最近，斯坦福大学吴蔡神经科学研究所的一项研究揭示了两种关键脑化学物质——多巴胺和血清素——之间的相互作用，首次展示了它们在塑造我们的决策和学习过程中的对立角色。这项发表在《自然》杂志上的研究表明，多巴胺和血清素像“油门和刹车”系统一样共同影响我们从奖励中学习的方式。这些发现具有广泛的含义，从理解日常决策到开发针对成瘾、抑郁和帕金森病等神经和精神疾病的治疗方法。
多巴胺和血清素对许多人类行为方面至关重要，包括奖励处理和决策。这两种神经递质还涉及多种心理健康障碍。虽然先前的研究已经确定了它们各自的作用——多巴胺与奖励预测和寻求有关，而血清素促进长期思考和耐心——但它们之间相互作用的具体性质仍不清楚。
两种竞争理论试图解释这种动态：一种是“协同假说”，认为多巴胺关注即时奖励，而血清素关注长期利益；另一种是“对立假说”，认为两者作用相反，多巴胺鼓励冲动行动，而血清素促进克制。斯坦福研究人员旨在通过先进的实验方法直接测试这些理论。
“我们几十年来一直知道多巴胺和血清素在奖励相关功能中起作用，并且它们通过作用于一组共同的目标脑区来实现这一点。这意味着多巴胺和血清素系统共同驱动学习，但具体如何工作一直是该领域的热门话题，”研究作者丹尼尔·F·卡多佐·平托（Daniel F. Cardozo Pinto）解释道。他是斯坦福大学精神病学和行为科学系的博士后学者。“当我们大约在2018年开始这个项目时，这是第一次我们的基因工具足够先进，可以尝试同时研究多巴胺和血清素系统。一旦我们成功了，我们知道我们有了新的工具来解开一个古老而迷人的问题。”
研究团队设计了一组小鼠，使他们能够同时观察和操控多巴胺和血清素的活动。这些小鼠经过特殊基因改造，研究人员可以使用光来控制这些神经递质，这种技术称为光遗传学。
实验集中在称为伏隔核的大脑区域，该区域对动机、情感和奖励处理至关重要。研究人员训练小鼠将特定的线索（如音调和闪光）与甜味奖励联系起来。在此学习过程中，研究人员记录了多巴胺和血清素信号，并观察了它们在奖励和线索出现时的变化。
他们发现，多巴胺和血清素的活动方向相反：多巴胺随着奖励信号增加，而血清素减少。这支持了对立假说，表明这两种神经递质在决策和学习过程中起着相反的作用。
为了进一步测试这种动态，研究团队使用光遗传学选择性地阻断或恢复多巴胺和血清素活动。当多巴胺和血清素信号都被抑制时，小鼠无法学会奖励线索。令人惊讶的是，单独任何一种神经递质都无法恢复学习。只有当两个系统都活跃时，小鼠才能有效地将线索与奖励联系起来。
在相关实验中，研究人员测试了小鼠对由操控多巴胺和血清素引起的脑状态的偏好。小鼠始终更喜欢那些结合了多巴胺增加和血清素减少的体验——提供了对立模型的直接行为证据。
“简而言之，我们发现多巴胺和血清素信号构成了哺乳动物大脑中奖励的‘油门-刹车’系统，”卡多佐·平托告诉PsyPost。“更具体地说，我们发现当小鼠摄入糖奖励时，关键奖励中心的多巴胺会上升，而血清素会下降。在后续实验中，我们进一步证明，人工重现这两种奖励信号——多巴胺增加和血清素减少——比单独的任何一种信号更能有力地驱动奖励学习。据我们所知，这是首次直接证明多巴胺和血清素之间存在对立关系的研究。”
这些结果对于理解涉及多巴胺和血清素功能障碍的疾病具有重要意义。例如，成瘾与过多的多巴胺活动有关，导致强迫性的奖励寻求。而抑郁症则与血清素活动减少有关，可能损害行为灵活性和长期规划。
研究人员相信，未来针对这些疾病的治疗方法可能会瞄准多巴胺和血清素之间的平衡。例如，治疗成瘾的方法可能旨在减少多巴胺活动同时增强血清素信号，而抑郁症的治疗方法可能集中于加强这两个系统以恢复动力和决策能力。
尽管这些发现令人信服，但该研究也有局限性。实验是在小鼠身上进行的，尽管小鼠是神经科学研究中有价值的模型，但它们可能无法完全捕捉到人类大脑功能的复杂性。
未来的研究可以探讨这些神经递质系统在不同情境下的功能，如社会行为或压力。本研究中开发的工具允许精确控制和观察多种神经递质，也可以应用于其他大脑化学物质和回路。
最终，这项研究强调了多巴胺和血清素平衡在塑造行为和决策中的重要性。通过揭示这些神经递质如何相互对立，研究人员为理解大脑和解决这种平衡被破坏时产生的疾病开辟了新的途径。
“一个主要目标是更好地理解奖赏处理障碍（如抑郁症和成瘾）的根本原因，我们发现多巴胺和血清素的对立关系令人兴奋，因为它为这些领域的研究打开了重要的新途径，”卡多佐·平托解释道。“例如，我们的工作可以帮助解释为什么产生多巴胺和血清素释放的药物比主要释放多巴胺的药物滥用潜力更低。总的来说，我们的研究表明，多巴胺和血清素之间的相对平衡可能在这些疾病的病因中发挥至关重要的作用，而这一点以前未得到充分认识。”
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