想象一下，你刚刚拨动了一下打火机。如果没有看到火焰，你自然会再试一次。如果第二次尝试后仍然打不出火焰，你会一次又一次地重复这个动作，直到打出火焰为止。最终，你会看到火焰，并知道你的打火机能用。但如果打不出来呢？你要拨动打火机多久，才会决定放弃？
我们的日常生活充满了这样的决策困境和不确定性。我们不断需要在各种选项之间做出选择，无论是最普通的决定——我还要继续拨这个打火机吗？——还是改变人生的选择——我该不该离开这段关系？我们要么继续做已经习惯的事，要么冒险尝试那些未经探索、但可能更有价值的选项。
有些人天生更倾向于冒险，而另一些人则更愿意坚守自己最熟悉的事物。然而，好奇心和探索精神对人类和动物都至关重要，它们帮助人们找到获取水、食物或金钱等资源的最佳方式。在眺望贝伦塔——这座塔是葡萄牙伟大海上发现的象征——我常常从办公室窗口望去，并思考是什么驱使人们去探索未知，以及人们在权衡尝试新事物的利弊时，大脑里发生了什么。为了回答这些问题，我与扎卡里·迈嫩博士及其神经科学家团队一起，研究大脑在做决策时如何应对不确定性。
从决策到行动
尽管我们做出的决定极大地影响着日常生活，但我们如何权衡并做出承诺，是一个我们仅部分理解的复杂过程。这一主题在很大程度上是从行为学和理论角度进行研究的（Cisek and Kalaska, 2010），神经科学家也开始发现多个有助于解决困境并据此采取行动的脑区（Gold and Shadlen, 2007）。然而，我们距离理解从决策到行动的曲折路径仍有很大差距，因为即使是最平凡的决定，也涉及许多脑区以及众多细胞之间的协同互动（Montague, 2008）。
以打火机为例。要决定是否继续拨动，你首先必须收集信息：到底有没有火焰？这会激活大脑中负责处理视觉或触觉等感官信息的区域。随后，如果看到火焰，你可能会感到满意；如果没有看到，则会感到惊讶。这是因为此类感官信息会被传递到你的奖赏系统。接着，释放分子“多巴胺”的奖赏回路将有助于激发你选择下一步行动的动机（Dayan and Niv, 2008）。
那么，接下来该怎么做？如果看到了火焰，你只需继续按住按钮让它保持燃烧。但如果没有火焰，你可能会开始怀疑手指在砂轮上的拨动是否足够有力，或者打火机是否已经没油了。大脑额叶区域被认为控制着判断和解决问题等认知技能，可能会帮助你考虑这种不确定性。如果你认为打火机里仍有燃气，你就会再拨一次。同样，正是你的额叶皮层在控制这种自主行为的选择（Miller, 2000）。
最后，你必须决定愿意花多少时间来拨动打火机。这可能取决于你手边是否还有另一个打火机。你有多固执，可能受血清素调节，血清素是一种神经调质，它被认为与耐心相关（Fonseca et al., 2015）以及与坚持不懈相关（Lottem et al. 2018），即使面对不确定的奖励时也是如此。
重构神经拼图
在尚帕利莫德未知中心（位于里斯本），我们开发了一项简单的任务，重现了拨动打火机的体验。在这里，小鼠自然地觅水，但水滴投放稀疏，而且有时会随机出现水源耗尽的情况。这就像一个反复无常的打火机，时而打不出火焰，直到燃气储备突然告急。
在我们的实验中，我们仔细监测小鼠在该任务期间的行为，以了解它们在寻找水源时的坚持程度，以及何时会放弃并转而去别处探索。借助计算模型，我们能够解释这一决策过程的主要方面。据开发该模型的同事皮耶特罗·韦尔特基（Pietro Vertechi）所言：
通过将一个困难的决策过程（例如“在多少次失败后我应该放弃并改变策略？”）置于自然情境（觅食食物或水）中，我们可以同时在小鼠和人类身上研究认知。正如在类似的自然情境中一样，动物会接收到许多不同的刺激（从箱子的颜色到实验人员的气味或水的味道），其中大部分与解决任务无关。数学建模能告诉我们，受试者应当追踪哪些重要变量（例如连续失败尝试的次数）。随后，我们便可以检验哪些脑区编码了这些信息，以及如何编码。
因此，为了一块一块地重构决策的神经拼图，我们在小鼠大脑中寻找这些交互机制。为了仔细审视神经系统不同区域的活动，并揭示它们作为决策者的作用，我们使用最先进的技术。例如，一种名为“光纤光度法”的新近技术使我们能够检测奖赏系统中非常微弱的信号，例如小鼠在采样水奖励时多巴胺的释放。
同样，为了倾听多个额叶区域中神经元之间的“对话”，我们使用一项新技术，可在动物执行任务时同时记录数百个神经元的电活动。由于该方法具有精细的时空分辨率，它有望帮助我们追踪决策形成过程中信息在大脑内的传递路径。最后，基因编码的光学开关（即称为“视蛋白”的光敏蛋白）被用于通过光闪烁远程控制神经活动。这一强大工具使我们能够直接控制选定的细胞群，例如释放血清素的神经元，并探究它们对行为的影响。这或许能告诉我们，为什么有些动物会犹豫不决，而另一些动物则会立即行动。
超越实验室
更深入地了解支配我们选择的神经机制，可能会揭示是什么导致一个人在明知有风险的情况下仍坚持做某件事。这种倾向可能导致与成瘾及其他强迫性障碍相关的认知功能障碍。因此，理解控制行为适应的神经过程可能对社会产生巨大影响。
另一方面，在逆境面前缺乏坚持，是抑郁障碍的典型特征之一。有趣的是，尽管血清素是抗抑郁药物的主要作用靶点，但其确切功能仍是个谜。通过检验该分子在决策和自主行为调节中的机制作用，我们希望揭示这一分子的一项新的基本作用，这可能会带来创新的治疗策略。
尽管我们的工作远未描绘出完整的图景，但它正在一步一个脚印地铺平道路，揭开神经科学最大的谜团之一。我们在自发行为和决策方面获得的科学发现，也可能有助于哲学辩论，例如关于“自由意志”的问题（Rigato et al, 2014）：谁是决策者？是你的大脑吗？
