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)確立了它對幾個看似無關(guān)的大腦功能的貢獻，包括學(xué)習(xí)、動機和運動，提出了一個單一的神經(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物的高級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。在一項新研究中，洛克菲勒的Vanessa Ruta和她的團隊通過查看果蠅更簡單的大腦來深入研究這個問題，果蠅的神經(jīng)元及其連接已被詳細繪制。

與人類一樣，蒼蠅的多巴胺神經(jīng)元提供學(xué)習(xí)信號，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物在下次遇到這種氣味時的行為。但 Ruta 的團隊發(fā)現(xiàn)，相同的多巴胺神經(jīng)元也與動物的持續(xù)行為密切相關(guān)。這些多巴胺神經(jīng)元的活動并不簡單地編碼運動機制，而是似乎實時反映了果蠅行為背后的動機或目標(biāo)。換句話說，為動物提供長期課程的相同多巴胺神經(jīng)元也提供即時強化，鼓勵果蠅繼續(xù)進行有益的行動。

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

持續(xù)學(xué)習(xí)

氣味對蒼蠅很重要。一個用于嗅覺學(xué)習(xí)的大腦中心，稱為蘑菇體，負責(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：對氣味做出反應(yīng)的 Kenyon 細胞、向大腦其他部分發(fā)送信號的輸出神經(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勵時，多巴胺的快速釋放會改變蘑菇體神經(jīng)元之間的連接強度，從根本上幫助蒼蠅建立新的關(guān)聯(lián)并改變其未來對這種氣味的反應(yīng)。

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

為了找到答案，該團隊開發(fā)了一個虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，果蠅可以在一個嗅覺環(huán)境中導(dǎo)航，在類似跑步機的球上行走，同時通過頭頂?shù)娘@微鏡監(jiān)測它們的大腦活動。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，比如蘋果醋，它會重新定向并開始逆風(fēng)移動，朝著源頭移動。