驱动学习的潮起潮落大脑机制被识别

研究人员长期以来一直认为，食物或金钱等奖励会导致“感觉良好”的激素多巴胺的释放，从而促进大脑的学习，众所周知，多巴胺可以强化新信息的存储。现在，一项针对啮齿动物的新研究描述了在没有立即激励的情况下学习如何仍然发生。

由纽约大学格罗斯曼医学院的研究人员领导的这项研究探索了多巴胺和大脑化学物质乙酰胆碱之间的关系，乙酰胆碱也已知在学习和记忆中发挥作用。过去的研究表明，这两种激素会相互竞争，因此一种激素的增强会导致另一种激素的下降。奖励被认为可以通过同时引发多巴胺的增加和乙酰胆碱的减少来促进学习。

这种突然的激素失衡被认为为脑细胞打开了一扇机会之窗，以适应新的环境并形成记忆以供以后使用。这个过程被称为神经可塑性，是学习和受伤后恢复的一个主要特征。然而，问题仍然存在：食物和其他外部奖励是否是这种记忆系统的唯一驱动因素，或者我们的大脑是否能够在没有外界帮助的情况下创造有利于学习的相同条件。

为了提供一些清晰的信息，研究作者重点关注何时以及在什么情况下多巴胺水平较高，同时乙酰胆碱水平较低。他们发现这种情况经常发生，即使是在没有奖励的情况下。事实上，事实证明，大脑中的激素不断波动，多巴胺水平定期升高，而乙酰胆碱水平较低，为持续学习奠定了基础。

研究主要作者Anne Krok博士说：“我们的研究结果挑战了目前对多巴胺和乙酰胆碱何时以及如何在大脑中协同作用的理解。” “奖励不是创造独特的学习条件，而是利用一种已经存在且持续发挥作用的机制，”克罗克补充道，他也是纽约大学格罗斯曼医学院的医学生。

这项研究于8 月 9 日在线发表在《自然》杂志上，研究小组让数十只老鼠接触到一个轮子，它们可以在轮子上随意奔跑或休息。有时，研究人员会给动物喝水。然后他们记录了啮齿类动物的大脑活动，并测量了不同时刻释放的多巴胺和乙酰胆碱的量。

正如预期的那样，这种饮料创造了由奖励促进的多巴胺和乙酰胆碱释放的典型模式。然而，研究小组还观察到，早在接受水治疗之前，多巴胺和乙酰胆碱就已经遵循大约每秒两次的“潮起潮落”循环，在此期间，一种激素的水平下降，而另一种激素的水平则飙升。克罗克指出，无论啮齿动物是奔跑还是静止不动，这种模式都会持续下去。她补充说，在人类内省和休息期间也观察到了类似的脑电波。

“这些结果可能有助于解释大脑如何在不需要外部激励的情况下自行学习和排练，”该研究的资深作者、神经科学家尼古拉斯·特里奇博士说。“也许这种脉冲电路会触发大脑反思过去的事件并从中学习。”

尽管如此，纽约大学朗格健康中心神经科学和生理学系的助理教授特里奇警告说，他们的研究并不是为了判断小鼠大脑在这种“自我驱动”学习过程中处理信息的方式是否与人类大脑相同，正如他所描述的那样。

尽管如此，他说，这项研究的结果也可能为理解与多巴胺水平不正确有关的神经精神疾病提供新的见解，例如精神分裂症、注意力缺陷/多动症(ADHD)和抑郁症。

例如，在精神分裂症中，患者经常会出现与现实相矛盾的妄想。特里奇说，如果多巴胺-乙酰胆碱回路不断加强大脑中的连接，那么这种机制的问题可能会导致形成过多且不正确的连接，从而导致它们“了解”并未真正发生的事件。

同样，缺乏动力是抑郁症的常见症状，使得执行起床、刷牙或上班等基本任务变得困难。作者说，内部驱动系统的中断可能是导致这些问题的原因。