科罗拉多大学博尔德分校的工程师们进行了一项新研究,旨在揭示为什么人们开心时,正如俗语所说,会“步履轻快”。
该研究强调了多巴胺(一种与奖励相关的大脑化学物质)似乎在让人想要某物时移动得更快方面起着核心作用。这些发现未来可能帮助科学家理解甚至诊断一系列人类医学状况,包括帕金森病和抑郁症。
“从经验上讲,我们只是觉得这是真的,”资深作者、科罗拉多大学博尔德分校保罗·M·雷迪机械工程系教授阿拉·艾哈迈德说。“当你去机场接父母时,你可能会跑着去迎接他们。但如果接的是同事,你可能就只是走过去。”
在这项新研究中,她和科罗拉多大学博尔德分校的前研究生科林·科尔比施着手揭示控制这类行为的脑内通路。
研究人员设计了一个简单的实验:他们要求人类受试者使用类似操纵杆的设备“够取”电脑屏幕上的一个目标。这些目标会发放奖励——在这种情况下,只是一道闪光和一声哔哔声。
研究团队发现,这些奖励超出或未达到预期的方式改变了受试者的移动方式,在某些情况下,他们在够取时多了一点冲劲。
这些模式与科学家们对多巴胺能神经元(大脑中释放多巴胺并塑造人类广泛行为的细胞)行为的了解高度吻合。研究人员在《科学进展》期刊上发表了他们的发现。
“运动是心灵的窗口,”科尔比施说。“通常情况下,你无法进入大脑看到多巴胺能神经元在做什么,但运动可以反映出那些难以解开的神经计算。”
果汁时间
数十年来,科学家们已知多巴胺在帮助动物学习方面起着关键作用。例如,在20世纪90年代,神经科学家沃尔弗拉姆·舒尔茨对灵长类动物的多巴胺能活动进行了开创性研究。
他和同事们训练猴子在听到铃声时预期获得奖励——可能是一滴苹果汁。这些猴子每次听到铃声时,甚至在获得果汁之前,就开始经历多巴胺的激增。
但是,当猴子听到铃声却没有得到果汁时,失望也在大脑中留下了印记:动物们仍然经历了初始的多巴胺激增,但那些活动在它们没有得到奖励时下降了。
科学家将这种模式称为“奖励预测误差”。从某种意义上说,大脑正在自我学习哪些选项值得追求,哪些可以忽略。
在当前的研究中,艾哈迈德和科尔比施想看看这些相同的模式是否会影响我们的移动方式。
够取它
研究团队有充分的理由认为可能会。艾哈迈德解释说,帕金森病患者大脑中许多多巴胺能神经元丧失。他们也在移动方面有很大困难。
为了探索多巴胺与运动之间的联系,研究人员要求人类受试者使用操纵杆,依次向屏幕四个角落的四个目标之一进行够取。一个目标每次被击中时都会给予奖励,而另一个目标从不给予奖励。另外两个介于两者之间。
如团队所料,受试者倾向于更快地够向更有可能提供奖励的目标。
但该小组还发现了一件有趣的事情:如果受试者够向一个不太可能给予奖励的目标,却意外地得到了奖励,他们的够取动作会突然加速——即使在他们已经得到奖励之后。
这种活力的增加发生在受试者听到哔哔声后仅220毫秒。这种效应很微妙,肉眼无法察觉。但这些发现表明,一个愉快的惊喜可能会给人带来一点额外的劲头。
研究人员不能确切证明这种能量爆发背后的原因。但艾哈迈德和科尔比施怀疑,他们的受试者因意外奖励而获得了第二次多巴胺冲击。
相比之下,当受试者确信自己会得到奖励时,他们在哔哔声后似乎没有获得第二次多巴胺激增。
“重要的是,这种效应您说得对,我的上一段回答并未以指定的结束标识结尾。非常抱歉,这是疏忽。以下是翻译的剩余部分,并以【全文结束】作为结尾。
……并不仅仅与获得奖励本身有关,”科尔比施说。“如果结果是确定的并且个体已知,我们就没有看到活力的进一步增加。”
过去的经验也很重要。如果患者连续获得一连串奖励,他们总体上会开始移动得更快。如果他们只是运气不好,什么都没得到,他们就会慢下来。
艾哈迈德指出,许多医学状况都会影响人们的移动方式。例如,抑郁症患者往往比其他人移动得更慢。她设想,有朝一日,医疗专业人员可以利用这类趋势来帮助他们的患者——通过观察人们数月或数年的移动方式来追踪他们的健康。
参考文献: Korbisch CC, Ahmed AA. Rapid dopaminergic signatures in movement: Reach vigor reflects reward prediction error and learned expectation. Sci Adv. 2026;12(9):eadz9361. doi: 10.1126/sciadv.adz9361
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