撰文 | Lala

责编 | 十一月

一项新的研究发现，长期以来，多巴胺和血清素（5-羟色胺）与人脑中的奖励和快乐有关，它们可能也参与一般认知，塑造人们如何感知世界并根据这些感知采取行动。

研究人员首次连续不断地监视人脑中两种神经递质，研究结果于10月12日发表在Neuron上题为Sub-second Dopamine and Serotonin Signaling in Human Striatum during Perceptual Decision-Making，为验证以前主要在动物模型中的研究假设提供了新的机会。

“这项研究不仅仅是测量多巴胺和5-羟色胺。加州大学戴维斯分校的神经科学家Tim Hanks表示：“这是建立在深入研究动物和人类感知决策的神经机制的基础之上的，并将这些研究的发现联系在一起。越来越多的人意识到，多巴胺和5-羟色胺的作用比以前所认为的更加精致和细腻。”

两种神经递质均已在动物中进行了深入研究，但是动物需要训练才能执行决策任务，而训练通常是有回报的。结果，很难将决策与他们得到的回报区分。伦敦大学学院的神经科学家、研究的主要作者Dan Bang说：“动物是我们在人类中看到的丰富思想和行为的有限模型。”

为了研究人体中的多巴胺和5-羟色胺信号传导，研究小组招募了五名志愿者，他们将接受脑部手术以治疗帕金森氏症或原发性震颤，并同意在手术过程中对其神经递质进行监测。外科医生使患者在手术过程中保持清醒，并使用探头测量大脑活动以确保安全。由弗吉尼亚理工大学神经科学家Read Montague领导的研究小组能够将微电极插入四名志愿者的尾状核和五分之一的壳核中。这两个结构都是纹状体的区域，并参与运动、学习和奖励。

在他们接受手术的过程中，每个参与者都完成了一个被称为随机点运动范式的普通视觉任务的修改版本。在每一轮的任务中，一个人会看到一团闪烁的点在屏幕上移动。一些点沿着同一方向一起移动，而其他点则随机移动;进行每种运动的比例决定了任务的难度。在标准测试中，点消失了，受试者必须表明他们平均是向左移动还是向右移动。在修改后的实验方案中，实验人员向参与者展示了一个随机的角度，在这些点消失后，参与者必须决定这些点是在那个角度的左边还是右边移动。

通过这种方式，科学家们可以通过改变同步运动的点的数量以及运动路径与随机选择的参考角度的接近程度，来改变人的感知的难度和不确定性。在做出选择之后，参与者对自己的决定进行评估。

一个微电极连续测量尾状核或壳核中的多巴胺和血清素水平，每秒测量10次。在此之前，科学家们从未能够以如此快的生物学相关速度监控人类的这些神经递质。低侵入性的方法，如PET扫描或fMRI，通常每分钟只需测量一次。

在尾状核内，血清素水平与四名参与者中三名参与者的感知不确定性有关。当根据任务变量和参与者对自己的决定的不确定性来估计任务更加困难且结果更加不确定时，在屏幕上出现点后不久，血清素水平就会飙升。当任务比较容易时，血清素下降了。在先前的一些人和动物研究中，多巴胺与5-羟色胺具有相反的关系，因此具有不确定性，但是在新研究中，尾状核多巴胺水平的变化与感知不确定性不一致。

在研究中使用的探针(上图，与一个曲别针相比较大小)是由碳纤维制成的，使用低电压实时检测多巴胺和血清素的活动

然而，在壳核中，研究小组确实发现了有力的证据来支持多巴胺和血清素在行动中扮演相反的角色，这一点可以从参与者选择点的方向所花费的时间中得到证明。多巴胺的增加和血清素的相应减少都与实验对象的行动选择有关，当任务更容易和不确定性更小时，神经调节剂水平的变化和决策本身会发生得更快。

综上所述，这些发现表明，多巴胺和5-羟色胺超出了它们作为奖励品的作用，它们可能更广泛地促进了认知，将“我们如何看待世界以及随后如何做出决定”联系起来。威克森林医学院的科学家和该研究的作者说：“这无疑使多巴胺和5-羟色胺的重要性有了新的突破。”

牛津大学的神经科学家Armin Lak表示，尽管这是人类的新发现，但它与一些研究人员已开始在动物中发现的发现相吻合。Lak在自己的论文中发现了多巴胺与啮齿动物的知觉之间的联系。“对于我们从事神经科学工作的人们来说，看到从动物到人类志愿者的一整套研究真是太好了。”

Lak补充说，这项新研究的最大局限性在于样本量小。团队的某些结果（例如他们的核壳蛋白数据）仅来自一个人。Kishida还指出，尽管人与人之间的多巴胺水平差异比血清素水平的差异大，但这可能是因为某些患者患有帕金森氏症，这种疾病是由多巴胺信号传导异常引起的。

在将来，该研究小组计划改进其微电极，以识别其他神经化学物质，例如去甲肾上腺素。已经表明神经调节剂的响应随大脑区域的不同而不同，它们还希望扩展到包括皮质，杏仁核和海马体。

Hanks表示，更好地了解多巴胺和血清素如何相互作用，以及它们在大脑不同部位的作用，对治疗帕金森症和抑郁症等神经精神疾病也具有重要意义。许多治疗以这两个调节器为目标，但它们是在整个大脑中进行的，而且时间跨度更长，所以更多的知识可能会导致更有针对性和更有效的治疗。

“因为这些神经调节因子有复杂的作用，依赖于大脑区域，一些人会认为这是一个挑战，因为这意味着我们不能仅仅使用一种对大脑有扩散影响的药物，”Hanks告诉The Scientist，“但与此同时，我认为这代表了一个极大的机会，可以使治疗更加有效。”

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.neuron.2020.09.015