坚持如此,你的大脑就会形成良好习惯的“行为模块”。同样的道理,如果你希望戒掉吃糖的习惯,你就不应该在客厅或者办公室里放置糖果——也就是你要消除提示。

  改变习惯并非易事。马克·吐温说过:“习惯就是习惯,谁也不能将其扔出窗外,只能一步一步引它下楼。”这些研究使我们对未来充满乐观。我们希望,通过深入了解大脑形成和维持习惯的运作方式,能够找到让人们摒弃坏习惯,养成好习惯的“灵丹妙药”。

本文译者 叶香是北京大学心理学系硕士研究生。
程菲是香港城市大学应用社会科学系博士研究生。
本文审校 毛利华是北京大学心理学系副教授,研究领域为社会认知神经科学。

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