糖尿病如何悄悄改变大脑的奖励机制

研究揭示，2型糖尿病改变大脑处理奖励的方式，使期待奖励的神经活动增强，却对奖励本身的反应减弱。这可能影响认知与动机，增加痴呆风险。

一项发表在神经科学杂志上的研究发现，2型糖尿病不仅扰乱血糖调控，还悄然改变大脑处理空间和奖励信息的方式。科学家通过糖尿病大鼠模型观察到，前扣带回皮层(anterior cingulate cortex)的神经活动发生了显著变化：健康大鼠的神经元更关注奖励地点，而糖尿病大鼠的神经元则更专注于期待奖励的时刻。这一发现让人不禁思考，代谢紊乱如何潜移默化地影响我们的认知与动机。

2型糖尿病是一种慢性代谢疾病，与痴呆和抑郁风险的增加密切相关。已有研究表明，糖尿病患者常面临轻微的认知障碍，比如工作记忆和注意力方面的问题。然而，科学家对疾病如何干扰支持这些功能的大脑回路，仍知之甚少。“2型糖尿病是阿尔茨海默病最重要的可改变风险因素，但它自身的认知影响尚未被充分理解，”研究作者James M. Hyman说道，他是内华达州拉斯维加斯大学的心理学副教授，也是HivE实验室的负责人。

为了探索这一问题，研究团队利用了一种成熟的动物模型。他们通过化学物质streptozotocin诱导大鼠产生慢性高血糖，模拟人类2型糖尿病的长期高血糖状态。随后，大鼠被训练完成一项名为“延迟交替”的空间工作记忆任务。在这个任务中，大鼠需在T形迷宫中交替选择左转或右转，经过短暂延迟后获得奖励——一滴无糖巧克力奶。这样的设计不仅考验记忆，还涉及对奖励的期待与反应。

研究人员在任务进行时，记录了大鼠前扣带回皮层和海马体的神经元活动。这两个脑区分别负责目标导向行为、奖励处理以及记忆和空间导航。通过在大鼠大脑中植入微型电极，科学家得以捕捉单个神经元的放电模式，并分析这些模式如何随迷宫不同区域和任务阶段而变化。

表面上看，糖尿病大鼠与健康大鼠的表现相差无几：它们完成的试验次数相当，短延迟试验的准确率相似，穿过迷宫的速度也相近。然而，细微的行为差异逐渐显现。健康大鼠在获得奖励后往往会停留片刻，表现出一种被称为“后强化暂停”的行为；而糖尿病大鼠却迅速离开奖励点，仿佛对奖励的吸引力无动于衷。这种现象暗示，糖尿病可能削弱了大鼠对奖励的敏感度。

深入分析前扣带回皮层的神经活动，研究人员发现了更多差异。尽管两组大鼠的神经元总体放电频率相似，但糖尿病大鼠的神经活动包含更高的空间信息含量。换句话说，它们的神经元对迷宫中特定位置的反应更加精准。尤其引人注目的是，糖尿病大鼠的“位置细胞”(place cells)数量显著增加，这些细胞会在动物处于特定位置时放电。然而，这些位置细胞并非均匀分布，而是高度集中在通往奖励区域的路径上，而非奖励点本身。这表明，糖尿病大鼠的大脑更专注于期待奖励，而非享受奖励的瞬间。

相比之下，健康大鼠的神经元在迷宫各处分布更均匀，尤其在奖励点附近活跃，反映出它们对奖励的期待与获得都有强烈反应。“我们原本以为会发现与记忆相关的差异，没想到奖励处理的改变如此显著，”Hyman对PsyPost表示。他进一步解释，海马体与前扣带回皮层之间的回路不仅是记忆的关键，还深深参与了奖励处理，而这一回路在从健康老化到轻度认知障碍(痴呆的早期阶段)的过程中，早已开始发生变化。

在群体层面，糖尿病大鼠的神经活动模式也出现了异常。健康大鼠的前扣带回皮层神经元群体，能清晰区分迷宫中的左转和右转，尤其在奖励点处表现明显。而糖尿病大鼠的神经群体对奖励相关空间信息的编码明显减弱。此外，研究还关注了与记忆和导航相关的theta节律脑波。在健康大鼠中，与theta节律同步的神经元(特别是来自海马体的神经元)在编码奖励信息时尤为重要。但在糖尿病大鼠中，这种奖励相关的编码被削弱，尽管同步细胞的数量并未减少。这表明，神经通信的结构虽未改变，但传递的信息已发生偏差。

值得注意的是，糖尿病大鼠仍能保留对奖励预期价值的认知。研究人员分析了与迷宫位置无关的任务事件预测放电模式，发现两组大鼠的活动相似。然而，关键的区别在于，健康大鼠将奖励地点与奖励预期紧密关联，而糖尿病大鼠却将这两者分离。这种分离或许解释了它们为何不愿在奖励点停留，尽管它们清楚奖励即将来临。

“2型糖尿病改变了大脑处理奖励的方式，”Hyman解释道，“这种改变虽未明显损害认知表现，但表明大脑的运作方式已不同。”他指出，这一发现有两大重要意义。首先，奖励反应的减弱可能解释了糖尿病患者难以坚持健康生活方式(如合理饮食和运动)的原因——他们的大脑对日常奖励的反应不如常人。其次，阿尔茨海默病有一个长达数十年的潜伏期，大脑通过“认知补偿”或“神经补偿”掩盖了潜在病理。这种补偿机制让病变难以察觉，但如果能及早识别，或许能帮助我们在患者40-50岁时发现阿尔茨海默病的早期迹象，从而在70岁前采取干预措施，阻止疾病发生。

研究也存在局限性。由于实验基于大鼠模型，结果未必能直接应用于人类。此外，行为任务聚焦于短延迟试验，若在更苛刻的记忆条件下，观察到的效应可能更为显著。“这些数据来自啮齿动物模型，因此需谨慎解读，”Hyman提醒道。他还提到，实验大鼠仅模拟了2型糖尿病的一个症状——慢性高血糖，而现实中糖尿病常伴随肥胖和其他代谢问题。本研究特意孤立了高血糖的影响，以聚焦其作用。

研究人员推测，糖尿病大鼠大脑活动的改变可能源于多种机制。例如，streptozotocin可能破坏了前扣带回皮层的葡萄糖监测神经元，干扰了奖励处理；又如，糖尿病中升高的肌醇(myo-inositol)可能导致脑连接异常和认知下降。未来研究可进一步探讨这些变化如何随时间演变，以及人类患者是否表现出类似模式。

随着全球糖尿病发病率的攀升，理解其对大脑的影响变得愈发迫切。Hyman强调：“我们希望找到认知补偿的隐秘信号，以便更好地识别患者的风险。”他建议，人们应每年进行血检以早期发现糖尿病，并在确诊后严格监控血糖，避免大幅波动。

本文译自 psypost，由 BALI 编辑发布。