Neuron|“民以食为天”:吃多少 vs. 如何吃——以“极致的颗粒度”刻画食欲
动机是驱动行为的内在力量。无论是关乎命运的重大时刻还是决定晚饭吃啥的微小瞬间,动机都支配着我们的行为。这一系列大大小小的动机体现了我们的人格与个性,决定了我们是谁,从哪里来,到哪里去。
自20世纪初以来,学界已形成一系列关于动机的经典理论:本能论(instinct theory)认为行为由先天本能驱动;驱力降低理论(drive reduction theory)指出,动机源于生理需求,驱动特定行为满足该需求;诱因理论(incentive theory)则强调,外部刺激同样会塑造行为。这些理论对动机的定义始终停留在宏观层面,难以解释行为的实时动态性。
2月4日,beat365在线体育app脑认知与脑疾病研究所/深港脑科学创新研究院、深圳理工大学刘清晴/王立平团队在神经科学领域著名期刊Neuron发表重磅综述,提出“颗粒化动机调控实时行为选择”的理论框架,为动机的精细解读提供了全新视角。
突破传统:动机是一系列的“粒子级”状态
大脑是动机的物质基础,行为是动机的外在表现。近年来,人工智能技术的跨越式发展使研究者能够以亚秒级精度解读复杂多变的行为;神经活动在体实时记录、光遗传调控等技术的成熟,使动机的精准量化成为可能。
刘清晴/王立平团队以摄食这一最基本的本能行为为切入点,带来了颠覆性发现:食欲并非模糊的“想吃”冲动,而是由一系列明确的“子状态”构成。每个子状态都对应着特定的目标、独特的行为模式,受特异性的神经环路调控——这便是 “颗粒化动机状态”。这些精微的“动机粒子”共同决定了个体每一时刻的行为。
摄食全过程:一场“动机粒子”的动态博弈
动机源于需求。面对复杂的自然环境,动物往往同时有多种需求,每种都关乎生存,例如觅食果腹与防御天敌。团队前期的研究(Neuron,2023)发现,在吃饱之前,摄食动机与安全动机始终在相互竞争,交替主导行为。因此摄食不是持续的“干饭”,而是一系列“准备、发起、维持、中断”的不断循环。
准备阶段,下丘脑AgRP神经元持续激活,削弱非摄食相关的动机状态,使摄食动机“蓄力突围”。当摄食动机胜出,动物便会发起摄食:靠近食物、探索食物、开始啃咬,进而维持摄食——其中每个环节都由相应的“动机粒子”支配。突然出现的危险会触发防御动机而中断摄食;即便没有明显诱因,动物也可能暂停摄食而发起其他行为——这正是不同“动机粒子”动态竞争的体现。
外界环境与动物内在状态共同对“动机粒子”进行调控。环境压力会直接终止摄食并扰乱下一轮的摄食准备;压力事件过后,动物则更容易发起享乐性摄食行为。肥胖状态也会扰乱摄食的“动机粒子”,并导致“越胖越想吃”的恶性循环。
因此,摄食不仅仅是“吃了多少”,更是一场“动机粒子”的实时博弈,使动物既能觅食果腹,又能同时防御天敌,从而得以生存繁衍。
不止于摄食:一套通用的行为解读框架
“颗粒化动机”理论框架不仅能解释摄食行为,还可延伸到防御、社交、哺育等多种本能行为。这些本能使动物天生便能够快速评估各种线索,平衡多种需求,灵活应对各种情况,并不断积累经验,从而在生存这一终极需求的驱动的下,获取资源以适应自然,涌现新的能力以改造自然——这是生物智能的核心基础。利用该实验室开发的“脑-行为-生理的量化、同步与操纵技术体系”(BBQSM)可以量化亚秒级时间精度、精细化空间尺度的行为切换特征、解读“动机粒子”的动态交互。这是模拟生物智能的核心步骤,也将为具身智能的研究开启新的高度。
当行为发生异常时,“颗粒化动机”理论框架与BBQSM技术体系相结合,有助于快速找到有问题的环节,进而通过调节特定“动机颗粒”的神经环路而进行干预。这为摄食障碍等疾病的研究提供了新思路。
当前的研究还无法定义什么是动机的“原子”。然而,“颗粒化动机”理论框架带来了关键突破:将动机研究从宏观描述推向了微观实证,提供了从行为与神经两个层面、以亚秒级时间分辨率读取并调控动机状态的研究思路。这使我们向最终揭示动机的奥秘又迈进了一步。
新加坡科技研究局(A*STAR)傅玉研究员、北京脑科学与类脑研究所所长罗敏敏研究员对该工作做出了精彩评论:
傅玉,A*STAR
王立平老师团队这篇发表在《Neuron》上的综述论文代表了神经科学领域对复杂行为理解的一次重大范式跃迁 。在传统的行为研究中,进食往往被简化为一个由饥饿驱动、由饱腹终止的单一生物学过程,而本研究通过引入“颗粒化动机状态”(Granular Motivational States)这一核心概念,创新性地突破了这种二元论的局限 。作者指出,动物在不断变化的环境中往往面临多种需求共存的复杂局面,通过将进食过程精细化分解为寻找食物、接近目标、深入调查、持续摄食以及不同形式的终止阶段,该框架能够更准确地描述大脑如何根据实时动机的强弱演化,在冲突的需求之间做出最优的行为决策。
该论文展现了极强的跨学科整合能力,尤其是 BBQSM(脑-行为-生理的量化、同步与操纵)技术体系的提出,为这一理论框架提供了坚实的技术基石 。在人工智能辅助下的高精度行为识别,该团队的前期工作能够以亚秒级的时间分辨率捕捉动物在摄食过程中的微妙状态切换。这种从传统宏观摄入量测量向微观行为流分析的转变,极大地提升了我们对神经环路功能解析的深度 。这种研究方法的创新,不仅有助于揭示单一神经元群在不同行为阶段截然不同的编码逻辑,也为理解复杂神经动力学中的“吸引子切换”提供了实验依据。
该论文的发布在当前代谢健康与神经精神疾病研究日益迫切的背景下,具有显著的时效性 。通过探讨环境压力、炎症状态以及肥胖如何重塑这些颗粒化动机的交互,论文揭示了病理性进食行为背后的深层机制 。例如,长期的高热量饮食可能通过改变特定脑区的转录谱和神经兴奋性,削弱了原本作为进食“刹车”的颗粒动机,从而导致非生理性的过度进食。这种对动机失调的精细化理解,直接对接了未来精准医疗的需求,为饮食障碍和肥胖症的干预提供了更具针对性的潜在靶点。
此外,论文所提出的理论框架在人工智能和具身智能领域也蕴含着巨大的应用潜力。通过模拟生物体在多重需求冲突下如何通过动机颗粒的动态平衡来实现灵活的行为切换,我们可以为开发更具适应性和自主性的机器人系统提供启发 。这种基于自然智能的算法模型,超越了简单的任务导向逻辑,赋予了系统在复杂、多变环境下生存与进化的能力。
最后,该综述不仅是对现有研究的归纳,更是对未来神经科学研究方向的指引。它鼓励研究者跳出有限的人工实验范式,进入更具生态学意义的自然主义场景,去探索行为背后那些重叠、流转且充满活力的动机颗粒 。这种对生命活动本质复杂性的探索,正是这篇论文最具启发性的意义所在。
超越“热量吸尘器”:食欲的颗粒度
罗敏敏,北京脑科学与类脑研究所
神经科学家喜欢把实验室里的小鼠当作“毛茸茸的热量吸尘器”。它们仿佛内部装了个简单的开关,要么在“开”的状态下狂吃,要么在“关”的状态下停食。不过,如果你曾站在敞开的冰箱前,饿得发颤却陷入决策瘫痪,最终放弃做一顿精致晚餐、转而抓起一块去年中秋节剩下来的月饼,那么恭喜,你已经凭直觉超越绝大多数神经科学家,领悟到现代神经科学一个核心矛盾:进食从来不是单一行为。
刘清晴和王立平最近在Neuron发表的这篇综述,用优雅的“颗粒化动机状态”理论框架,把我们从这种二元简化主义中拽了出来。我有机会近距离审视这一理论框架的演变过程,因此很高兴看到它以如此完整的形式在此呈现。作者令人信服地指出,进食并非单一的驱动力,而更像一场精细的神经接力赛,包含准备、启动、维持、中断与终止等多个微观阶段。
这篇综述的精彩之处在于它对这些行为阶段基于现有的大量文献进行了详实的神经映射。我们了解到,虽然下丘脑弓状核 AgRP 神经元可能会尖叫着“我饿了”(编码负面效价),它们必须将接力棒交给外侧下丘脑GABA能神经元来真正触发“靠近和探索”这一系列动作,随后再由中缝背核GABA能神经元和中央杏仁核五羟色胺受体2A神经元等来评价食物奖赏与应激的平衡从而维持这一行为。这种环路水平的行为分离可以解释一些非常有趣的行为,比如为什么动物可能会疯狂觅食却拒绝进食。
此外,我特别欣赏作者大力推介的“BBQSM”方法(即脑-行为-生理的量化、同步与调控),利用人工智能来捕捉进食的不同阶段及与躲避捕食者本能之间毫秒级的较量。如果我们唯一的衡量标准只是食槽重量的变化,这些关键的行为差别和底层神经环路就会被遗漏。
总之,这篇综述大声提醒我们,如果想要真正理解肥胖或进食障碍,就必须停止将“进食”看作一个整体,而开始关注每一口的细节。通过定义动机的“原子”单位,刘和王为该领域提供了一张新的“行为元素周期表”。更进一步,它也为我们研究其它本能行为的神经基础设定了新的研究标准。
本文信息密度高,思维启发性强,读的时候也许配点零食享用风味更佳。当然,现在你会清楚自己吃零食时大脑正在跑哪段神经程序。这正是理论进步带来的甜蜜副作用:连吃月饼都能吃出颗粒化的科学风味。

图1 颗粒化动机状态的神经机制
原文链接:https://authors.elsevier.com/c/1mYi3_KOmxKV-r

图2 颗粒化动机状态调控实时行为选择
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