在大腦中的神經(jīng)遞質(zhì)中，多巴胺獲得了近乎神話般的地位。幾十年的研究已經(jīng)確立了它對(duì)幾個(gè)看似無關(guān)的大腦功能的貢獻(xiàn)，包括學(xué)習(xí)、動(dòng)機(jī)和運(yùn)動(dòng)，提出了一個(gè)單一的神經(jīng)遞質(zhì)如何發(fā)揮如此多不同作用的問題。

解開多巴胺的多種功能一直具有挑戰(zhàn)性，部分原因是人類和其他哺乳動(dòng)物的高級(jí)大腦包含不同種類的多巴胺神經(jīng)元，所有這些神經(jīng)元都嵌入高度復(fù)雜的回路中。在一項(xiàng)新研究中，洛克菲勒的Vanessa Ruta和她的團(tuán)隊(duì)通過查看果蠅更簡(jiǎn)單的大腦來深入研究這個(gè)問題，果蠅的神經(jīng)元及其連接已被詳細(xì)繪制。

與人類一樣，蒼蠅的多巴胺神經(jīng)元提供學(xué)習(xí)信號(hào)，幫助它們將特定氣味與特定結(jié)果聯(lián)系起來。例如，了解蘋果醋含有糖分有助于塑造動(dòng)物在下次遇到這種氣味時(shí)的行為。但 Ruta 的團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，相同的多巴胺神經(jīng)元也與動(dòng)物的持續(xù)行為密切相關(guān)。這些多巴胺神經(jīng)元的活動(dòng)并不簡(jiǎn)單地編碼運(yùn)動(dòng)機(jī)制，而是似乎實(shí)時(shí)反映了果蠅行為背后的動(dòng)機(jī)或目標(biāo)。換句話說，為動(dòng)物提供長期課程的相同多巴胺神經(jīng)元也提供即時(shí)強(qiáng)化，鼓勵(lì)果蠅繼續(xù)進(jìn)行有益的行動(dòng)。

“學(xué)習(xí)和動(dòng)機(jī)之間似乎存在密切聯(lián)系，這是多巴胺作用的兩個(gè)不同方面，”在Nature Neuroscience 上發(fā)表研究結(jié)果的Ruta 說。

持續(xù)學(xué)習(xí)

氣味對(duì)蒼蠅很重要。一個(gè)用于嗅覺學(xué)習(xí)的大腦中心，稱為蘑菇體，負(fù)責(zé)教它們聞到哪種氣味代表美味的糖。在那里，三種類型的神經(jīng)元聚集在一起：對(duì)氣味做出反應(yīng)的 Kenyon 細(xì)胞、向大腦其他部分發(fā)送信號(hào)的輸出神經(jīng)元以及產(chǎn)生多巴胺的神經(jīng)元。當(dāng)蒼蠅遇到一種氣味然后獲得糖分獎(jiǎng)勵(lì)時(shí)，多巴胺的快速釋放會(huì)改變蘑菇體神經(jīng)元之間的連接強(qiáng)度，從根本上幫助蒼蠅建立新的關(guān)聯(lián)并改變其未來對(duì)這種氣味的反應(yīng)。

但 Ruta 和她的同事注意到，即使在沒有獎(jiǎng)勵(lì)的情況下，多巴胺信號(hào)也在持續(xù)。幫助果蠅學(xué)習(xí)聯(lián)想的相同神經(jīng)元也隨著動(dòng)物的移動(dòng)而頻繁發(fā)射。“這就提出了一個(gè)問題，這些神經(jīng)元是代表運(yùn)動(dòng)的特定方面，比如動(dòng)物如何移動(dòng)它的腿，還是它們與其他東西有關(guān)，比如動(dòng)物的目標(biāo)?”魯塔說。

為了找到答案，該團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一個(gè)虛擬現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，果蠅可以在一個(gè)嗅覺環(huán)境中導(dǎo)航，在類似跑步機(jī)的球上行走，同時(shí)通過頭頂?shù)娘@微鏡監(jiān)測(cè)它們的大腦活動(dòng)。一股氣流通過一根小管散發(fā)出氣味。當(dāng)蒼蠅聞到一股誘人的氣味時(shí)，比如蘋果醋，它會(huì)重新定向并開始逆風(fēng)移動(dòng)，朝著源頭移動(dòng)。