20世紀60-70年代，斯坦福大學心理學家瓦爾特•米舍爾團隊進行了一系列有關自制力的心理學實驗，其中包括著名的棉花糖實驗，得出結論：“能為偏愛的獎勵堅持忍耐更長時間的小孩通常具有更好的人生表現。”“培養孩子的延遲滿足能力”的教育理念也因此流傳甚廣。但學界對此爭議不斷，認為實驗不夠嚴謹，結論一度被推翻。
心理學實驗結果實際上受到多種社會條件的綜合影響，我們更想了解的是，這一切的神經基礎是什麼？面對“糖”（獎勵），大腦發生了怎樣的“內部活動”？
2021年12月1日，北京腦科學與類腦研究中心孫文智團隊，上海科技大學胡霽團隊和紐約大學汪小京團隊在國際期刊Science Advances線上發表題為“The neural basis of delayed gratification“的研究論文，揭示了VTA多巴胺能神經元在延遲滿足這一心理過程中的神經基礎，為提高自控能力和治療注意力缺陷多動障礙提供了一定的思路。
平衡即時滿足（instant gratification）與延遲滿足(delayed gratification)，對於最佳化個體的生存和繁殖至關重要。反覆暴露於即時滿足會破壞這個平衡，從而引起衝動的決定與許多疾病，比如成癮、肥胖以及注意力缺陷綜合症等。延遲滿足是平衡延遲與顯著獎勵的心理過程，往往體現了個體的耐心、毅力還有自控能力。
自20世紀60到70年代，斯坦福大學心理學家瓦爾特•米舍爾(Walter Mischel)開展棉花糖實驗以來，科學家們透過人類心理和大腦活動的監測以及動物模型對延遲滿足進行了很長時間的研究，但對其神經基礎所知甚少。
北京時間2021年12月1日，北京腦科學與類腦研究中心孫文智團隊，上海科技大學胡霽團隊和紐約大學汪小京團隊在國際期刊Science Advances線上發表題為“The neural basis of delayed gratification“的研究論文，揭示了中腦腹側被蓋區（ventral tegmental area，VTA）多巴胺能（Dopaminergic，DAergic）神經元在延遲滿足中的神經基礎。
該研究透過訓練小鼠執行延遲滿足任務，並結合光纖記錄、單細胞在體電生理記錄、光遺傳學和強化學習模型等方法發現:（1）中腦腹側被蓋區多巴胺能神經元在小鼠等待期間緩慢增加的活動模式編碼了延遲滿足中等待的價值；（2）延遲滿足的決策過程需要進行實時思考。
首先，研究者訓練小鼠學會執行正常的覓食任務和新穎的延遲滿足任務，其中小鼠在等待區的等待時間（waiting duration）以及隨後的跑動時間(running duration)分別被用來評判小鼠執行任務的好壞和積極性。經過一個月的訓練，小鼠都能很好的執行延遲滿足任務，即學會了透過等待更長時間來獲得更大的獎勵。
訓練的同時，研究者透過光纖記錄的方式結合Dat-Cre小鼠特異性的記錄了VTA多巴胺能神經元的鈣活動變化。對不同等待時長的鈣訊號進行統計分析後，他們發現小鼠延遲滿足等待期間VTA多巴胺能神經元的鈣活動以相對穩定的趨勢緩慢上升。
在體單細胞電生理記錄結果進一步表明，VTA多巴胺能神經元在一定程度表現出緩慢上升的特徵。研究者通對這些神經元的放電進行卷積計算，模擬了這些神經元的鈣活動變化，結果發現模擬出來的鈣活動和光線記錄的鈣活動高度一致。他們認為，延遲滿足期間VTA多巴胺能神經元的高頻放電維持了小鼠的等待行為。
那麼，改變VTA多巴胺能神經元的放電模式是否會影響小鼠的等待行為呢？為了驗證這個問題，研究者在小鼠執行延遲滿足任務的等待期間以20%的機率對VTA多巴胺能神經元的活動進行了光遺傳操控，結果發現啟用多巴胺能神經元只會使啟用對應試驗的小鼠等待時間顯著延長，而抑制則會表現出相反的結果。
小鼠在延遲滿足任務中的什麼時候如何進行決策，以及等待過程中緩慢上升的多巴胺能神經活動到底編碼了什麼？為了回答以上的問題，該文分別建立了兩種強化學習模型：預先決定（decision ahead）和連續思考（continuous deliberation）來分別對動物行為實驗、光纖記錄實驗以及光遺傳實驗的資料進行預測模擬。
結果顯示連續思考的強化學習模型模擬的結果與實驗資料更加吻合，提示等待期間緩慢上升的多巴胺能活動編碼了延遲滿足等待的價值，並進一步揭示延遲滿足的決策過程需要實時思考的參與。
最後，研究者透過對小鼠的等待時間和VTA多巴胺能神經元鈣活動的進一步分析發現，當前狀態下多巴胺能活動的強弱只會影響一下刻小鼠的等待行為，一定程度上VTA多巴胺能神經元活活動越強小鼠的等待機率也越高，這一點與光遺傳結果是一致的，研究者從小鼠自身角度揭示了VTA多巴胺能神經元在延遲滿足中發揮的作用。
該研究從新穎的行為學正規化開始，結合各種神經元活動記錄和操控手段，最後透過強化學習模型和資料分析，揭示了VTA多巴胺能神經元在延遲滿足這一心理過程中的神經基礎，為提高自控能力和治療注意力缺陷多動障礙提供了一定的思路。
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