摘要：研究表明，基于獎(jiǎng)勵(lì)的學(xué)習(xí)需要兩種神經(jīng)調(diào)節(jié)劑來平衡彼此的影響。
如果你聽說過大腦中的兩種化學(xué)神經(jīng)遞質(zhì)，那可能是多巴胺和血清素。別管谷氨酸和伽馬氨基丁酸起了大部分的作用，吸引所有頭條新聞的一直都是多巴胺和血清素。多巴胺是 “快樂化學(xué)物質(zhì)”，而血清素則是穩(wěn)定情緒的 “溫柔劑”。
當(dāng)然，頭條新聞大多是錯(cuò)誤的。多巴胺在塑造行為方面的作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了“快樂”甚至“獎(jiǎng)勵(lì)”這樣的簡(jiǎn)單概念。事實(shí)上，提高血清素的SSRI抗抑郁藥需要幾周或幾個(gè)月的時(shí)間才能起作用，這表明，實(shí)際上并不是血清素水平的立即上升，而是下游大腦回路中一些仍然神秘的變化。
圖1 紋狀體多巴胺和血清素對(duì)強(qiáng)化的相反控制斯坦福大學(xué)吳蔡神經(jīng)科學(xué)研究所的一項(xiàng)新研究揭示了這些情緒管理分子的另一個(gè)新方面。這項(xiàng)研究在線發(fā)表在《自然》雜志上，首次準(zhǔn)確地展示了多巴胺和血清素是如何共同作用的——或者更準(zhǔn)確地說，是如何對(duì)立作用，來塑造我們的行為。
該研究的資深作者、斯坦福大學(xué)精神病學(xué)和行為科學(xué)普利茲克教授Robert Malenka說：“除了與我們的日常行為有關(guān)外，多巴胺和血清素還與多種神經(jīng)和精神疾病有關(guān)：成癮、自閉癥、抑郁癥、精神分裂癥、帕金森癥等等。”“如果我們要在治療這些疾病方面取得進(jìn)展，了解它們之間的相互作用對(duì)我們來說至關(guān)重要。”
理論：多巴胺和血清素對(duì)塑造行為都很重要——但如何影響呢？
長期以來的研究表明，多巴胺和血清素在不同物種的學(xué)習(xí)和決策中起著至關(guān)重要的作用。然而，這些神經(jīng)遞質(zhì)之間的確切相互作用仍不清楚。多巴胺與獎(jiǎng)勵(lì)預(yù)測(cè)和尋求有關(guān)，而血清素似乎可以調(diào)節(jié)這些沖動(dòng)，促進(jìn)長期思考。
目前出現(xiàn)了兩種主要理論：“協(xié)同假說”（synergy hypothesis），認(rèn)為多巴胺處理短期回報(bào)，而血清素管理長期利益；“對(duì)立假說”（antagonency hypothesis），認(rèn)為兩者是平衡我們決策的對(duì)立力量，多巴胺敦促立即行動(dòng)，血清素建議耐心。
斯坦福大學(xué)的這項(xiàng)新研究是吳蔡神經(jīng)計(jì)劃的一部分，為這些相互競(jìng)爭(zhēng)的假設(shè)提供了第一個(gè)直接的實(shí)驗(yàn)測(cè)試。
實(shí)驗(yàn)：多巴胺和血清素在聯(lián)想學(xué)習(xí)中的雙重控制
Daniel Cardozo Pinto等人組成的研究小組創(chuàng)造了經(jīng)過特殊改造的小鼠，使他們能夠觀察和控制同一動(dòng)物體內(nèi)的多巴胺和血清素系統(tǒng)。
這種創(chuàng)新的方法幫助他們確定了這兩個(gè)系統(tǒng)在大腦中相互作用的位置——特別是在一個(gè)被稱為伏隔核的邊緣區(qū)域，它在情感、動(dòng)機(jī)和獎(jiǎng)勵(lì)處理中起著關(guān)鍵作用。
Cardozo Pinto說：“這是一個(gè)技術(shù)要求很高的項(xiàng)目，需要我們開發(fā)新的策略來記錄和操縱清醒、行為正常的動(dòng)物體內(nèi)多種神經(jīng)調(diào)節(jié)劑的活動(dòng)。”然而，他補(bǔ)充說，“我堅(jiān)持了下來，因?yàn)槲覐?qiáng)烈懷疑多巴胺和血清素系統(tǒng)之間會(huì)有令人著迷的相互作用，而其他研究一次只關(guān)注一種神經(jīng)調(diào)節(jié)劑，而事實(shí)證明正是如此。”
Cardozo Pinto等人用他們的創(chuàng)新工具觀察了當(dāng)小鼠學(xué)會(huì)將音調(diào)和閃光與甜蜜的獎(jiǎng)勵(lì)聯(lián)系起來時(shí)，伏隔核中的多巴胺和血清素信號(hào)是如何變化的。他們發(fā)現(xiàn)，多巴胺和血清素系統(tǒng)的反應(yīng)方向相反——多巴胺信號(hào)隨著獎(jiǎng)勵(lì)而上升，而血清素信號(hào)則下降。
然后，研究人員使用光遺傳學(xué)操作（一種利用光來控制轉(zhuǎn)基因神經(jīng)元的技術(shù)）在獎(jiǎng)勵(lì)學(xué)習(xí)過程中選擇性地減弱每個(gè)系統(tǒng)的正常信號(hào)——無論是單獨(dú)的還是聯(lián)合的。
可以預(yù)見的是，考慮到將這些信號(hào)系統(tǒng)與獎(jiǎng)勵(lì)學(xué)習(xí)聯(lián)系起來的研究歷史，阻斷多巴胺和血清素信號(hào)使小鼠無法將聲音和光線線索與含糖獎(jiǎng)勵(lì)聯(lián)系起來。更令人驚訝的是，恢復(fù)多巴胺或血清素信號(hào)本身并不足以讓動(dòng)物重新學(xué)習(xí)。只有兩個(gè)系統(tǒng)都在線，動(dòng)物才能成功地利用這些線索預(yù)測(cè)獎(jiǎng)勵(lì)的到來。
Cardozo Pinto回憶說：“這個(gè)項(xiàng)目中最令人驚訝和難忘的時(shí)刻是當(dāng)我進(jìn)行我的第一個(gè)光遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，我測(cè)試了小鼠是喜歡多巴胺增加、血清素下降，還是兩者兼而有之。我們將小鼠放在一個(gè)盒子里，并將盒子的不同部分與每種體驗(yàn)配對(duì)，這樣老鼠就可以用腳投票選擇他們喜歡的體驗(yàn)。我永遠(yuǎn)不會(huì)忘記在實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)走進(jìn)房間，看到所有的小鼠都站在盒子的一邊，共同代表兩種操作方法時(shí)的興奮。在科學(xué)上，得到一個(gè)如此驚人的結(jié)果是非常罕見的，你可以立即看到它，這是我們第一個(gè)直接證據(jù)來支持幾十年前的多巴胺-血清素對(duì)立假說。”
即將到來的：調(diào)控多巴胺和血清素以改善精神病治療
研究人員說，研究結(jié)果表明，多巴胺和血清素以相反的方式共同作用，幫助大腦從獎(jiǎng)勵(lì)中學(xué)習(xí)。
基于他們的研究結(jié)果，他們提出這兩個(gè)系統(tǒng)的作用有點(diǎn)像汽車上的油門和剎車。當(dāng)事情比預(yù)期的好時(shí)，多巴胺通過發(fā)出信號(hào)來鼓勵(lì)尋求獎(jiǎng)勵(lì)的行為，產(chǎn)生“行動(dòng)”信號(hào)。相比之下，血清素似乎在這一過程中踩了剎車，產(chǎn)生“停止”或“等待”的信號(hào)，潛在地幫助我們更有耐心，考慮長期后果，而不僅僅是眼前的回報(bào)。研究表明，有效的學(xué)習(xí)既需要多巴胺發(fā)出的“開始”信號(hào)，也需要血清素發(fā)出的“等待”信號(hào)，這樣生物體才能正確地評(píng)估和應(yīng)對(duì)有益的機(jī)會(huì)。
這一發(fā)現(xiàn)也對(duì)涉及多巴胺和血清素功能障礙的疾病有啟示，比如成癮，其中多巴胺能超敏反應(yīng)和血清素能缺陷會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)迫性的尋求獎(jiǎng)勵(lì)，以及包括抑郁和焦慮在內(nèi)的情緒障礙，其中血清素信號(hào)的減少可能會(huì)損害行為靈活性和長期計(jì)劃。
“隨著多巴胺在獎(jiǎng)勵(lì)學(xué)習(xí)中的作用越來越清楚，多巴胺系統(tǒng)已經(jīng)成為一個(gè)自然的起點(diǎn)，用于研究涉及獎(jiǎng)勵(lì)處理中斷的疾病，如成癮和抑郁。我們的研究表明，多巴胺和血清素系統(tǒng)形成了一個(gè)獎(jiǎng)勵(lì)的‘剎車’系統(tǒng)，這表明，未來關(guān)注這兩個(gè)系統(tǒng)之間的相對(duì)平衡將是富有成效的。”
例如，在成癮治療中，治療可能旨在抑制過度活躍的多巴胺信號(hào)，同時(shí)提高血清素的活性。在抑郁癥中，目標(biāo)可能是增強(qiáng)這兩個(gè)系統(tǒng)，以改善動(dòng)機(jī)和長期規(guī)劃。
此外，該團(tuán)隊(duì)為完成這項(xiàng)研究而取得的技術(shù)進(jìn)步，可能會(huì)長期應(yīng)用于神經(jīng)科學(xué)研究，Malenka補(bǔ)充道。“我們?yōu)檫@項(xiàng)研究開發(fā)的新方法現(xiàn)在可以應(yīng)用于一系列有趣的問題，這些問題涉及大腦如何調(diào)節(jié)適應(yīng)性行為，以及在成癮、抑郁和自閉癥譜系障礙等普遍的腦部疾病中，這些神經(jīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)出了什么問題。”
參考資料
[1] Opponent control of reinforcement by striatal dopamine and serotonin
摘要：研究表明，基于獎(jiǎng)勵(lì)的學(xué)習(xí)需要兩種神經(jīng)調(diào)節(jié)劑來平衡彼此的影響。
如果你聽說過大腦中的兩種化學(xué)神經(jīng)遞質(zhì)，那可能是多巴胺和血清素。別管谷氨酸和伽馬氨基丁酸起了大部分的作用，吸引所有頭條新聞的一直都是多巴胺和血清素。多巴胺是 “快樂化學(xué)物質(zhì)”，而血清素則是穩(wěn)定情緒的 “溫柔劑”。
當(dāng)然，頭條新聞大多是錯(cuò)誤的。多巴胺在塑造行為方面的作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了“快樂”甚至“獎(jiǎng)勵(lì)”這樣的簡(jiǎn)單概念。事實(shí)上，提高血清素的SSRI抗抑郁藥需要幾周或幾個(gè)月的時(shí)間才能起作用，這表明，實(shí)際上并不是血清素水平的立即上升，而是下游大腦回路中一些仍然神秘的變化。
圖1 紋狀體多巴胺和血清素對(duì)強(qiáng)化的相反控制斯坦福大學(xué)吳蔡神經(jīng)科學(xué)研究所的一項(xiàng)新研究揭示了這些情緒管理分子的另一個(gè)新方面。這項(xiàng)研究在線發(fā)表在《自然》雜志上，首次準(zhǔn)確地展示了多巴胺和血清素是如何共同作用的——或者更準(zhǔn)確地說，是如何對(duì)立作用，來塑造我們的行為。
該研究的資深作者、斯坦福大學(xué)精神病學(xué)和行為科學(xué)普利茲克教授Robert Malenka說：“除了與我們的日常行為有關(guān)外，多巴胺和血清素還與多種神經(jīng)和精神疾病有關(guān)：成癮、自閉癥、抑郁癥、精神分裂癥、帕金森癥等等。”“如果我們要在治療這些疾病方面取得進(jìn)展，了解它們之間的相互作用對(duì)我們來說至關(guān)重要。”
理論：多巴胺和血清素對(duì)塑造行為都很重要——但如何影響呢？
長期以來的研究表明，多巴胺和血清素在不同物種的學(xué)習(xí)和決策中起著至關(guān)重要的作用。然而，這些神經(jīng)遞質(zhì)之間的確切相互作用仍不清楚。多巴胺與獎(jiǎng)勵(lì)預(yù)測(cè)和尋求有關(guān)，而血清素似乎可以調(diào)節(jié)這些沖動(dòng)，促進(jìn)長期思考。
目前出現(xiàn)了兩種主要理論：“協(xié)同假說”（synergy hypothesis），認(rèn)為多巴胺處理短期回報(bào)，而血清素管理長期利益；“對(duì)立假說”（antagonency hypothesis），認(rèn)為兩者是平衡我們決策的對(duì)立力量，多巴胺敦促立即行動(dòng)，血清素建議耐心。
斯坦福大學(xué)的這項(xiàng)新研究是吳蔡神經(jīng)計(jì)劃的一部分，為這些相互競(jìng)爭(zhēng)的假設(shè)提供了第一個(gè)直接的實(shí)驗(yàn)測(cè)試。
實(shí)驗(yàn)：多巴胺和血清素在聯(lián)想學(xué)習(xí)中的雙重控制
Daniel Cardozo Pinto等人組成的研究小組創(chuàng)造了經(jīng)過特殊改造的小鼠，使他們能夠觀察和控制同一動(dòng)物體內(nèi)的多巴胺和血清素系統(tǒng)。
這種創(chuàng)新的方法幫助他們確定了這兩個(gè)系統(tǒng)在大腦中相互作用的位置——特別是在一個(gè)被稱為伏隔核的邊緣區(qū)域，它在情感、動(dòng)機(jī)和獎(jiǎng)勵(lì)處理中起著關(guān)鍵作用。
Cardozo Pinto說：“這是一個(gè)技術(shù)要求很高的項(xiàng)目，需要我們開發(fā)新的策略來記錄和操縱清醒、行為正常的動(dòng)物體內(nèi)多種神經(jīng)調(diào)節(jié)劑的活動(dòng)。”然而，他補(bǔ)充說，“我堅(jiān)持了下來，因?yàn)槲覐?qiáng)烈懷疑多巴胺和血清素系統(tǒng)之間會(huì)有令人著迷的相互作用，而其他研究一次只關(guān)注一種神經(jīng)調(diào)節(jié)劑，而事實(shí)證明正是如此。”
Cardozo Pinto等人用他們的創(chuàng)新工具觀察了當(dāng)小鼠學(xué)會(huì)將音調(diào)和閃光與甜蜜的獎(jiǎng)勵(lì)聯(lián)系起來時(shí)，伏隔核中的多巴胺和血清素信號(hào)是如何變化的。他們發(fā)現(xiàn)，多巴胺和血清素系統(tǒng)的反應(yīng)方向相反——多巴胺信號(hào)隨著獎(jiǎng)勵(lì)而上升，而血清素信號(hào)則下降。
然后，研究人員使用光遺傳學(xué)操作（一種利用光來控制轉(zhuǎn)基因神經(jīng)元的技術(shù)）在獎(jiǎng)勵(lì)學(xué)習(xí)過程中選擇性地減弱每個(gè)系統(tǒng)的正常信號(hào)——無論是單獨(dú)的還是聯(lián)合的。
可以預(yù)見的是，考慮到將這些信號(hào)系統(tǒng)與獎(jiǎng)勵(lì)學(xué)習(xí)聯(lián)系起來的研究歷史，阻斷多巴胺和血清素信號(hào)使小鼠無法將聲音和光線線索與含糖獎(jiǎng)勵(lì)聯(lián)系起來。更令人驚訝的是，恢復(fù)多巴胺或血清素信號(hào)本身并不足以讓動(dòng)物重新學(xué)習(xí)。只有兩個(gè)系統(tǒng)都在線，動(dòng)物才能成功地利用這些線索預(yù)測(cè)獎(jiǎng)勵(lì)的到來。
Cardozo Pinto回憶說：“這個(gè)項(xiàng)目中最令人驚訝和難忘的時(shí)刻是當(dāng)我進(jìn)行我的第一個(gè)光遺傳學(xué)實(shí)驗(yàn)時(shí)，我測(cè)試了小鼠是喜歡多巴胺增加、血清素下降，還是兩者兼而有之。我們將小鼠放在一個(gè)盒子里，并將盒子的不同部分與每種體驗(yàn)配對(duì)，這樣老鼠就可以用腳投票選擇他們喜歡的體驗(yàn)。我永遠(yuǎn)不會(huì)忘記在實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)走進(jìn)房間，看到所有的小鼠都站在盒子的一邊，共同代表兩種操作方法時(shí)的興奮。在科學(xué)上，得到一個(gè)如此驚人的結(jié)果是非常罕見的，你可以立即看到它，這是我們第一個(gè)直接證據(jù)來支持幾十年前的多巴胺-血清素對(duì)立假說。”
即將到來的：調(diào)控多巴胺和血清素以改善精神病治療
研究人員說，研究結(jié)果表明，多巴胺和血清素以相反的方式共同作用，幫助大腦從獎(jiǎng)勵(lì)中學(xué)習(xí)。
基于他們的研究結(jié)果，他們提出這兩個(gè)系統(tǒng)的作用有點(diǎn)像汽車上的油門和剎車。當(dāng)事情比預(yù)期的好時(shí)，多巴胺通過發(fā)出信號(hào)來鼓勵(lì)尋求獎(jiǎng)勵(lì)的行為，產(chǎn)生“行動(dòng)”信號(hào)。相比之下，血清素似乎在這一過程中踩了剎車，產(chǎn)生“停止”或“等待”的信號(hào)，潛在地幫助我們更有耐心，考慮長期后果，而不僅僅是眼前的回報(bào)。研究表明，有效的學(xué)習(xí)既需要多巴胺發(fā)出的“開始”信號(hào)，也需要血清素發(fā)出的“等待”信號(hào)，這樣生物體才能正確地評(píng)估和應(yīng)對(duì)有益的機(jī)會(huì)。
這一發(fā)現(xiàn)也對(duì)涉及多巴胺和血清素功能障礙的疾病有啟示，比如成癮，其中多巴胺能超敏反應(yīng)和血清素能缺陷會(huì)導(dǎo)致強(qiáng)迫性的尋求獎(jiǎng)勵(lì)，以及包括抑郁和焦慮在內(nèi)的情緒障礙，其中血清素信號(hào)的減少可能會(huì)損害行為靈活性和長期計(jì)劃。
“隨著多巴胺在獎(jiǎng)勵(lì)學(xué)習(xí)中的作用越來越清楚，多巴胺系統(tǒng)已經(jīng)成為一個(gè)自然的起點(diǎn)，用于研究涉及獎(jiǎng)勵(lì)處理中斷的疾病，如成癮和抑郁。我們的研究表明，多巴胺和血清素系統(tǒng)形成了一個(gè)獎(jiǎng)勵(lì)的‘剎車’系統(tǒng)，這表明，未來關(guān)注這兩個(gè)系統(tǒng)之間的相對(duì)平衡將是富有成效的。”
例如，在成癮治療中，治療可能旨在抑制過度活躍的多巴胺信號(hào)，同時(shí)提高血清素的活性。在抑郁癥中，目標(biāo)可能是增強(qiáng)這兩個(gè)系統(tǒng)，以改善動(dòng)機(jī)和長期規(guī)劃。
此外，該團(tuán)隊(duì)為完成這項(xiàng)研究而取得的技術(shù)進(jìn)步，可能會(huì)長期應(yīng)用于神經(jīng)科學(xué)研究，Malenka補(bǔ)充道。“我們?yōu)檫@項(xiàng)研究開發(fā)的新方法現(xiàn)在可以應(yīng)用于一系列有趣的問題，這些問題涉及大腦如何調(diào)節(jié)適應(yīng)性行為，以及在成癮、抑郁和自閉癥譜系障礙等普遍的腦部疾病中，這些神經(jīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)出了什么問題。”
參考資料
[1] Opponent control of reinforcement by striatal dopamine and serotonin
