大脑信号: 多巴胺和血清素如何影响社会行为

大脑信号: 多巴胺和血清素如何影响社会行为

一项研究揭示了多巴胺和血清素在基于社会背景的决策中的关键作用,展示了这些化学物质如何影响最后通牒游戏中对报价的反应。这种对神经递质动力学的见解为帕金森氏症和精神疾病的新疗法提供了潜力。

国际团队解码了人类大脑中多巴胺和血清素的复杂舞蹈,揭示了社会决策。

在发表在《自然人类行为》上的一项研究中,科学家们深入研究了人脑中化学神经调节剂的世界,特别是多巴胺和血清素,以揭示它们在社会行为中的作用。

这项研究是在清醒时接受脑部手术的帕金森病患者中进行的,专注于大脑的黑质,这是与运动控制和奖励处理相关的关键区域。

 

在弗吉尼亚理工大学计算神经科学家Read Montague的带领下,这个国际团队揭示了一种以前未知的神经化学机制,即人类根据社会背景做出决定的众所周知的倾向——人们更有可能接受计算机的报价,同时拒绝来自人类玩家的相同报价。

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科学家们讨论了他们的工作,以发现对大脑和心灵复杂性的见解。最近,研究人员包括(左起)丹麦奥胡斯大学的Dan Bang,维克森林大学医学院的Ken Kishida,Fralin生物医学研究所执行主任Michael Friedlander;德国图宾根马克斯·普朗克生物控制论研究所所长彼得·达扬(Peter Dayan)和弗拉林生物医学研究所人类神经科学研究中心主任里德·蒙塔古(Read Montague)回顾了几十年来取得的成就。图片来源:Clayton Metz/弗吉尼亚理工大学

来自最后通牒游戏的见解

在这项研究中,四名接受帕金森病深部脑刺激手术的患者沉浸在“要么接受,要么离开”的最后通牒游戏中,在这种情况下,他们必须接受或拒绝来自人类和计算机玩家的20美元的不同分成。例如,一个玩家可能提议保留 16 美元,而患者得到剩余的 4 美元。如果患者拒绝分裂,那么他们都不会得到任何东西。

“你可以教人们在这类游戏中应该做什么——他们应该接受哪怕是很小的奖励,而不是根本没有奖励,”VTC弗拉林生物医学研究所的弗吉尼亚理工大学Carilion Mountcastle教授、该研究的资深作者Montague说。“当人们知道自己在玩电脑时,他们就会玩得很完美,就像数学经济学家一样——他们做他们应该做的事情。但是当他们扮演一个人时,他们无法自拔。他们经常被迫通过拒绝较小的出价来惩罚它。

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里德·蒙塔古(Read Montague)领导了记录社会决策的化学基础的研究小组,他谈到了触及使我们成为人类的关键要素。图片来源:Clayton Metz/弗吉尼亚理工大学

多巴胺-血清素舞蹈

人们根据社会背景做出决定的想法在神经经济游戏中并不新鲜。但现在,研究人员首次表明,社会背景的影响可能来自多巴胺和血清素的动态相互作用。

当人们做出决定时,多巴胺似乎会密切关注当前的报价是否比前一个报价更好或更差,并做出反应,就好像它是一个连续的跟踪系统一样。与此同时,血清素似乎只关注手头特定报价的当前价值, 建议进行更多的逐案评估.

这种快速的舞蹈发生在较慢的背景下,当人们扮演其他人时,多巴胺总体上更高——换句话说,当公平发挥作用时。总之,这些信号有助于我们的大脑在社交互动中对价值的整体评估。

“我们正在关注各种认知过程,并最终以更精细的生物学细节获得问题的答案,”该研究的第一作者Dan Bang说,他是丹麦奥胡斯大学临床医学副教授和灵北基金会研究员,也是Fralin生物医学研究所的兼职副教授。

“当人们与另一个人而不是计算机互动时,多巴胺水平更高,”Bang说。“在这里,重要的是我们还测量了血清素,让我们相信对社会环境的整体反应是多巴胺特有的。

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弗拉林生物医学研究所(Fralin Biomedical Research Institute)的研究员塞思·巴顿(Seth Batten)制造了用于记录多巴胺-血清素舞蹈的电极。图片来源:Clayton Metz/弗吉尼亚理工大学

蒙塔古实验室的高级研究员、该研究的第一作者塞思·巴顿(Seth Batten)构建了碳纤维电极,这些电极被植入接受深部脑刺激手术的患者体内,并帮助收集了纽约西奈山卫生系统的数据。

“我们方法的独特之处在于,它允许我们一次测量多种神经递质 – 其影响不应丢失,”Batten说。“我们以前见过这些信号分子,但这是我们第一次看到它们跳舞。以前没有人在社会背景下见过这种多巴胺和血清素的舞蹈。

梳理出手术中患者记录的电化学信号的含义是一个需要数年时间才能解决的重大挑战。

“我们从患者那里收集的原始数据并不是针对多巴胺,血清素或去甲肾上腺素的 – 它是这些的混合物,”该研究的合著者,维克森林大学医学院转化神经科学和神经外科副教授Ken Kishida说。“我们基本上是在使用机器学习类型的工具来分离原始数据中的内容,了解签名,并解码多巴胺和血清素的情况。

《自然人类行为》的研究中,研究人员展示了多巴胺和血清素的上升和下降如何与人类的认知和行为交织在一起。

“在模式生物的世界里,有一家糖果店,里面装满了奇幻的技术来提出生物学问题,但要问是什么造就了你,你,就更难了,”蒙塔古说,他也是人类神经科学研究中心和人类神经影像实验室的主任弗拉林生物医学研究所。

解决帕金森氏症

“在某个时候,在我们评估了足够多的人之后,我们将能够解决帕金森病病理学问题,这给了我们这个机会之窗,”蒙塔古说,他也是弗吉尼亚理工大学科学学院的教授。

在帕金森病中,脑干中产生多巴胺的神经元的显着损失是一个关键特征,通常与症状的发作相吻合。

这种损失会影响纹状体,纹状体是一个受多巴胺严重影响的大脑区域。随着多巴胺的减少,血清素末端开始萌芽,揭示了复杂的相互作用,正如在啮齿动物模型中观察到的那样。

“已经有临床前证据表明,多巴胺系统的消耗正在告诉血清素系统,’嘿,我们必须做点什么。但我们从来都无法看到动态,“蒙塔古说。“我们现在正在做的是第一步,但人们希望,一旦我们接触到数百名患者,我们就能够将其与症状学联系起来,并就帕金森病的病理学做出一些临床陈述。

在这方面,研究人员表示,一扇了解各种脑部疾病的窗口正在打开。

“人脑就像一个黑匣子,”岸田说。“我们开发了另一种方法来观察和了解这些系统是如何工作的,以及它们如何受到各种临床条件的影响。

弗拉林生物医学研究所执行主任、神经科学家迈克尔·弗里德兰德(Michael Friedlander)没有参与这项研究,他说:“这项工作正在改变整个神经科学领域以及我们查询人类思维和大脑的能力 – 这项技术在几年前甚至无法想象。

他说,精神病学是医学领域的一个例子,可以从这种方法中受益。

“我们世界上有大量的人患有各种精神疾病,而且在许多情况下,药理学解决方案效果不佳,”弗里德兰德说,他也是弗吉尼亚理工大学的健康科学和技术副总裁。“多巴胺、血清素和其他神经递质在某种程度上与这些疾病密切相关。这种努力增加了真正的精度和定量,以理解这些问题。我认为我们可以确定的一件事是,这项工作在未来对于开发治疗方法将非常重要。

十多年的酝酿

实时测量人脑中神经递质的努力始于12年前,当时蒙塔古组建了一个专家团队,他们“经常思考思考”。

在科学家于 2020 年发表在 Neuron 上的首次人脑观察中,研究人员透露,多巴胺和血清素以亚秒级的速度发挥作用,以塑造人们感知世界的方式并根据他们的感知采取行动。

最近,在10月份发表在《当代生物学》(Current Biology)杂志上的一项研究中,研究人员使用他们记录清醒人类化学变化的方法,以深入了解大脑的去甲肾上腺素系统,该系统一直是治疗精神疾病药物的长期目标。

去年12月,该团队在《科学进展》(Science Advances)杂志上透露,多巴胺水平的快速变化反映了与人类如何从奖励和惩罚中学习相关的特定计算。

“我们已经在不同的大脑区域多次对神经递质进行了主动测量,我们现在已经达到了触及使我们成为人类的关键要素的地步,”蒙塔古说。

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