到底還要等多久？——關於等待的神經機制

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等待總是令人焦急，不管是等一台最新出的 iPhone ，還是等一間一位難求的餐廳．在等待中，我們邊期待能在這間餐廳享用到怎樣的珍饈美味，邊想著這間餐廳究竟值不值得自己等上這麼久．而可能有幾項指標會決定我們是否願意繼續等待下去一個不確定的結果，除了看自己有多閒之外（此項我們暫且不討論），就是看我們對獎勵的預期價值有多高、我們有多有把握獎勵會出現，以及預期等待時長需要多久．

此篇研究關於等待的實驗設計如圖一，小鼠需要先將鼻子伸向一個窗口A (tone site)，伸向窗口A後裝置會發出一個聲音 (tone)，有這個聲音表示小鼠可以去到另一個窗口B (reward site)，此時小鼠移動後將鼻子伸向窗口B，維持在窗口等待一段時間(delay)，小鼠可能會等到獎勵，或著等不到 (omission trial)，最後紀錄小鼠在 omission trial 時願意維持在窗口等待多久．

圖一

此實驗也透過光來控制 Dorsal Raphe Nucleus (DRN) 的 Serotonin Neuron 的激發(圖二)．之所以針對此處的 serotonin neuron 是因為之前的研究已經發現，在動物進行需要等待獎勵的行為時，此處 serotonin neurons 的活性會增加．在此實驗中，藍光能夠激發 DRN 的 serotonin neurons ，是要比較有無 serotonin neuron 激發的結果有何不同．值得注意的是，研究也發現對 serotonin neurons 的激發需要在等待期間發生，才會對動物的等待行為造成影響．

圖二

實驗結果發現，對 DRN serotonin neurons 的激發確實能夠使得受刺激小鼠的等待時間增加（見圖三 a , b 的藍色線與黃色線，分別代表受激發小鼠與控制組的等待時間分佈）．然而，這個 serotonin neurons 對等待時間影響的效果，只對實驗設置中有 75% 機率會出現獎勵的情形有效果 (圖三 a, b)，而對於 25 %（圖三 c, d） 及 50 ％ （圖三 e, f）的實驗設置下則對等待時間沒有顯著影響．這表示，雖然 serotonin neurons 能夠影響等待時間，但這個影響的能力也很大程度取決於動物本身的認知狀態，即對於獎勵的預期心理．

圖三

後續的實驗也嘗試了影響等待意願的另一個因素——對於等待時間的預期．研究人員設置了不同的實驗條件，這些條件的不同之處，在於在前期訓練小鼠時使用不同的等待時間．主要的差別在於等待時間的變異性，圖四 a 就是完全沒有差異，等待時間都是 6 ；圖四 c 則是等待時間變異最大，有時是 2 秒、有時是 4 秒、有時則是 6 秒．比較這些結果發現，當等待時間設定變異愈大，對於等待時間的不確定性愈大，serotonin neurons 對於等待時間的影響性就愈大．

圖四

總得來說，此篇研究重點在於，等待意願並不單單受到 serotonin neurons 的 ON/OFF 那麼單純，還很大程度受到動物本身的認知狀態影響，而這個認知狀態包含了對於獎勵出現與否的預期（獎勵機率），以及等待時間的不確定性（等待時間變異性）．

撰稿人：周品汝

Reference: 

Miyazaki, Katsuhiko, et al. "Reward probability and timing uncertainty alter the effect of dorsal raphe serotonin neurons on patience." Nature communications 9.1 (2018): 1-11.