多巴胺在大脑学习和行为适应中的关键作用及其复杂的神经网络机制

　　多巴胺并不只是在快乐时才出现，它能感知哪些行为能带来奖励，并确保我们在后期进一步重复这一行为。但学习过程中多巴胺是如何在大脑的不同区域中进行协调的，仍需探索。

　　在 2024 年 6 月 25 日，明尼苏达大学的 Benjamin T. Saunders 团队在 Current Biology 最新发文。主要通过光遗传学技术激活大鼠大脑中的多巴胺神经元，研究了这些神经元在学习过程中如何通过影响纹状体不同区域的多巴胺信号，产生时空异质性，进而驱动条件学习行为和预测误差的产生，揭示了多巴胺在大脑学习和行为适应中的关键作用及其复杂的神经网络机制。

　　图 1：文章来源(图源：Current Biology)

　　研究首先聚焦于中脑腹侧被盖区(VTA)多巴胺神经元在学习中的关键作用。通过光遗传学激活这些神经元，研究者观察到小鼠运动次数增加、运动强度提升，且这些行为变化随着训练的进展而变得更加显著。通过 DeepLabCut 技术，研究者精确量化了小鼠的运动行为，包括运动的延迟、速度和强度，这些结果揭示了多巴胺信号与学习行为之间的直接联系。

　　进一步地，研究者通过在伏隔核(NAc)核心、NAc 壳部、背内侧纹状体(DMS)和背外侧纹状体(DLS)区域监测多巴胺信号，发现条件提示引起的多巴胺信号在这些区域中表现出显著的空间差异。特别是在 NAc 核心和 DMS 区域，随着训练的进行，条件提示引起的多巴胺信号增强，当预期的多巴胺神经元激活缺失时，仅在 NAc 核心和 DMS 区域观察到多巴胺信号的下降，这与预测误差的信号一致。

　　最后，研究者发现与 VTA 多巴胺神经元不同，SNc 神经元的激活引起了一组不同的多巴胺信号模式，尤其是在 DLS 区域，条件提示引起的多巴胺信号与训练次数呈现负相关关系。这种独特的信号变化可能反映了 SNc 多巴胺神经元在学习过程中促进的独特神经网络参与。此外，研究者们还发现，尽管 SNc 多巴胺神经元的光遗传学激活能够驱动强烈的条件反应，但在 NAc 核心区域并未观察到条件化的多巴胺信号。

　　图 2：在 SNc 多巴胺神经元刺激的驱动下，异质性纹状体多巴胺信号在学习过程中出现(图源：Current Biology)

　　总的来说，本文通过光遗传学手段激活特定类型的多巴胺神经元，并利用荧光生物传感器监测了大鼠在不同纹状体区域的多巴胺信号变化，揭示了 VTA 和 SNc 多巴胺神经元群体通过不同的方式影响纹状体中的多巴胺信号，并导致条件学习行为和预测误差信号的时空异质性，这也表明不同多巴胺神经元群体在学习过程中通过独特的方式影响行为。

　　参考文献

　　Engel L. et al. Dopamine neurons drive spatiotemporally heterogeneous striatal dopamine signals during learning. Current Biology. 2024 June 25.