解释多巴胺的多种作用

在大脑中的神经递质中，多巴胺几乎获得了神话般的地位。几十年的研究已经确定了它对几个看似不相关的大脑功能的贡献，包括学习、动机和运动，提出了一个问题:单一的神经递质如何能发挥这么多不同的作用。

解开多巴胺的各种功能一直具有挑战性，部分原因是人类和其他哺乳动物的高级大脑包含不同种类的多巴胺神经元，它们都嵌入高度复杂的电路中。在一项新的研究中，洛克菲勒的凡妮莎太阳她的团队通过观察果蝇更简单的大脑来深入研究这个问题，果蝇的神经元及其连接已经被详细绘制出来。

和人类一样，苍蝇的多巴胺神经元提供了一种学习信号，帮助它们将特定的气味与特定的结果联系起来。例如，了解苹果醋中含有糖有助于塑造动物在下次遇到这种气味时的未来行为。但鲁塔的团队发现，同样的多巴胺神经元也与动物的持续行为密切相关。这些多巴胺神经元的活动并不是简单地编码运动机制，而是实时反映了果蝇行动背后的动机或目标。换句话说，教给动物长期课程的多巴胺神经元也提供即时的强化，鼓励果蝇继续进行有益的行为。

“学习和动机之间似乎有密切的联系，这是多巴胺作用的两个不同方面，”鲁塔说研究结果在自然神经科学．

持续学习

气味对苍蝇很重要。大脑中有一个嗅觉学习中心，叫做蘑菇体，负责告诉它们哪些气味代表着美味的糖。在那里，三种类型的神经元聚集在一起:对气味做出反应的凯尼恩细胞，向大脑其他部分发送信号的输出神经元，以及产生多巴胺的神经元。当苍蝇遇到一种气味，然后得到糖奖励时，多巴胺的快速释放改变了蘑菇体神经元之间的连接强度，本质上帮助苍蝇建立新的联系，并改变它对这种气味的未来反应。

但鲁塔和她的同事们注意到，即使在没有奖励的情况下，多巴胺信号也在持续传递。帮助果蝇学习联想的神经元也会在动物移动时频繁放电。“这就提出了一个问题，这些神经元是代表运动的特定方面，比如动物如何移动腿，还是与其他东西有关，比如动物的目标?”太阳之说。

为了找到答案，该团队开发了一个虚拟现实系统，在这个系统中，果蝇可以在嗅觉环境中导航，在一个类似跑步机的球上行走，同时它们的大脑活动由头顶的显微镜监测。气流通过一个小管子传递气味。当苍蝇闻到一种吸引人的气味，比如苹果醋，它就会重新调整方向，开始逆风移动，朝着源头移动。

利用这个系统，研究人员能够检查果蝇在不同条件下的大脑活动。他们发现多巴胺神经元的活动密切地反映了正在发生的运动，但只有当果蝇进行有目的的跟踪时，而不是当它们只是四处游荡时。

当研究人员抑制多巴胺神经元的活动时，动物减少了对气味的追踪，即使是在饥饿的情况下，也会对食物相关的气味产生更高的兴趣。相比之下，激活对食物漠不关心、吃饱了的果蝇的神经元，促使它们积极追逐气味。

总的来说，这些发现揭示了一个多巴胺通路如何执行两种功能:传递动机信号以快速形成正在进行的行为，同时通过学习提供指导性信号来指导未来的行为。鲁塔说:“这让我们对单一途径如何产生不同形式的灵活行为有了更深入的了解。”

下一步是了解其他神经元如何在任何特定时间知道多巴胺的爆发意味着什么。鲁塔说，一种可能性是，学习是一个比通常认为的更连续、更动态的过程:在短时间内，动物不断地评估它们每一步的行为，不仅学习最终的联想，还学习引导它们达到那个结果的行动。

参考:

Zolin A, Cohn R, Pang R, Siliciano AF, Fairhall AL, Ruta V.果蝇多巴胺能强化通路中运动的情境依赖表征。Nat >．发布时间:20121:1 -12doi:10.1038 / s41593 - 021 - 00929 - y

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