研究“心理健康假说”的、更人道的新模型

苏塞克斯大学(University of Sussex)的信息学专家开发了一种新的计算模型，证明了人们长期以来一直在寻找的昆虫和哺乳动物学习之间的联系。

　　

 

   

VS模型的示意图

苏塞克斯大学(University of Sussex)的一项新研究显示，即使是不起眼的果蝇也渴望得到一剂快乐激素。该研究显示，果蝇可能会像人类一样利用多巴胺进行学习。

苏塞克斯大学(University of Sussex)的信息学专家开发了一种新的计算模型，该模型展示了人们长期以来一直在寻找的昆虫和哺乳动物学习能力之间的联系，具体内容发表在《自然通讯》(Nature Communications)杂志上。

结合最近实验的解剖和功能数据，詹姆斯·班尼特博士和他的同事们根据奖励预测错误(RPE)假说，模拟了果蝇大脑的解剖和生理学如何支持学习。

这个计算模型显示了果蝇大脑中被称为蘑菇体的多巴胺神经元是如何产生类似于哺乳动物多巴胺神经元的信号，以及这些多巴胺信号是如何可靠地指导学习的。

学者们认为，确定果蝇是否也利用预测错误进行学习，可能会导致更人道的动物研究，让研究人员可以用更简单的昆虫物种取代动物，以便在未来研究学习机制。

通过为研究学习的神经机制提供新的机会，研究人员希望该模型也能有助于更好地理解RPE假说支持的心理健康问题，如抑郁症或成瘾。

苏塞克斯大学工程与信息学学院的研究员班尼特博士说:“通过我们的计算模型，我们能够证明昆虫实验的数据并不一定与RPE假说的预测相冲突，正如之前所认为的那样。”

“在昆虫和哺乳动物的学习研究之间建立一座桥梁，可能会打开利用强大的基因工具在昆虫和更小的大脑规模上进行实验的可能性，以了解包括人类在内的哺乳动物的大脑功能和疾病。”

由于RPE假说，对哺乳动物如何学习的理解已经取得了很大的进展。RPE假说认为，联想记忆的习得程度与它们的不准确性成正比。

该假说在解释哺乳动物学习的实验数据方面取得了相当大的成功，并被广泛应用于决策和心理健康疾病，如成瘾和抑郁症。但是，由于不同实验的结果相互矛盾，科学家在将这一假设应用于昆虫学习时遇到了困难。

苏塞克斯大学的研究团队创建了一个计算模型，以展示蘑菇身体解剖和生理学的主要特征是如何根据RPE假说来实施学习的。

该模型模拟了蘑菇体的简化，包括不同的神经元类型和它们之间的连接，以及这些神经元的活动如何促进学习，以及当某些选择得到奖励时，这些神经元的活动如何影响果蝇做出的决定。

为了进一步了解果蝇大脑中的学习能力，研究小组利用他们的模型，对蘑菇体内不同神经元对学习和决策的影响做出了五种新颖的预测，希望能促进未来的实验工作。

班尼特博士说:“虽然已经创造出了其他的蘑菇体模型，但据我们所知，迄今为止还没有其他模型包括多巴胺神经元和另一组神经元之间的联系，这些神经元预测并驱动人们对奖励的行为。例如，当奖励是食物中的糖含量时，这些联系将允许预测的糖可用性与实际摄入的糖进行比较，从而允许更准确的预测和适当的糖寻找行为被学习。

“在实验中，当果蝇大脑中特定神经元的活动被抑制或被人为激活时，该模型可以解释果蝇所表现出的大量行为。我们还提出了蘑菇体内多巴胺神经元和其他神经元之间的联系，虽然还没有实验报告，但这将有助于解释更多的实验数据。”

苏塞克斯大学信息学教授托马斯·诺沃特尼说:“这个模型将学习理论和实验知识结合起来，让我们系统地思考果蝇的大脑是如何工作的。结果显示，简单昆虫的学习方式可能比我们之前认为的更类似。”

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