摘要：新研究在大脑如何权衡这些众多的日常决定以及神经递质血清素扮演什么角色的进化细节这个大话题上提供了令人着迷的发现。
在我们的日常生活中，我们不断地做出一系列决定，从眼前的事情到遥远的前景。但是，我们的大脑如何权衡这些众多的日常决定以及神经递质血清素扮演什么角色的进化细节一直笼罩在神秘之中。
现在，由渥太华大学医学院跨学科团队领导的一项新研究在这个大话题上提供了令人着迷的发现，并有可能揭开我们神经系统异常复杂的血清素系统在我们大脑这个神秘器官内真正发挥作用的一个隐藏方面。
图1 血清素系统中价值的前瞻性编码发表在《自然》（Nature）杂志上的这项研究是一项极具影响力的国际合作，一位专家评审认为，这项研究“在神经科学、心理学和精神病学领域具有广泛的意义，增强了我们对血清素在情绪调节、学习和动机行为中的作用的理解”。
该团队的创新工作将强化学习（RL）理论（用于神经科学，以更好地理解学习、行为和决策）的思想与最近来之不易的对大脑中缝背核过滤特性的见解结合起来。这是哺乳动物脑干的一个区域，富含产生血清素的神经元。
血清素通常被描绘成大脑的“快乐化学物质”。选择性血清素再摄取抑制剂（SSRIs）等抗抑郁药物以血清素系统为目标，这是一个价值数十亿美元的产业的一部分。然而，5 -羟色胺在神经系统中的确切作用是模棱两可和令人困惑的：它涉及从情绪和运动调节到食欲和睡眠-觉醒周期的一切。它会被痛苦、快乐和惊喜激活，这一事实长期以来一直是一个大脑研究难题。
通过这项研究，渥太华大学领导的研究人员提出了一个关于血清素的统一观点，他们称之为“价值的预期代码”——一种大脑如何为未来奖励设定价值的生物代码。这个代码从本质上解释了为什么大脑中的血清素神经元在对奖励和惩罚做出反应时都被激活，并且偏爱令人惊讶的奖励。
“我们的研究提出了这样一个问题：血清素告诉大脑什么？简而言之，我们发现它的信息与对未来回报的期望密切相关，”资深作者Richard Naud博士说，他是医学院细胞与分子医学系和渥太华大学物理系的副教授。
研究报告的合著者、细胞和分子医学系教授Jean-Claude Béïque博士将主要发现总结如下：“当你与不断变化的世界互动时，你的大脑需要计算你所考虑和采取的行动的预期价值，并询问‘在特定环境下，这个决定与那个决定的价值是什么？这是一个难题。因此，我们认为血清素在大脑中的实际作用是编码特定环境或行动过程的期望值，以最终指导日常决策。”
最初的火花
这个想法的萌芽始于几年前渥太华大学医学院（uOttawa Faculty of Medicine），当时还是Naud实验室博士生的第一作者Emerson Harkin在研究血清素神经元的生物物理特性时，开始模拟强化学习模型。Harkin博士于2023年底完成了他在渥太华大学的博士学位，并于2024年3月获得了学位。他说，这个核心想法是“半偶然”产生的。
在投入大量时间和精力研究产生血清素的脑细胞的电特性后，他和渥太华大学医学院的导师们开始密切关注其他实验室的发现，这些实验室专注于测量动物在经历奖励和惩罚时血清素神经元的活动。他说，虽然整体情况非常令人困惑，但他们那时才意识到，他们可能正在追逐一些有希望的东西。
图2 价值前瞻性编码的简化模型解释血清素神经元对短期奖赏与惩罚的响应机制
“似乎没有人考虑到5 -羟色胺神经元可能会被动物周围环境的变化激活，比如奖励即将到来的信号的开始或惩罚的结束，”Harkin博士说，他指的是用小鼠模型进行的实验室实验。“当我们通过显微镜和电极观察这些先前的结果时，许多以前看起来令人困惑或矛盾的结果突然开始融合在一起。”
Harkin博士目前在德国马克斯·普朗克生物控制论研究所（Max Planck Institute for Biological Cybernetics）做博士后，他断言，这些发现表明，血清素系统的很大一部分作用是向“大脑的其他部分传递一个信息：‘这是我们对你不久的将来会有多好的最佳猜测，这是这个猜测改善的速度。’”
计算神经科学专家Naud博士深入研究了该理论极其复杂的数学问题，他解释说，在过去几年中，随着合作团队通过“大量阅读、大量讨论、大量思考”对工作进行微调，最初的想法发生了相当大的变化。
下一个步骤
展望未来，研究小组的目标是研究血清素在行为中的作用，试图弄清楚大脑的其余部分是如何处理神经递质信息的。Naud博士说，也许找到在框架上运用强化学习理论的方法可以帮助他们做到这一点。
有趣的是，Naud博士的神经科学研究经常对学习和记忆理论产生影响，这些理论可以为人工智能（AI）的未来发展提供信息。他认为，该团队刚刚发表在《自然》杂志上的研究似乎表明了神经系统的特殊性。
“在某种程度上，我觉得研究小组的发现表明，大脑的工作方式与机器不同。如果我们干扰机器中的奖励信号，它就会做很多大脑中的干扰做不到的事情，”他说。
参考资料
[1] A prospective code for value in the serotonin system
摘要：新研究在大脑如何权衡这些众多的日常决定以及神经递质血清素扮演什么角色的进化细节这个大话题上提供了令人着迷的发现。
在我们的日常生活中，我们不断地做出一系列决定，从眼前的事情到遥远的前景。但是，我们的大脑如何权衡这些众多的日常决定以及神经递质血清素扮演什么角色的进化细节一直笼罩在神秘之中。
现在，由渥太华大学医学院跨学科团队领导的一项新研究在这个大话题上提供了令人着迷的发现，并有可能揭开我们神经系统异常复杂的血清素系统在我们大脑这个神秘器官内真正发挥作用的一个隐藏方面。
图1 血清素系统中价值的前瞻性编码发表在《自然》（Nature）杂志上的这项研究是一项极具影响力的国际合作，一位专家评审认为，这项研究“在神经科学、心理学和精神病学领域具有广泛的意义，增强了我们对血清素在情绪调节、学习和动机行为中的作用的理解”。
该团队的创新工作将强化学习（RL）理论（用于神经科学，以更好地理解学习、行为和决策）的思想与最近来之不易的对大脑中缝背核过滤特性的见解结合起来。这是哺乳动物脑干的一个区域，富含产生血清素的神经元。
血清素通常被描绘成大脑的“快乐化学物质”。选择性血清素再摄取抑制剂（SSRIs）等抗抑郁药物以血清素系统为目标，这是一个价值数十亿美元的产业的一部分。然而，5 -羟色胺在神经系统中的确切作用是模棱两可和令人困惑的：它涉及从情绪和运动调节到食欲和睡眠-觉醒周期的一切。它会被痛苦、快乐和惊喜激活，这一事实长期以来一直是一个大脑研究难题。
通过这项研究，渥太华大学领导的研究人员提出了一个关于血清素的统一观点，他们称之为“价值的预期代码”——一种大脑如何为未来奖励设定价值的生物代码。这个代码从本质上解释了为什么大脑中的血清素神经元在对奖励和惩罚做出反应时都被激活，并且偏爱令人惊讶的奖励。
“我们的研究提出了这样一个问题：血清素告诉大脑什么？简而言之，我们发现它的信息与对未来回报的期望密切相关，”资深作者Richard Naud博士说，他是医学院细胞与分子医学系和渥太华大学物理系的副教授。
研究报告的合著者、细胞和分子医学系教授Jean-Claude Béïque博士将主要发现总结如下：“当你与不断变化的世界互动时，你的大脑需要计算你所考虑和采取的行动的预期价值，并询问‘在特定环境下，这个决定与那个决定的价值是什么？这是一个难题。因此，我们认为血清素在大脑中的实际作用是编码特定环境或行动过程的期望值，以最终指导日常决策。”
最初的火花
这个想法的萌芽始于几年前渥太华大学医学院（uOttawa Faculty of Medicine），当时还是Naud实验室博士生的第一作者Emerson Harkin在研究血清素神经元的生物物理特性时，开始模拟强化学习模型。Harkin博士于2023年底完成了他在渥太华大学的博士学位，并于2024年3月获得了学位。他说，这个核心想法是“半偶然”产生的。
在投入大量时间和精力研究产生血清素的脑细胞的电特性后，他和渥太华大学医学院的导师们开始密切关注其他实验室的发现，这些实验室专注于测量动物在经历奖励和惩罚时血清素神经元的活动。他说，虽然整体情况非常令人困惑，但他们那时才意识到，他们可能正在追逐一些有希望的东西。
图2 价值前瞻性编码的简化模型解释血清素神经元对短期奖赏与惩罚的响应机制
“似乎没有人考虑到5 -羟色胺神经元可能会被动物周围环境的变化激活，比如奖励即将到来的信号的开始或惩罚的结束，”Harkin博士说，他指的是用小鼠模型进行的实验室实验。“当我们通过显微镜和电极观察这些先前的结果时，许多以前看起来令人困惑或矛盾的结果突然开始融合在一起。”
Harkin博士目前在德国马克斯·普朗克生物控制论研究所（Max Planck Institute for Biological Cybernetics）做博士后，他断言，这些发现表明，血清素系统的很大一部分作用是向“大脑的其他部分传递一个信息：‘这是我们对你不久的将来会有多好的最佳猜测，这是这个猜测改善的速度。’”
计算神经科学专家Naud博士深入研究了该理论极其复杂的数学问题，他解释说，在过去几年中，随着合作团队通过“大量阅读、大量讨论、大量思考”对工作进行微调，最初的想法发生了相当大的变化。
下一个步骤
展望未来，研究小组的目标是研究血清素在行为中的作用，试图弄清楚大脑的其余部分是如何处理神经递质信息的。Naud博士说，也许找到在框架上运用强化学习理论的方法可以帮助他们做到这一点。
有趣的是，Naud博士的神经科学研究经常对学习和记忆理论产生影响，这些理论可以为人工智能（AI）的未来发展提供信息。他认为，该团队刚刚发表在《自然》杂志上的研究似乎表明了神经系统的特殊性。
“在某种程度上，我觉得研究小组的发现表明，大脑的工作方式与机器不同。如果我们干扰机器中的奖励信号，它就会做很多大脑中的干扰做不到的事情，”他说。
参考资料
[1] A prospective code for value in the serotonin system
