研究揭示多巴胺和血清素在調節人類感知和決策能力方面的關鍵角色

2020-10-23 生物谷

近日，一篇發表在國際雜誌Neuron上題為「Sub-second Dopamine and Serotonin Signaling in Human Striatum during Perceptual Decision-Making」的研究報告中，來自英國倫敦大學學院等機構的科學家們通過研究記錄了人類大腦中參與感知和決策制定的多巴胺好血清素水平的實時變化情況，這些神經化學物質對於機體的運動障礙和精神性疾病（包括藥物濫用和抑鬱症等）至關重要。

研究者Kenneth T. Kishida教授表示，相關研究為我們深入研究人類大腦提供了一個新的視野和窗口，目前我們對神經化學物質作用機理的認識都來自於臨床前動物模型的研究，而並不是來自於人類的直接證據。清楚地理解這些大腦化學物質在人體內的具體工作原理或能幫助研究人員開發新型療法治療多種疾病，包括帕金森疾病、藥物使用障礙或抑鬱症等。

在這項觀察性研究中，研究人員使用快速循環伏安法（fast scan cyclic voltammetry）追蹤了5名患者體內的神經遞質多巴胺和血清素，這種電化學技術能用來測定血清素和多巴胺的水平，適用於在患者體內使用，而多巴胺和血清素是機體神經系統用來調節多種功能的重要化學信使分子。研究者表示，這5名患者中有2名帕金森疾病患者和3名特發性震顫的患者，研究者計劃對其進行深度大腦刺激來治療其病症，通過聯合研究後，研究人員就能夠在標準的手術繪圖過程中，將碳纖維微電極插入到患者大腦深處來檢測並記錄神經元細胞所釋放的血清素和多巴胺，特發性震顫患者對於本文研究尤其重要，因為，其並不像因產生多巴胺的神經元缺失所誘發的帕金森疾病，特發性震顫被認為並不是多巴胺或血清素功能的而改變所引起的一種疾病。

圖片來源：Jynto/Wikipedia

當患者在手術室中清醒後，其被要求執行一種類似於玩一種簡單電腦遊戲的決策任務，當其執行任務時，研究者就會測定其大腦紋狀體中的多巴胺和血清素水平，紋狀體是大腦中控制認知、獎懲和協調運動方式的重要結構。研究者將該遊戲描述為電腦屏幕上的一系列點，這些點會通過位於屏幕中心的「十字線」參考點來移動，而患者必須決定小圓點會向哪個方向移動，有時候小圓點會朝向一個方向移動，而在其它時候，其則會混亂地移動，這就會讓患者的決定變得非常困難。

隨後這些小圓點會消失，而患者必須選擇這些小圓點相對於一個固定點的移動方向（順時針或逆時針）；基於該實驗設計，研究人員或許就能闡明人類大腦是如何決定其所感知的不同方面的事件的。每個病人都重複了這一順序200-300次，通過改變點的移動方式就能改變決定其所看到東西的難易程度，偶爾患者還會不得不表示其對自己的選擇有多大的信心。該試驗旨在追蹤患者感知圓點移動的能力以及患者對正確識別其移動方向的信心，以此來確定其機體中多巴胺和血清素的實際表現，研究者表示，這些試驗都是隨機的，因此從一個測試到另外一個測試的可預測性就會被最小化。

本文研究結果表明，患者對圓點的方向越不清楚，其機體中血清素的水平就越高，當其確定性增加時，機體中的血清素水平就會下降；在參與者進行選擇行為之前，其機體中的多巴胺水平在預期中會上升，而血清素水平則會下降，當兩者達到一定水平時，參與者機體就會做出選擇，這就好比是多巴胺類似於油門踏板，而血清素像剎車踏板，只有當這兩個系統都投入時，機體才會做出選擇的行為。

本文研究揭示了這些神經化學物質在機體學習、大腦可塑性以及感知環境的能力上扮演的關鍵角色，如今研究人員更加詳細地闡明大腦如何建立感知，以及利用這些感知來做出選擇，同時還能幫助解釋機體做出選擇所產生的後果，多巴胺和血清素在所有這些過程中都扮演著非常重要的角色。最後研究者表示，重要的是，諸如此類研究或能幫助科學家們更深入地理解諸如血清素再攝取抑制劑等藥物或療法如何影響機體的認知、決策制定及諸如抑鬱症等精神性疾病的發生等。（生物谷Bioon.com）

參考資料：

【1】Dan Bang，Kenneth T. Kishida，Terry Lohrenz， et al. Sub-second Dopamine and Serotonin Signaling in Human Striatum during Perceptual Decision-Making，Neuron (2020) doi：10.1016/j.neuron.2020.09.015

【2】Scientists report role for dopamine and serotonin in human perception and decision-making

by Wake Forest University Baptist Medical Center

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