弥散性调节系统动机的脑机制

周煜东浙江大学神经科学研究所

弥散性调节系统Diffuse modulatory systems

弥散性：广泛分布的、扩散的、错综复杂的。

调节：这些神经元不是传递详细的感觉或运动信息，而是实行调节功能，调节突触后神经元。

他们就像收音机的音量调谐，不会改变歌曲的内容，只是整体性地调节声量的大小

弥散性调节系统

去甲肾上腺素能系统5- 羟色胺能系统多巴胺能系统乙酰胆碱能系统药物与弥散型调节系统

弥散性调制系统的共性

每个系统的核心包含一小套神经元 弥散性调制系统的神经元绝大多数起源

于脑干 每个神经元的轴突与遍布于脑内的 10 万

以上的神经元发生轴突联系并施加影响 神经元轴突与被调制神经元之间的突触

形成“旁结”的结构 弥散型调制系统神经元的突触前膜所释

放的递质分子起着调谐其它神经元活动的作用，其突触后受体通常是 G 蛋白偶联的代谢型受体

旁结（中途结， Boutons en Passant ）

Axon terminal(terminal bouton)

Boutons en passants

Cell body/dendrites

一个神经元兴奋可以广泛激活许多突触。 旁结附近许多神经元都可以被调制。

去甲肾上腺素能系统

人每个蓝斑约有 12 000 个神经元，共有2 个蓝斑，每侧一个。

蓝斑神经元的轴突通过几条通道离开蓝斑，呈扇形投射到脑的几乎每一个部分：所有的到大脑皮层、丘脑和下丘脑、嗅结节、小脑、中脑以及脊髓。

去甲肾上腺素的合成 儿茶酚胺类

（ Catecholamines ）多巴胺去甲肾上腺素肾上腺素

合成限速酶是 TH ，其活性受产物负反馈调控，压力可使其活性上调。

去甲肾上腺素的清除 单胺氧化酶（ MAO ） 儿茶酚氧位甲基转移酶

（ COMT ） 去甲肾上腺素转运体

去甲肾上腺素受体 1 和 2 受体激活

增加 cAMP 2 受体抑制腺苷

酸环化酶并促进K+ 通道开放

1 受体利用磷酸肌醇为第二信使使突触后 Ca2+ 升高

自身受体： 2

蓝斑去甲肾上腺素能系统

参与学习和记忆、注意、焦虑和疼痛、情绪、唤醒和睡眠 - 觉醒循环、脑代谢等调控。

由于蓝斑与脑的广泛联系，所以事实上它能影响脑的所有部位。

环境中新的、不能预知的、非疼痛的感觉刺激是激活蓝斑神经元的最佳刺激。

蓝斑神经元的活动通常可以增加中枢神经元的反应性，加速点对点的感觉和运动系统的信息处理过程。

蓝斑去甲肾上腺素能系统作用

蓝斑去甲肾上腺素能系统作用

蓝斑去甲肾上腺素能系统作用

外周去甲肾上腺素能系统作用

5- 羟色胺能系统 脑内 5- 羟色胺神经元分布于 9 个中缝核

内。靠近头端的中缝核以弥散方式投射到脑内大部分区域

中缝核群负责唤醒和维持前脑的活动状态；参与调控睡眠的不同阶段，与其他递质系统一起协调作用以实现参与睡眠 -觉醒循环的调控；参与对情绪和某些感情行为的调控；疼痛有关的感觉信号

5- 羟色胺的合成 吲哚胺类 由色氨酸合成而来 色氨酸羟化酶是 5- 羟色胺

能神经元特有的 对氯苯丙氨酸（ PCPA ）

抑制色氨酸羟化酶

5- 羟色胺的清除 单胺氧化酶（ MAO ） 5- 羟色胺转运体

5- 羟色胺受体 大大大大大大大大大大 5HT3 大大大大大大

大大 5HT1A 抑制腺苷酸

环化酶并促进 K+ 通道开放

5HT2A 大大 PKC 自身受体：

5HT1D

5- 羟色胺系统作用

5- 羟色胺系统作用

5- 羟色胺系统作用

5- 羟色胺系统作用

弥散路径与蓝斑神经元很相似。

中缝核细胞与蓝斑神经元相似，在动物清醒和活动时，放电频率最快睡眠时，放电频率最低。

蓝斑和中缝核都是“上行网状激活系统” 的组成部分。

上行网状激活系统的含意是前脑觉醒和清醒过程中脑干的网状“核心”。

去甲肾上腺素对 5- 羟色胺神经元的调制

多巴胺能系统 起源于基底神经节的黑质，投射到纹状

体，易化随意运动的发动 起源于中脑的腹侧被盖区，靠近黑质，

投射到额叶皮层和部分边缘系统，参与调控精神活动等高级脑功能，参与奖赏系统以强化某些适应性的行为。另外，这一系统涉及药物成瘾和精神疾患

多巴胺的合成 酪氨酸 多巴 多巴胺

多巴胺的清除 MAO COMT 多巴胺转运体（ DAT ）

多巴胺受体 D1-D5 ，大大大大大大大 D1 促进 cAMP 生成 D2 抑制 cAMP 生成

多巴胺能系统的作用 腹侧被盖区 伏隔核

This pathway is also involved in pleasure, reward, and reinforcing behavior, and many drugs of abuse interact here.

D2

多巴胺能系统的作用

腹侧被盖区

前额叶皮层

多巴胺能系统的作用 黑质 纹状体

乙酰胆碱能系统 脑内有 2 个主要的弥散性胆碱能调制系

统：一个是基底前脑复合体，另一个是脑桥 - 中脑被盖复合体。

基底前脑复合体的内侧隔核投射到海马；Meynert氏基底核投射到新皮层。

脑桥 - 中脑被盖复合体投射到丘脑。

乙酰胆碱的合成

乙酰胆碱的清除 乙酰胆碱酯酶 乙酰胆碱转运

乙酰胆碱受体 尼古丁型（离子通道型）：主要分布在神经

肌肉接头、自主神经系统，中枢神经系统中也有部分分布。

毒蕈碱型（代谢型）： M1-M5 ，主要的弥散调制系统受体。

胆碱能系统的作用

胆碱能系统参与在唤醒和睡眠 - 觉醒周期期间对中枢神经系统一般性兴奋性的调节。

基底前脑复合体可能在学习和记忆形成过程中发挥特殊的作用。• 这些部位的损伤与老年痴呆相关。

脑桥 - 中脑被盖复合体参与丘脑对感觉信息的处理。

药物与弥散型调制系统 大多数精神活性药物通过干扰化学性突

触传递而发挥作用。许多成瘾性药物直接作用于弥散型调制系统，特别是去甲肾上腺素能系统、多巴胺能系统和 5- 羟色胺能系统。

致幻剂 致幻剂 LSD 是中缝核神经元 5- 羟色胺

突触前受体的激动剂。 LSD减少 5- 羟色胺释放，从而显著地抑制中缝核神经元的放电活动。

兴奋剂 可卡因和安非他明在多巴胺能和去甲肾

上腺素能系统的突触处发挥作用。可卡因和安非他明阻断儿茶酚胺的重摄取。

可卡因和安非他明使中脑 - 皮层 -边缘多巴胺系统增强，促进药物寻找行为。

动机的脑机制

Demme (2001): ‘Blow’

动机（ motivation ）的涵义 动机是由目标或对象引导、激发和维持个体活

动的一种内在心理过程或内部心理动力。 通过任务选择我们可以判断个体行为动机的方向、对象或目标；通过努力程度和坚持性我们可以判断个体动机强度的大小。

动机必须有目标，个体对目标的认识，由外部的诱因变成内部的需要，成为行为的动力，进而推动行为。

动机有生理的和心理的活动。

动机的功能 激活功能

具人发动行为的作用，能推动个体产生某种活动，使个体由静止状态转向活动状态。

激活力量的大小，由动机的性质和强度决定。指向功能

将行为指向一定的对象或目标。维持和调整功能。

表现为行为的坚持性。动机的维持作用是由个体的活动与他所预期的目标的一致程度来决定的。

需要（ needs ）的涵义需要是有机体内部的一种不平衡状态，它表现在有机体对内部环境或外部生活条件的一种稳定的要求，并成为有机体活动的源泉。

需要是由个体对某种客观事物的要求引起的。需要总是指向能满足某种需要的客体或事件，即追求某种客体。

需要是个体活动的基本动力，是个体行为动力的重要源泉。

人的需要和动物的需要有着本质的区别。社会性；满足手段不同；受意识的调节控制。

需要的种类按起源可分为自然需要和社会需要。 自然需要也称生物学需要，主要由机体内部某

些生理的不平衡状态所引起，对有机体维持生命，延续后代有重要意义。人和动物都有，但需要的具体内容不同，满足需要的手段也不一样。人的自然需要还受社会需要的调节。

社会需要是人类特有的需要，反映了人类社会的要求，对维系人类社会生活、推动社会进步有重要作用。

需要的种类按指向的对象可分为物质需要和精神需要。 物质需要指向社会的物质产品，并以占有这些

产品而获得满足。精神需要指向社会的各种精神产品，以占有某

些精神产品而得到满足。 物质需要与精神需要有着密切的关系。人在追求美好的物质产品时，同样表现了某种精神的需要。

而精神需要的满足又离不开一定的物质产品。

马斯洛的需要层次论

马斯洛的需要层次论 这些需要都是人的最基本的需要，是天生的、

与生俱来的，构成了不同的等级或水平。需要的层次越低，力量越强；高级需要出现之

前必须先满足低级需要，高级需要出现较晚。低级需要直接关系到个体的生存，也叫缺失性需要。高级需要也叫生长需要。高级需要比低级需要复杂。

高级需要产生以前，低级需要只要部分得到满足就可以了。有人会为高级需要而放弃低级需要的满足。个体对需要的追求也表现出不同情况。

需要是动机产生的基础当某种需要没有得到满足时，它会推动有机体

去寻找满足需要的对象，从而产生行为的动机。需要会引起有机体的自动调节的活动，但它还

不是活动的动机。当维持体内的平衡状态不能只靠自动装置来解决，而必须推动有机体去活动，并把活动引向某一目标时，需要就成为了动机。

驱力（ drive ）理论 Woodworth: 提出了行为因果机制的驱力概念以代替本能概念。驱力是指个体由生理需要所引起的一种紧张状态，它能激发或驱动个体行为以满足需要，消除紧张，从而恢复机体的平衡状态。

Hull: 提出了驱力减少理论；人类的行为主要是由习惯来支配的，而不是由生物驱力支配的。他强调经验和学习在驱力形成中的作用，认为学习对机体适应环境有重要意义。

有些驱力来自内部刺激，不需要习得，为原始驱力；有些来自外部刺激，通过学习得到，获得性驱力。

驱力与行为

Hull (1943): events that reduce‘drives’ are reinforcing.

驱力减少理论

下丘脑和动机行为 设想你感到冷，你脱水了，能量耗竭了，这时体液和

内脏运动系统会立刻作出适当的反应：你会发抖，体表血流减少，尿液生成抑制，并开始动用体脂贮备，等等。最快捷和最有效的调节方式是什么？

以上的摄食，饮水行为就是躯体运动系统发起的动机性行为（ motivated behavior) 的一些例子，而且这些动机性行为是由下丘脑外侧神经元活动所激发。

下丘脑是这个调节的中枢，根据接受各种感觉信息，发出指令到效应器官，完成调节，以维持机体内环境的稳定。包括三个方面的调节：1 、体液反应：刺激垂体或抑制垂体激素释放入血。2 、内脏运动：调节交感和副交感的平衡，以调节内脏运动。3 、躯体运动：产生动机性行为。

下丘脑结构

摄食行为的短期调节 饱信号（ satiety signal) 的作用：一旦开始进餐后，继续进餐的动机又依赖于本次进餐已经吃了多少和吃了些什么。本次进食和消化时产生的饱信号既抑制本次进餐，也抑制餐后一段时间的摄食行为。饱信号会缓慢消失，直到进食驱动力再一次接替。

饱信号主要有三种：1 、胃扩张：大量的食物使胃扩张，产生强力饱信号。（一些容易发胀的食物，很快使人感到饱）2 、胆囊收缩素（ CCK ）：动物注射后，抑制其进食。3 、胰岛素：能降低血糖，抑制进食。产生不足能导致糖尿病。

摄食行为的长期调节

1953年由英国 Gordon Kennedy提出，脑监测体内脂肪的量并对抗能量贮存紊乱，使机体的能量维持平衡。

“饱”中枢和“饥饿”中枢

局部损毁大鼠下丘脑外侧区会导到厌食（ anorexia) ，即严重的食欲减低。相反损毁腹内侧区 ,则会引起动物过度进食从而导致肥胖。

腹内侧下丘脑（ VMH ）毁损

ob/ob

db/db

下丘脑腹内侧核 POMC 神经元

下丘脑弓状核 NPY/AgRP 神经元瘦素

外侧下丘脑

脂源性因子与下丘脑摄食调控

内侧视前区与雄性性活动

对照 交配

欲求行为与完成行为的分裂

欲求行为 完成行为

大鼠的自我电刺激以寻求快乐

成瘾行为 (addiction) 动机 心理（精神）成瘾： 指对某种依赖性物质产生的强烈渴求欲望。俗称心瘾。如抽烟、嗜酒、沉迷于电脑游戏、上网等，是一种心理需要，这些行为能带来快乐，让其欲拔不能。

生理（躯体）成瘾：指要依靠毒品来维持其生理（躯体）功能状态，成了生理上的需要，一旦中断毒品（ 36-38 小时）就会出现一系列生理（躯体）改变。出现打哈欠、流眼泪、恶心、呕吐、头昏、失眠、焦虑、腹泻、发热、四肢疼痛、忽冷忽热、痛不欲生，出现戒断症状。俗称毒瘾发作。

脑内的奖赏系统 1954年， Oids 和 Milner 发现脑内隔区（ NAs) 为

“愉快中枢”。

1966年， Dress首先提出奖赏效应与中脑边缘多巴胺系统（ MLDS ）有关，而阿片类物质可以促进脑内多巴胺释放，达到奖赏效应。

阿片类物质是大脑内源性镇痛物质，如内啡肽、脑啡肽，保持机体正常的无痛状态。轻微的内外界刺激如休息、站立、行走、轻微的碰撞不会使我们感到疼痛。

但若外界刺激过强（外伤、烫伤等），超过了机体的内源性镇痛系统作用，便使我们感到疼痛。

脑内的奖赏系统

天然的奖赏性刺激（如美食等）也是通过作用于脑内奖赏系统，引起 NAc区多巴胺释放量增多，从而产生奖赏效应。

正常的奖赏效应是生物体适应外界环境，维持机体存活（摄食）及种族繁衍（性活动）的必要条件。

所有成瘾性药物都能够直接兴奋机体内部的奖赏系统产生奖赏效应，导致“心瘾”形成。

摄食与伏隔核多巴胺释放

交配与伏隔核多巴胺释放

吸毒成瘾的脑机制 Wise 和 Bozarth 的“精神刺激”学说：追求阿片类

药物带来的欣快感和奖赏效应 (正性强化作用 ) 是引起成瘾的始动因素。毒品是外源性阿片物质可以替代内源性的阿片物质，促进脑内多巴胺释放，达到奖赏效应，引起欣快感。

Koob 和 Bloom 的“戒断 /依赖”学说：慢性使用阿片类物质导致的躯体依赖及逃避撤药时的戒断症状( 负性强化作用 ) 是导致持续用药的首要因素。由于过多的外源性的阿片物质进入人体抑制了内源性阿片物质的生成，导致内源性阿片物质产生不足，机体镇痛系统减弱甚至消失。一旦停止外源性阿片物质（不吸食毒品），将导致即使是正常条件下不致痛的刺激，都会让你疼痛无比，出现戒断症状。

吸毒成瘾的脑机制

A 过程：正性强化作用B 过程：负性强化作用

小结

需要是当个人的生存和发展条件未得到满足时，在心理上产生的不平衡状态。本讲主要讲解摄食行为的下丘脑控制。

动机是在一定需要的基础上，引起、发动或制止自身行为的心理活动过程。

成瘾指对某种依赖性物质产生的强烈渴求欲望，有心理和生理成瘾两种，其机制与脑内奖赏系统，愉快中枢有关。