長期以來，科學家們一直認為，食物或金錢等獎勵會觸發多巴胺的釋放，從而刺激學習，多巴胺是一種與快樂和正強化相關的激素。然而，最近的一項囓齒動物研究表明，即使沒有直接的獎勵，學習仍然會發生。

這項研究由紐約大學格羅斯曼醫學院的一個小組進行，研究了多巴胺和乙酰膽鹼（另一種參與學習和記憶的大腦化學物質）之間的相互作用。以前的研究表明，這兩種激素之間存在反比關係；其中一種激素的增加會導致另一種激素的減少。以前的研究認為，獎勵通過同時提高多巴胺水平和降低乙酰膽鹼水平來促進學習。

這種突然出現的激素失衡被認為為腦細胞適應新環境和形成記憶打開了一扇機會之窗。這一過程被稱為神經可塑性，是學習和傷後恢復的主要特徵。然而，問題仍然在於，食物和其他外部獎勵是否是這種記憶系統的唯一驅動力，或者我們的大腦是否能夠在沒有外界幫助的情況下創造出有利於學習的相同條件。

為了澄清這個問題，研究作者重點研究了在乙酰膽鹼水平較低的同時多巴胺水平較高的時間和情況。他們發現，即使在沒有獎勵的情況下，這種情況也會經常出現。事實上，荷爾蒙在大腦中不斷起伏，多巴胺水平經常升高，而乙酰膽鹼水平卻很低，這為持續學習創造了條件。

“我們的發現挑戰了人們目前對多巴胺和乙酰膽鹼何時以及如何在大腦中共同發揮作用的理解，”研究的主要作者安妮-克羅克博士說。”獎勵不是為學習創造獨特的條件，而是利用了一種已經存在並不斷發揮作用的機制。”

在最近發表在《自然》雜誌上的這項研究中，研究小組讓數十隻小鼠使用一個輪子，它們可以在上面隨意奔跑或休息。有時，研究人員會讓動物喝水。然後，他們記錄了囓齒動物的大腦活動，並測量了不同時刻多巴胺和乙酰膽鹼的釋放量。

不出所料，喝水會產生典型的多巴胺和乙酰膽鹼釋放模式，而這正是獎勵所引起的。然而，研究小組還觀察到，早在接受水食之前，多巴胺和乙酰膽鹼就已經遵循”起伏”循環，大約每秒兩次，在此期間，一種激素水平下降，另一種激素水平上升。克羅克指出，無論囓齒動物是在奔跑還是靜止不動，這種模式都在持續。她補充說，人類在內省和休息時也會出現類似的腦電波。

研究的資深作者、神經科學家尼古拉斯-特里奇（Nicolas Tritsch）博士說：”這些結果可能有助於解釋大腦是如何在不需要外部激勵的情況下自行學習和演練的，也許這種脈動迴路會觸發大腦反思過去的事件並從中學習。

儘管如此，紐約大學朗貢衛生院神經科學與生理學系助理教授特里奇還是提醒說，他們的研究並不是為了判斷小鼠大腦在這種”自我驅動”的學習過程中處理信息的方式是否與人類大腦相同。

他說，儘管如此，這項研究的結果也可能為理解與多巴胺水平不正確有關的神經精神疾病（如精神分裂症、注意力缺陷/多動障礙（ADHD）和抑鬱症）提供新的思路。

例如，精神分裂症患者經常會出現與現實相悖的妄想。特里奇說，如果多巴胺-乙酰膽鹼迴路不斷加強大腦中的連接，那麼這一機制的問題可能會導致形成過多和不正確的連接，從而使他們”了解”到並非真實發生的事件。

同樣，缺乏動力也是抑鬱症的常見症狀，這使得完成起床、刷牙或上班等基本任務變得困難。作者說，內部驅動系統的紊亂可能是導致這些問題的原因。

因此，特里奇說，研究小組下一步計劃研究多巴胺-乙酰膽鹼循環在此類精神疾病動物模型中的表現，以及在對記憶鞏固很重要的睡眠過程中的表現。