冲绳科学技术研究生大学(OIST)神经计算部门对小鼠进行的一项研究，作者 Katsuhiko Miyazaki 博士和 Kayoko Miyazaki 博士，精确指出了大脑中通过血清素(5 - 羟色胺)促进耐性的特定区域。他们的发现发表在 11 月 27 日的《Science Advances》上。

        “血清素是最著名的行为神经调节剂之一，有助于调节情绪、睡眠 - 觉醒周期和食欲，”Katsuhiko Miyazaki 博士说、“我们的研究表明，这种化学信使的释放在促进耐心方面也起到了至关重要的作用，它增加了小鼠愿意等待食物奖励的时间。”

        他们使用光遗传学建立了血清素和耐心之间的因果关系。

        科学家们培育了一种基因工程小鼠，这些鼠的血清素释放神经元能表达一种感光蛋白。这意味着研究人员可以用植入大脑的光纤，通过发光刺激这些神经元在精确的时间释放血清素。

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        研究人员发现，在小鼠等待食物的时候刺激这些神经元会增加它们的等待时间，当获得奖励的概率很高但奖励的时间不确定时，效果最大。

        “换句话说，为了让血清素促进耐心，小鼠必须对奖励会到来充满信心，但不确定什么时候会到来。”

        研究小组重点研究了三个在受到损伤时会增加冲动行为的大脑区域：伏隔核以及额叶眶额皮质和内侧前额叶皮质。

        “冲动行为与耐心有着内在的联系，一个人越冲动，耐心就越少，所以这些大脑区域是主要的候选者。”

        在这项研究中，科学家们将光纤植入中缝背核以及伏隔核、眶额皮质或内侧前额叶皮质之一。然后训练小鼠执行等待任务。通过统计小鼠在测试中持续做鼻子戳的时间，来评估它们的耐心。

        当研究人员刺激伏隔核释放血清素的神经纤维时，等待时间没有增加，这表明大脑这个区域的血清素在调节耐心方面没有作用。

        刺激眼眶前额皮质和内侧前额叶皮质释放血清素时，小鼠等待的时间更长，有一些关键的区别。

        在眶额皮质，释血清素和激活中缝背核的血清素一样有效地促进了耐心;无论是在奖赏时间固定的情况下，还是在奖赏时间不确定的情况下，后者的效果都更强。

        但是在内侧前额叶皮层，科学家们只看到奖励时间的变化会增加耐心，而在固定的时间上没有观察到任何影响。

        “大脑每个区域对血清素反应的差异表明，每一个大脑区域对鼠的整体等待行为都有不同的影响，”Miyazaki 博士说。

        为了进一步研究，科学家们构建了一个计算模型来解释小鼠的等待行为。

        该模型假设小鼠有一个内部模型来描述奖励的发放时间，并不断估计奖励兑现的概率。因此，随着时间的推移，它们可以判断自己是在进行有奖审判还是非悬赏审判，并决定是否继续等待。该模型还假设眼眶前额叶皮质和内侧前额叶皮层使用不同的内部奖赏时间模型，后者对时间的变化更敏感，以单独计算奖励概率。

        研究人员发现，在血清素刺激下，该模型通过将预期回报概率从 75% 提高到 94%，最符合实验数据的等待时间。简单地说，血清素增加了小鼠对它们正在进行奖励试验的信念，因此它们等待的时间更长。

        重要的是，该模型显示，刺激中缝背核使眶额叶皮质和内侧前额叶皮质的概率从 75% 提高到 94%，而分别刺激大脑区域只会增加特定区域的概率。

        这证实了这样一个观点，即这两个大脑区域相互独立地计算获得奖励的概率，然后这些独立的计算结合起来，最终确定等待多长时间。这种互补系统使动物能够更灵活地适应不断变化的环境。

        最终，我们对大脑不同区域或多或少受血清素影响的认识，可能对未来药物的开发具有重要意义。例如，用于治疗抑郁症的选择性药物 5 - 羟色胺抑制剂。