在人类经济交往过程中，黑质中的多巴胺和血清素与价值计算和社会行为有关
背景介绍
在当代神经科学研究中，多巴胺（dopamine）和5-羟色胺（serotonin）被假设为指导社会行为的重要神经调节物质。然而，人们对这些神经调节物质在社会互动过程中的动态变化知之甚少。尽管已有非侵入性功能神经影像方法（如脑电图和功能磁共振成像）帮助绘制了大脑中与社会任务相关的“社会脑”网络，但这些方法通常在空间和时间分辨率上存在权衡，且获得的数据反映了电学和化学事件的混合。因此，我们在更精细的生物学尺度上对人类社会脑的理解仍然匮乏。
研究团队提出了一种新的电化学方法，能够在毫秒级别检测到人脑中多巴胺和5-羟色胺的波动。之前的研究已经表明，多巴胺和5-羟色胺在老鼠中对奖赏预期误差和适应性行为起关键作用，但动物模型仍然无法完全代表人类社会互动的复杂性。
研究来源
本文由Seth R. Batten、Dan Bang、Brian H. Kopell等人共同撰写，研究团队来自弗吉尼亚理工学院、牛津大学、阿尔弗斯大学和西奈山伊坎医学院等多个研究机构。文章发表于2024年4月的《Nature Human Behaviour》。
研究工作流程
实验对象与程序
研究对象为四名患有帕金森病的患者，他们在进行深部脑刺激（DBS）手术期间扮演了实验中的受试者，并进行了最后通牒一一游戏（Ultimatum Game）。在实验期间，研究人员使用带碳纤维电极的电化学方法，连续获得参与者在黑质网状部分（Substantia Nigra Pars Reticulata , SNR）中的多巴胺和5-羟色胺的脑部波动数据。
实验涉及两次手术，每次间隔14到28天。在每次手术中，参与者分别与计算机或其他人进行最后通牒游戏，共进行60次试验（每个条件30次）。实验采用交叉平衡设计，每个条件在一个环节内被阻塞。
数据采集与分析
研究人员使用一种快速扫描循环伏安法（FSCV）的电化学方法，每秒钟获取10个多巴胺和5-羟色胺的数据样本。通过在大脑深部结构中插入碳纤维电极，并在实验任务中进行电化学记录，研究团队能够捕捉到神经调节物质在社会任务中的快速波动。
为了准确预测神经调节物质的浓度，研究团队开发了一种信号预测模型。该模型基于大型实验室数据集，通过机器学习方法进行训练，以实现对体内数据的高精度和高灵敏度预测。模型评估中使用了非训练数据，证明了其高效和准确性。
主要研究结果及贡献
行为结果
实验结果表明，在面对人类提出的提议时，参与者拒绝的频率较高（人类条件下50%的提议被接受，而计算机条件下为75%）。在这些行为中，发现条件对选择有显著性影响，多巴胺整体水平在面对人类提议时显著升高。
神经调节物质波动
在实验的神经调节物质数据中，研究人员发现多巴胺相对于基线的变化与提议价值的变化（相对于之前的提议）密切相关；而5-羟色胺则追踪当前提议的绝对价值，而不受先前提议的影响。
研究结论
综合以上数据，研究结果表明多巴胺和5-羟色胺不仅支持价值统计的计算，还在社会互动过程中基于规范使用这些统计结果。多巴胺变化反映了对应当前与之前提议价值差的奖赏预期误差（RPE），而5-羟色胺变化则与当前提议的绝对价值有关。
研究意义与价值
这项研究首次在人类大脑中提供了关于多巴胺和5-羟色胺在社会互动过程中快速波动的直接证据。研究结果表明这两种神经调节物质在价值计算和规范驱动的社会行为中起着互补的作用，对我们理解大脑中快速神经调节物质信号在社会行为中的作用至关重要。
研究亮点
- 实验方法创新：通过在DBS手术期间使用电化学方法，实现了人脑中多巴胺和5-羟色胺的实时波动数据捕捉。
- 发现多巴胺与社会情境的关系：多巴胺水平在面对人类提出的提议时显著升高，这表明其在社会公平感中的作用。
- 揭示多巴胺和5-羟色胺的互补角色：多巴胺反应迅速对应价值变化，而5-羟色胺则追踪当前价值，揭示了两者在价值编码中的互补功能。
通过这项研究，我们不仅拓展了对多巴胺和5-羟色胺在社会行为中的理解，还提供了新的研究方法和分析框架，为未来更多的神经科学研究提供了重要的参考和启发。