我们的生活中充满了二元决策——在两个选择中做出决定。但当我们进行这种决策时，我们的大脑内部到底发生了什么？
渥太华大学医学院领导的一项研究发表在《自然神经科学》杂志上，为这些问题提供了新的见解，揭示了我们中枢血清素（5-HT）系统的起源区域——脑干的一个神秘区域中的神经处理的一般原则。这个系统涉及多种认知和行为功能。
目前主流的模型认为，单个5-HT神经元是独立工作的。尽管之前有人提出5-HT神经元之间可能存在连接，但这尚未得到直接证明。这就是我们在本研究中所做的工作。我们还发现了一种有趣的处理机制——或计算——这种特定类型的5-HT神经元之间的连接支持了这种机制。
渥太华大学细胞与分子医学系教授、渥太华大学脑与心智研究所神经动力学和人工智能中心联合主任让-克洛德·贝凯说：“目前占主导地位的模型认为，单个5-HT神经元是彼此独立工作的。虽然之前有建议称5-HT神经元可能彼此相连，但这一点尚未被直接证实。这就是我们在本研究中所做的事情。我们还识别出一种令人着迷的处理角色——或者说是一种计算——这种特定类型的5-HT神经元之间的连接支持了这种计算。”
国际研究团队的工作结合了多种实验方法，如电生理学、细胞成像、光遗传学和行为学方法，以及数学建模和计算机模拟。
推进进展
那么，这意味着聚集在脑干中的血清素神经元不是各自为政的独立个体，而是向大脑其他部分发送轴突，这究竟意味着什么呢？
“在我看来，这篇论文的主要结论是，哺乳动物的血清素系统在解剖学和功能上比我们以前想象的要复杂得多。这一知识可能有助于开发针对情绪障碍（如重度抑郁症）的靶向治疗。”该研究的第一作者、曾是贝凯教授实验室成员的迈克尔·林恩博士说。
林恩博士于2023年10月从渥太华大学获得神经科学博士学位。他现在在牛津大学生理学、解剖学和遗传学系担任博士后研究员。
他说，团队的发现很重要，因为事实证明，存在不同的血清素神经元群体，每个群体都有自己的活动模式，控制大脑特定区域的血清素释放。这对神经科学中的“胜者通吃”原则具有重要意义——这一原则应用于神经网络的计算模型中，其中神经元基本上是在竞争激活。
“本文揭示的新原则表明，在某些情况下，这些不同的集合可以相互作用：‘获胜’的高活性血清素集合可以强烈减少‘失败’低活性血清素集合的血清素释放。这些暗示了一组更复杂、动态的规则，关于血清素如何在整个大脑中释放，这与旧的观点不同，旧观点认为这是一个更为单一的信号。”他说。
决策，决策
研究团队的工作对我们大脑——一个具有极其复杂的神经元连线和众多交织连接的器官——在日常决策中的作用也有影响。
他们确定了外侧缰核是如何最终控制血清素神经元的活动的。缰核神经元被认为编码了我们对环境或行为感知到的威胁水平。
贝凯教授解释说：“我们是从跳水池的高跳板跳下去吗？还是只从低跳板跳？我们走那条非常黑暗的小巷吗？还是避开它？什么时候黑暗太过分了？不知何故，我们的大脑必须计算出我们世界的特点——包括某个环境有多大的威胁——并得出一个二元输出：你去，或者不去。”
“我们认为我们已经确定了一个参与这种计算的电路，这种计算指导我们的日常决策。”他说。
下一步
随着多年来的系统性和创新性研究，研究团队在血清素系统方面取得了显著进展，下一步是什么？他们计划将重点放在小鼠模型的行为研究上。
“到目前为止，我们发现的计算行为表现有些人为。我们目前正在尝试看看当小鼠在更自然的环境中行为时，是否能看到类似的情况。”贝凯教授说。
才华横溢的研究团队在这篇新发表的《自然神经科学》论文中包括渥太华大学医学院的理查德·诺德博士，他是一位计算神经科学家，最近在《自然》杂志上发表了一篇与血清素相关的研究，以及渥太华大学的肖恩·格迪斯。
来源：
渥太华大学
期刊参考：
Lynn, M. B., et al. (2025). 通过促进血清素释放的非线性复发抑制。《自然神经科学》。doi.org/10.1038/s41593-025-01912-7。
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