多變多巴胺——前傳

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多巴胺應該是最為大眾所熟知的人體內神經傳遞物質,畢竟「快樂分子」誰不喜歡呢?但你知道嗎?多巴胺可沒有這麼簡單喔!她在人體內所扮演的角色至今依然眾說紛紜,甚至經常傳出她在哪個行為、反應當中,又出乎意料地如何影響著我們。本文藉擬人化科學資訊主題,將多巴胺在科學史上發展的過程、不同階段所發現的不同特性,以少女成長過程作為比喻來觀察和理解,來作為認識迷人多巴胺完整知識架構的前導故事。

撰文|A.H.

大腦中的「多巴胺」 (dopamine) 在日常的許多不同面相中均影響著我們,包括調節情緒、學習、記憶和運動等。至於在體內的多巴胺,也扮演著重要的角色,不僅和血管收縮/放鬆的程度有關,當血糖過低時也會減少胰島素的產生,同時還能保護腸道內壁。雖然「她」能夠帶給我們諸多良好的效益,但當「她」失衡時,也會帶來嚴重的後果。當多巴胺不足時,可能會引發帕金森氏症;當太多時,則會導致低血壓、幻覺、衝動控制障礙,造成如成癮、躁狂症和增加攻擊性等問題。「她」就像一位善妒的情人,有時可以是一般人口中的「快樂多巴胺」,有時也能讓人「樂極悲生」。在深入瞭解多巴胺之前,我們先來一窺「她」在科學上的形塑歷程。或許你已經發現了,本文一直以女性的第一人稱來稱呼多巴胺,這是為了向第一位發現的女性科學家致敬。

 

少女多巴胺:從疾病研究開始聞名

1957年,多巴胺在倫敦郊外「誕生」(在人腦中發現的時間)了。首位發現者——凱瑟琳·蒙塔古 (Kathleen Montagu) 透過濾紙色層分析法,在許多物種的大腦中鑑定出了存在多巴胺的證據,其中也包括了人類。隨後,1958年瑞典國家心臟研究所的阿爾維德.卡爾森 (Arvid Carlsson) 和同事發現了多巴胺具有神經遞質的功能。在2000年,持續投入於多巴胺研究的卡爾森獲頒諾貝爾生理學醫學獎,因為他發現多巴胺不僅是去甲腎上腺素和腎上腺素的「前驅物質 (precursor)」——指在代謝途徑中,生成另一種物質前的原始化合物——而且本身亦是一種「神經傳導物質」 (neurotransmitter)(圖一)。

圖一:1957 年倫敦 艾塞克斯郡 (Essex) 的Runwell醫院實驗室發現多物種的大腦中存在多巴胺(8月3日是論文發表時間)。多巴胺1910年由英國倫敦惠康實驗室喬治.巴傑 (George Barger) 和詹姆斯.埃文斯 (James Ewens) 首次合成。它被命名為「多巴胺」,因為它是一種單胺,合成過程中的前體是左旋多巴 (L-DOPA)。 1958年瑞典國家心臟研究所阿爾維德.卡爾森 (Arvid Carlsson) 和同事發現了多巴胺神經遞質的功能|來源:作者提供

 

十歲前的多巴胺在科學界默默無名,一直到了1967年,因左旋多巴 (L-DOPA) 的研究取得突破,在後續的十年間,加速了大腦中的功能、受體鑒定及相關藥理學、抗精神病藥物等方面的研究熱潮。當多巴胺二十幾歲時,在學術探索中的知名度漸漸打開了,人們對於她的理解也逐漸成形。

若拆解多巴胺的名稱,「胺」是她的「姓氏」,表示其屬於兒茶酚胺和苯乙胺這二大胺氏家族的有機化學物質;「多巴」則是她的「名」,表示為左旋多巴的前驅化學物質。有趣的是,「多巴」這個詞還是文藝復興時期在魔法術語中,代表「阿多巴神 (ADOPA)」所創造的一個自然界物質「多巴小天使」呢(圖二)!

圖二:網際網路檔案館 (Internet Archive) 公共圖書館歷史資料典藏頁面:十六世紀英國數學家、天文學家、神祕學家約翰.迪伊 (John Dee) 的以諾魔法 (Enochian Magic) 書中,多巴是自然界物 質的一個小天使|來源:作者提供

 

青年時期多巴胺:快樂代言人

二十一歲的多巴胺,便奠定了她後來最被廣為流傳的身分:「快樂激素」、「快樂賀爾蒙」、「快樂分子」。1978年,羅伊·懷斯 (Roy Wise) 發表了一篇開創性論文:發現多巴胺至少在大腦中部附近的迴路產生「良好感覺」的作用時,是一項必要的條件。接下來懷斯提出的假說:多巴胺是一種「快樂」訊號,成為了多巴胺與快樂連結的基礎。

 

多巴胺四十而不惑?在乎獎勵動機與目標

多巴胺與快樂掛勾的身分維持了約20年,然而,當她到了四十一歲的熟女階段時,似乎已經無法保持住快樂分子的名分了。肯特.貝里奇 (Kent Berridge) 和特里.羅賓遜 (Terry Robinson) 在1998年提出理論,認為多巴胺並非是傳達快樂感覺的神經遞質,而是調節獎勵系統並觸發「想要」慾望的刺激因素。這項研究不僅發展出了當代成癮理論,並重新將多巴胺定義為「慾望信號」:多巴胺系統可以調節獎勵的激勵顯著性,以一種與享樂和獎勵學習分開的方式調節激勵價值。

他們在論文中明確地說:「多巴胺系統對於「想要」的激勵是必要的,但對於「喜歡」或學習新的「喜歡」和「不喜歡」卻不是必需的。」

進入二十一世紀後,多巴胺的多變性使得她的確切性質持續受到挑戰。約翰·薩拉蒙 (John Salamone) 和梅爾塞·科雷亞 (Mercè Correa) 在2012年以「神祕動機功能」的論文,將這段時期不斷變化的相關理論進行整理與討論,並指出多巴胺曾經被認為具有的標誌「享樂」或「獎勵」功能,其實所反映的是更複雜的「動機和目標導向行動」調節功能,例如:努力過程、對努力相關或機會成本的感知以及決策等。而其他新研究也發現,多巴胺神經元與厭惡刺激的反應,以及強化學習或習慣形成等行為皆有所關聯。隨著概念不斷發展,多巴胺在腦部激活、參與反應過程所造成的影響,對於抑鬱、精神分裂、藥物濫用和其他疾病患者的動機功能障礙等的病理分析,具有了更顯著的臨床意義。

多巴胺的確切性質一直是備受爭議的問題。美國《科學人》在2017年的一篇文章,內容是在探討多巴胺這種「慾望貨幣」在科學上對於生理作用的不確定性。文中指出,一些研究認為,在大腦的獎勵系統中,是由多巴胺發出慾望信號,使得我們會想去進行特定的行為;另一派則強調,我們會做出特定的行為,是因為大腦會先預測做出行為後所獲得的獎勵,並指導我們做出相應的行為。此外,另外還有論點則是將兩派的觀點差異分開來看,但兩種解釋均有效。總之,科學的共識就是多巴胺在神經學上雖不能定義快樂,但卻能幫助我們解開大腦神經遞質錯綜複雜的奧祕。

 

今日多巴胺:風情萬種,多變得令科學著迷

今年已經67歲的多巴胺,在科學上我們已知她主要居住在中腦的腹側蓋區、黑質緻密部、下丘腦弓狀核的多巴胺神經元,以及胃腸道中。她不僅能和γ-氨基丁酸 (GABA) 協同合作,幫助嗅覺感覺神經元檢測和區分不同的氣味,若和血清素動態相互作用,也能夠影響人類社會的行為。

如今的多巴胺已不是單純的腦內化學物質而已,我們對「她」的認識,除了早期的快樂分子、中期的慾望信號、獎勵系統、動機功能,以及後來更複雜的動機和目標導向行動調節高手之外,更知道了多變多巴胺還是與記憶、睡眠以及運動感等息息相關的關鍵操控手。在科學持續不斷地理解中,多巴胺的確切性質持續拓展、多變。看著她結構式中「Ho Ho」笑著(圖三)的樣子不禁要說,愈是瞭解多巴胺,多巴胺愈是令人成癮呢!

圖三:多巴胺在不同時期的研究發現各有不同的代表信號,如快樂、慾望、動機目標等|來源:作者提供

 


參考文獻

  1. Collingwood, C., Apr.28.2023, "What is dopamine?", The Royal Institution.
  2. Channer, B., Matt, S. M., Nickoloff-Bybel, E. A., Pappa, V., Agarwal, Y., Wickman, J., & Gaskill, P. J., 2023, "Dopamine, immunity, and disease. Pharmacological Reviews", 75(1), 62-158.
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  4. Internet Archive, The Enochian Magick Of Dr. John Dee. The Most Powerful System Of Magick In Its Original, Unexpurgated Form By Geoffrey James, ark:/13960/t2h78ww58
  5. Berridge, K. C., & Robinson, T. E., 1998, "What is the role of dopamine in reward: hedonic impact, reward learning, or incentive salience?", Brain Research Reviews, 28(3), 309-369.
  6. Salamone, J. D., & Correa, M., 2012, "The mysterious motivational functions of mesolimbic dopamine.", Neuron, 76(3), 470-485.
  7. Szalavitz, M, Jan 1, 2017, "Dopamine: The Currency of Desire.", Scientific American.
  8. EurekAlert, Nov. 28. 2023, "How neurotransmitters work together to detect and discriminate odors." 
  9. EurekAlert, Feb. 26. 2024, "First-in-humans discovery reveals brain chemicals at work influencing social behavior." 

 

 

 

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