多巴胺是如何调节学习和动机的?

　　一项新的研究汇集了两种关于神经递质多巴胺功能的观点:一种认为多巴胺提供学习信号，另一种认为多巴胺驱动动机。

　　

荷兰神经科学研究所的一项新研究汇集了两种关于神经递质多巴胺功能的观点:一种认为多巴胺提供学习信号，另一种认为多巴胺驱动动机。Ingo Willuhn说:“但可能两者都有。”

众所周知，多巴胺系统涉及到与奖励相关的信号传递信息以及产生奖励结果的行为。这可以用巴甫洛夫条件反射实验和操作性条件反射实验来研究。巴甫洛夫条件反射描述了你的大脑如何将两种以前看起来不相关的情况或刺激联系起来。一个著名的例子是巴甫洛夫的实验，一只狗在接受食物之前听到了一种声音。经过几次这样的声音与食物的配对后，单独的声音开始引起狗的唾液分泌。操作性条件反射或工具性学习与此不同，因为个体的行为对于获得食物奖励很重要。这意味着个体在听到声音后，必须执行所谓的操作性动作来获得奖励。在动物实验中，这种操作性反应通常是按压杠杆。

伏隔核多巴胺测量

在Jessica Goedhoop与来自荷兰神经科学研究所的Tara Arbab和Ingo Willuhn合作的最后一篇博士论文中，他们仔细研究了多巴胺信号在学习和动机中的作用。研究小组直接比较了两种条件反射模式:雄性大鼠接受巴甫洛夫条件反射或操作性条件反射，同时在大脑处理信息的中心区域伏隔核中测量多巴胺的释放。在实验中，提示灯持续点亮5秒。对于巴甫洛夫组来说，在提示灯关闭后，一粒食物被直接送到奖励杂志中。对于操作性条件反射组，关闭提示灯后，将提示灯下方的杠杆伸入操作性盒子。在按下一个杠杆后，杠杆被收回，这立即导致一个食物颗粒奖励进入食物杂志。如果杠杆延伸后5秒内没有按压杠杆，则收回杠杆，不给予奖励。

在操作性条件反射中持续释放多巴胺

两组大鼠在奖励预测提示开始时释放相同数量的多巴胺。然而，只有操作性条件反射组在整个5秒提示呈现过程中(在提示呈现过程中和按压杠杆之前)，多巴胺浓度出现了持续的平台期。这种多巴胺维持在实验参数和行为训练的系统操作中被可靠和一致地观察到。因此，研究人员认为，持续的多巴胺水平可能是学习和行动之间的中介，在概念上与产生奖励行为的动机有关。

Ingo Willuhn:“已经有很多关于多巴胺的研究。我们对多巴胺何时在大脑中释放有了一个不错的想法，但关于决定多巴胺信号的精确变量是什么，仍然有很多讨论。本质上是讨论多巴胺的“意义”。为了研究这一点，科学家通常进行巴甫洛夫或操作性条件反射实验。但它们测试的东西略有不同。两者都与学习中性刺激和奖励之间的联系有关。但操作性条件反射还需要动机去执行另一个动作(以获得奖励)。因此，我们在同一个实验中比较了两种条件反射。”

给拼图增加了一块

“我们的研究结果将经常相互争论的两大科学家阵营聚集在一起:一方认为多巴胺是一种所谓的奖励预测错误信号，这意味着当事情比预期的好时，多巴胺就会释放出来，当事情比预期的差时，多巴胺就会被抑制。”这是一个学习(或教学)信号。另一个阵营说这不是真的。他们说多巴胺与动机有关。增加多巴胺的释放会使受试者更有活力，他们会更努力地工作以获得奖励。过去曾有几次尝试将这两个阵营结合在一起，但在这个问题上仍需要更多的知识。”

“我们在研究中发现，只有在操作性学习任务中，多巴胺水平保持在较高水平。似乎动机是在这个平台上编码的。奖励预测是最初的多巴胺峰值，但信号持续多久，反映了动机。因此，我们的论文表明，多巴胺可能同时参与学习和动机。接下来的步骤将是得到更多的细节。我们需要重复这些实验，使它们更复杂。你做得越复杂，我们的预测就必须越精确。我们将在此基础上继续发展，看看它是否仍然站得住脚。”

影响

多巴胺不仅与日常生活有关，还与成瘾、帕金森病和精神分裂症等疾病有关。由于这两个阵营的存在，人们对具体会发生什么存在分歧。例如，一些研究人员说，当成瘾者吸毒时，多巴胺释放增加，结果所有的环境线索都变得更有意义。上瘾者知道这些线索与毒品有关，于是他们服用越来越多的毒品，因为到处都在不断提醒他们毒品的存在。在这种观点下，上瘾是一种错误的学习。其他研究人员会说，服用药物的动机会随着药物的频繁摄入而增强，因为药物会增加多巴胺的释放。这项研究表明，可能两者兼而有之。根据精确的时间，两个系统都可能是驾驶员，也都可能牵涉其中。”

“这也与临床有关。处方药可以同时影响学习和动机系统:然后它会变得混乱。如果你给精神分裂症患者服用经典的抗精神病药物，他们就会变得迟钝，不能采取太多行动，因为他们的动力系统已经瘫痪。帕金森氏症患者服用促多巴胺药物主要是因为他们失去了多巴胺，但有些患者开始赌博是因为他们的多巴胺系统突然超速运转。我们不能单独影响学习和动机的组成部分。一旦你给药，它就会影响所有的部位，所以最好记住这一点。”

Journal Reference:

1. Jessica Goedhoop, Tara Arbab, Ingo Willuhn. Anticipation of Appetitive Operant Action Induces Sustained Dopamine Release in the Nucleus Accumbens. The Journal of Neuroscience, 2023; 43 (21): 3922 DOI: 10.1523/JNEUROSCI.1527-22.2023