前額葉皮質處在壓力引發學習現象中的角色---以多巴胺及相關二級訊息因子為研究對象

行政院國家科學委員會

獎勵人文與社會科學領域博士候選人撰寫博士論文

成果報告

前額葉皮質處在壓力引發學習現象中的角色─以多巴胺及

相關二級訊息因子為研究對象

核 定 編 號 ： NSC 95-2420-H-004-060-DR 獎 勵 期 間 ： 95 年 08 月 01 日至 96 年 07 月 31 日 執 行 單 位 ： 國立政治大學心理學研究所 指 導 教 授 ： 廖瑞銘 博 士 生 ： 沈映伶 公 開 資 訊 ： 本計畫涉及專利或其他智慧財產權，1 年後可公開查詢

中 華 民 國 99 年 01 月 27 日

國立政治大學心理學研究所博士論文

指導教授：廖瑞銘博士

多巴胺的神經行為功能

-探討內側前額葉皮質處多巴胺在壓力下的角色

The neurobehavioral functions of dopamine

-focusing on the role of medial prefrontal cortex under stress

研究生：沈映伶

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致謝詞 一份論文的完成，代表的是這段生命中所有的人們對我的幫助。回首博班生 涯，今天看來都覺得是一種幸福。 首先要感謝我的父母、公婆、先生以及家人。一直以來，家人對我只有滿滿 的支持跟包容，沒有抱怨，使我能專心於實驗跟論文。對於他們的付出，我只有 滿心的感激！ 我還清楚記得是大二下生理心理學期末考結束後，站在講台前的廖瑞銘老師 大方接受我進入實驗室要求的畫面。從那時開始，生心實驗室成了我的另一個 家。這一路走來，非常感謝指導教授廖瑞銘老師多年來的所有幫助。梁庚辰老師 對於學術的知識及認真，一直是我學習的目標。每次與梁老師交談，總會有大開 眼界的感受。自從碩班認識陳景宗老師以來，陳老師對於我的所有溫暖跟提攜， 是我難以回報的恩惠。口試委員柯美全老師、賴文崧老師及賴桂珍老師在論文期 間，給予的幫助跟建議，也是我衷心感謝的。 李良哲老師及蔣治邦老師，是我博士班生涯中的生活導師。每當我遇到挫折 或困難時。良哲老師的達觀圓滿及蔣老師的蔣氏幽默，總會讓我再次充滿力量， 邁向前去！藍亭老師在生活及哲學思考上的幫助，是支撐我度過最後階段的力 量。 在生心實驗室中，我從一個小毛頭變成大學姐。如果我能對後來者有所幫 助，那都得歸功於過去教導過我的學長姐。非常感謝帶我開始作實驗的雅惠學 姐、曾經陪我討論的思涵、丞宏、建佑，還有一同陪伴我走過實驗室生涯的瑞光、 懷留、姿卿、緯倫、芳齊、峰逵、益敏、俊宇、昶名、耀主等。 博士班生涯中，好同學孫頌賢，陪我一起度過了博班生的酸甜苦辣。台大的 同學張世達，2004 年我們一起拎著行李飛往美國，開啟了每年的美國學術朝聖 之旅。 最後，對於論文能夠順利完成，感謝所有大白鼠的犧牲奉獻。

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中文摘要 本研究為能瞭解多巴胺在壓力源引發個體古典制約行為學習中的參與角 色，採用一個與多巴胺相關的場地制約偏好行為作為研究工具，並利用一較溫和 的禁錮壓力源作為非制約刺激與場地環境制約刺激進行配對制約。本研究假設內 側前額葉皮質處的多巴胺參與在此壓力源引發場地制約行為學習中。實驗一針對 單次禁錮壓力源的非制約刺激效果進行檢驗，分別檢測壓力源對個體的生理、情 緒或是行為活動量的影響。實驗二利用「同時制約」或是「倒序制約」等兩種制 約方式來進行單次禁錮壓力源引發場地制約偏好行為作業，並分別於制約程序的 不同時間點施予多巴胺專屬受器拮抗劑，檢驗多巴胺在制約行為學習作業中的參 與。實驗三在「同時制約」或是「倒序制約」兩種制約程序中的不同時間點，施 予局部麻醉藥物二丁卡因暫時抑制內側前額葉皮質活動，以檢驗該區塊在單次禁 錮壓力源引發場地制約偏好行為下的參與角色。實驗四為了解內側前額葉皮質處 多巴胺在單次禁錮壓力源引發場地制約偏好行為中的角色，在「同時制約」程序 的不同時間點施打多巴胺專屬受器拮抗劑至內側前額葉皮質區。 實驗結果發現：本研究所使用的單次30 分鐘禁錮壓力源，確實可以引發實 驗動物體內的壓力賀爾蒙糖皮質素大量增加、提高焦慮情緒或是降低自發性行為 活動量。單次禁錮壓力源在「同時制約」或是「倒序制約」等兩種制約程序下， 都能建立場地制約偏好行為。在禁錮壓力源操弄「之前」或「之後」，周邊施打 多巴胺D1 或是 D2 專屬受器拮抗劑，在「同時制約」或是「倒序制約」兩種制 約程序中都會減抑禁錮壓力源建立場地制約偏好行為的效果。在「倒序制約」方 式中，在「實驗動物接受完30 分鐘壓力源操弄後被置入制約箱之前」才給予多 巴胺拮抗劑，也會破壞後續的配對制約形成。在中樞內側前額葉皮質部分，在「同

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時制約」或是「倒序制約」兩種制約程序中，二丁卡因在壓力源與環境刺激配對 「之前」給予才會抑制禁錮壓力源建立場地制約偏好行為的效果。在壓力源與環 境刺激配對「之後」才抑制該處神經活動則不影響壓力源建立制約行為的效果。 中樞內側前額葉皮質施予多巴胺D1 或是 D2 專屬受器拮抗劑，也得到前述相同 實驗結果。 本研究的實驗結果證明單次禁錮壓力源確實可以建立場地制約，為另類的古 典制約行為。壓力源的操弄可引發多巴胺釋放量增加，及內側前額葉皮質處的多 巴胺確實參與了此禁錮壓力源引發場地制約偏好行為。總結本研究結果顯示內側 前額葉皮質處多巴胺在壓力下會對制約行為學習造成影響，並冀望此結果可以擴 展對於內側前額葉皮質功能失能與心智疾患間關係的瞭解。在演化上，壓力對於 人類或是其他族群的生存有其必要性。動物對於其環境中的危險或是威脅事件必 須進行行為學習或因應，才能避免生命的損失。

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Abstract

To investigate the role of dopamine in stressor involved in classical conditioning, the present study used a dopamine-related task, conditioned place preference (CPP), as behavioral measurement. The mild restraint stressor was used and presumed to serve as the unconditioned stimulus to be paired with the contextual conditioned stimulus. The medial prefrontal cortex (mPFC) was hypothesized to be involved in this type of stressor induced place conditioning. Experiment 1 examined the effects of restraint stressor on physiological, emotional or locomotor tests. Experiment 2 investigated the involvement of dopamine in the stressor induced CPP, which

conditioning procedures were manipulated by either simultaneous or backward form. The selective dopamine receptor antagonists were systemically administered in

different time points during the conditioning procedures. Experiment 3 took lidocaine, a local anesthetic, to induce temporal deactivation of the mPFC.

Lidocaine was infused in the mPFC at various time points, in either simultaneous or backward conditioning, to evaluate the involvement of the mPFC in stressor induced place conditioning. To further investigate the effects of dopamine receptors in the mPFC in the present type of CPP, the selective dopamine receptor antagonists were locally infused into the mPFC in simulutaneous conditioning procedure in Experiment 4.

The results showed that the manipulation of acute 30 min. restraint stressor increased the corticosterone, anxiety, but reduced the locomotor activities in rats. Consitent with previous work, this acute restraint stressor treatment given in either simultaneous or backward conditioning form significantly induced CPP. Systemic injection of dopamine D1 or D2 receptor antagonist given “before” or “after” the manipulation of restraint stressor, in either simultaneous or backward conditioning,

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attenuated the formation of stressor induced CPP. When these drugs were infused “right after the stressor manipulation and before the commencement of place

conditioning” in the backward conditioning, the induction of CPP was also impaired. The attenuation of stressor formed place conditioning was showed when lidocaine was infused in the mPFC “before”, but not “after” the manipulation of restraint stressor. Such an attenuation effect was also seen when the selective D1 or D2 dopamine antagonist was infused in the mPFC.

The present study showed restraint stressor induced place conditioning as a novel type of classical conditioning. Consistent with the evidence showing that the manipulation of this stressor increases the release of dopamine, this study further verifed that the dopamine in the mPFC is involved in this restraint stressor induced CPP. Together, the present data revealed the effectiveness of dopamine in the mPFC uder stress can affect the associative learning, and this finding may facilitate the understanding of some mental disorders with the mPFC dysfunction. Stress is critical for the human and other species to survive in evolution. Animals have to learn or adapt to deal with the dangerous or threatening events that occur in their natural environmet in order to survive

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目錄 中文摘要………..ⅰ 英文摘要………..ⅲ 表目錄………..………ⅸ 圖目錄………..ⅹ 第一章、緒論………1 第一節、多巴胺與酬賞典範……….…1 一、多巴胺神經傳導物質介紹……….………..…1 二、多巴胺與酬賞典範之建立：ahhedonia hypothesis…….……….…..…3 三、檢視多巴胺與酬賞典範…….………..…4 （一）、重新檢視多巴胺與操作式制約行為的關係 （二）、多巴胺神經活動與酬賞物的時間鄰近性關係 （三）、多巴胺基因剔除小鼠與酬賞物關係之行為資料 （四）、酬賞物是否為一單一歷程？ （五）、重新檢視酬賞物概念 （六）、壓力源引發多巴胺釋放量增加現象 第二節、壓力源的影響……….11 一、壓力源對個體影響之理論……….11 二、壓力源對個體行為學習的影響……….13 （一）、壓力源特性對個體行為學習的影響 （二）、壓力源自身對個體行為學習的影響 第三節、壓力之相關神經機制………16

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一、壓力賀爾蒙相關神經機制……….16 （一）、下視丘-腦下垂體-腎上腺皮質的壓力賀爾蒙系統 （二）、壓力賀爾蒙與個體行為學習之關係 二、壓力與內側前額葉皮質………19 （一）、內側前額葉皮質神經解剖介紹 （二）、內側前額葉皮質與下視丘-腦下垂體-腎上腺皮質系統 （三）、內側前額葉皮質處多巴胺之相關功能探討 1、內側前額葉皮質與工作記憶 2、內側前額葉皮質與行為彈性 3、內側前額葉皮質與壓力因應 第四節、場地制約偏好行為………25 一、場地制約偏好行為………25 （一）、自然酬賞物或藥物引發之場地制約偏好行為 （二）、非自然酬賞物或藥物引發之場地制約偏好行為 二、場地制約偏好行為作業的內容探討………27 第五節、研究問題與實驗假設………29 第二章、研究方法………31 第一節、受試者………31 第二節、工具………31 第三節、場地制約偏好行為的訓練步驟……….33 第四節、腦部埋管手術………34 第五節、藥物………34

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第六節、藥物顱內注射……….34 第七節、壓力賀爾蒙皮質醇酵素免疫分析之測定步驟………35 第八節、組織切片………36 第九節、統計分析………36 第三章、實驗一：單次禁錮壓力源的非制約刺激效果檢驗………..………38 第一節、實驗步驟………38 第二節、實驗結果………39 第三節、討論……….41 第四章、實驗二：多巴胺在單次禁錮壓力源引發場地制約偏好行為作業中的參與 角色………..43 第一節、實驗步驟………43 第二節、實驗結果………45 第三節、討論………49 第五章、實驗三：內側前額葉皮質在單次禁錮壓力源引發場地制約偏好行為下的 參與角色………..54 第一節、實驗步驟………...54 第二節、實驗結果………55 第三節、討論………60 第六章、實驗四：在單次禁錮壓力源引發場地制約偏好行為下，內側前額葉皮質 處多巴胺的參與角色………..63 第一節、實驗步驟………63 第二節、實驗結果………63

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第三節、討論……….65 第七章、綜合討論與結論………67 第一節、壓力源建立場地制約偏好行為……….68 一、壓力源引發制約趨近行為……….68 二、壓力源的非制約刺激效果……….69 三、制約趨近行為的統計檢驗……….74 第二節、壓力源的神經行為機制………75 一、多巴胺系統………75 1、多巴胺專屬受器拮抗劑對禁錮壓力源建立場地制約偏好行為的影響 2、多巴胺的角色功能再思考 二、壓力反應系統：內側前額葉皮質與壓力反應系統………79 第三節、結論……….82 參考文獻………..84 附表………105 附圖………111

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表目錄 表一：實驗二中各組在配對制約之前或之後，停滯在中間穿梭箱的時間 表二：實驗三中各組在配對制約之前或之後，停滯在中間穿梭箱的時間 表三：實驗四中各組在配對制約之前或之後，停滯在中間穿梭箱的時間

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圖目錄 圖一：禁錮壓力源對壓力賀爾蒙皮質醇量的影響。 圖二：禁錮壓力源對抬高式T 形迷津行為的影響，各組在抑制性躲避行為上的 表現。 圖三：禁錮壓力源對抬高式T 形迷津行為的影響，控制組與壓力組在逃脫行為 上的表現。 圖四：禁錮壓力源對於行為活動量的影響。 圖五：多巴胺在單次禁錮壓力源引發場地制約偏好行為中的角色。 圖六：多巴胺在單次禁錮壓力源引發場地制約偏好行為中的角色。 圖七：多巴胺D1 或是 D2 專屬受器拮抗劑對於自發性行為活動量的影響。 圖八：正腎上腺素α2 受器拮抗劑 yohimbine 對單次禁錮壓力源引發場地制約偏 好行為的影響。 圖九：正腎上腺素α2 受器拮抗劑 yohimbine 對於自發性行為活動量的影響。 圖十：內側前額葉皮質埋管位置之組織學檢驗圖。 圖十一：內側前額葉皮質在單次禁錮壓力源引發場地制約偏好行為中的參與角 色。 圖十二：內側前額葉皮質在單次禁錮壓力源引發場地制約偏好行為中的參與角 色。

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圖十四：內側前額葉皮質處多巴胺受器在單次禁錮壓力源引發場地制約偏好行為 中的參與角色。 圖十五：內側前額葉皮質注射多巴胺D1 或是 D2 專屬受器拮抗劑對於自發性行 為活動量的影響。 圖十六：壓力源引發制約行為模式說明。

第一章、緒論 第一節、多巴胺與酬賞典範 一、多巴胺神經傳導物質介紹 在個體大腦中，兒茶酚胺類(catecholamine)投射神經數目約為 500,000，並集 中於少數的神經核區(nuclei)，但是其投射位置及功能對於個體卻相當重要。兒 茶酚胺類神經傳導物質包括了多巴胺(dopamine)、正腎上腺素(noepinephrine)及腎 上腺素(epinephrine)等。由於多巴胺被生成後可經由多巴胺-β-羥化酶(dopamine β-hydroxulase; DBH)轉化成正腎上腺素。因此早期多巴胺僅被視為正腎上腺素的 前驅物質(precursor)功能，直到 1950 年代末期才確認其於中樞神經系統中具有神 經傳導物質功能(Carlsson, Lindqvist, Magnusson, 1957; Carlsson, Lindqvist,

Magnusson, & Waldeck, 1958)。

在多巴胺的生成過程中，多巴胺前驅物質酪胺酸(tyrosine)受到酪胺酸水合酶 (tyrosine hydroxylase)的催化轉變成度巴(dopa)。度巴可再經由芳香族 L-胺基酸類 脫羧酶(L-Aromatio amino acid decarboxylase; AADC)的轉化變成多巴胺。生成後 的多巴胺會被先包覆在囊泡(vesicle)中以等待被釋放到突觸(synapse)間以作用在 突觸後膜(postsynaptic membrane)的受器(receptor)上。當多巴胺一旦被釋放至突觸 間，其除可經由突觸前膜(presynaptic membrane)上的回收器(transporter)回收外， 也可被分解酶如單胺氧化酶(monoamine oxidase; MAO)或是兒茶酚胺氧甲基移位 酶(catelchol-O-methyl-transferase; COMT)所代謝。

多巴胺的受器均隸屬於促代謝型(metabotropic)受器類型，意即當多巴胺與專

屬受器結合後，會導致附著在細胞膜內側的G 蛋白質(G-protein)產生型態上的改

後續的二級信差(second messenger)傳導路徑(signal transduction)。Kebabian 與 Calne(1979)提出多巴胺有不同的受器類型存在，其中 D1 受器藉由活化 Gs 蛋白

質而促進細胞內的二級信差cAMP 訊息傳導路徑；D2 受器被活化後則是經由活

化Gi 蛋白質抑制了 cAMP 訊息傳導路徑。到了 1990 年代，發現 D3 受器後

(Sokoloff, Giros, Martres, Bouthenet, & Schwartz, 1990)，陸續再發現其他多巴胺受

器。在受器的分類上，將D1 及 D5 受器稱為 D1 家族(D1-family)，D2、D3 及

D4 受器稱為 D2 家族(D2-family)(Vallone, Picetti, & Borrelli, 2000)。這兩大類受器 家族目前已各有其專屬的促進劑(agonist)及拮抗劑(antagonist)。雖然在大多數的 多巴胺神經投射區都有這兩類受器家族的分佈，但分佈數目或區域仍有些差異。

如在前額葉皮質區D2 受器數目相對於 D1 受器來的少(Arnsten, 1998)。

在多巴胺神經投射路徑部分，多巴胺的投射來自中腦(midbrain)處的腹側頂 蓋區(ventral tegmental area)或是黑質體(substantia nigra)。其中黑質體多投射至紋 狀體(striatum)，故此路徑被命名為黑質紋狀體多巴胺系統(nigrostriatal dopamine system)，與運動功能(motor)較相關。腹側頂蓋區則投射往邊緣系統(limbic system)，如前額葉皮質(prefrontal cortex)、杏仁核(amygdala)、海馬(hippocampus) 或是依核(nucleus accumbens)等處。因此被命名為皮質多巴胺系統(mesocortical dopamine system)或是邊緣多巴胺系統(mesolimbic dopamine system)。皮質及邊緣 多巴胺系統的功能被認為與情緒(emotion)、酬賞(reward)或動機(motivation)功能 相關(Alexander, Crutcher, & DeLong, 1990)，所以近來兩系統也被合稱為皮質邊緣 多巴胺系統(mesocortico-limbic dopamine system)(Fibiger & Phillips, 1988; Phillips, Ahn, & Howland, 2003; Roth, Tam, Ida, Yang, & Deutch, 1988)。

二、多巴胺與酬賞典範之建立：anhedonia hypothesis.

有關多巴胺神經傳導物質的功能探討部分，Wise、Spindler、Witt 及 Gerber (1978)發現在實驗動物學習壓桿(lever-press)得食物(food)或蔗糖液(sucrose)的操 作式制約(operant conditioning)行為作業中，多巴胺受器拮抗劑 pimozide 會對已 習得該作業的實驗動物的壓桿行為形成削弱效果(extinction)。Fouriezos 與 Wise (1980)發現多巴胺受器拮抗劑 pimozide 會造成已習得壓桿得自我電刺激

(intracranial self-stimulation; ICSS)的實驗動物的壓桿次數下降。Wise (1982)整理 了多巴胺受器拮抗劑藥物對實驗動物在操作式制約行為上的影響，並排除多巴胺 受器拮抗劑藥物造成實驗動物在行為動作能力上缺損的疑慮後，提出了 anhedonia hypothesis。該假說主張實驗動物大腦中的多巴胺應與刺激物(stimulus) 所具有的酬賞價值(rewarding value)有關，其所指稱的刺激物範圍包括了自然 (natural)酬賞物及非自然(non-natural)酬賞物。前者如食物、蔗糖液、糖精 (saccharin)、性(sex)等，後者則包括了心理興奮性藥物(psychostimulants)等。另外， 多巴胺受器拮抗劑藉由抑制實驗動物大腦中的多巴胺（酬賞系統），來達到頓化

(blunt)酬賞物的對個體的快樂價值效果(the hedonic impact of reward)。

大腦中的多巴胺投射終點區塊也被證明與酬賞效果有關，當實驗動物壓桿以 獲得自然酬賞物如牛奶或果汁時，其大腦中的依核或是前額葉皮質的細胞外液 (extracellular)所含的多巴胺釋放量會增加(Richardson & Gratton, 1996; Schultz, Apicella, Scarnati, & Ljungberg, 1992)。具濫用特性的藥物，如安非他命

(amphetamine)、酒精(alcohol)、及鴉片類藥物(opiates)等會導致依核處的多巴胺 釋放量增加(Di Chiara & Imperato, 1986)。上述證據增加了 anhedonia hypothesis 的外在效度(external validity)，使大腦多巴胺系統為大腦的酬賞系統及多巴胺為

大腦中的酬賞貨幣(reward currency)的想法於近年有普及之勢(Pierce & Kumaresan, 2006; Wise, 2004)。 三、檢視多巴胺與酬賞典範 （一）、重新檢視多巴胺與操作式制約行為的關係 依據anhedonia hypothesis，實驗動物在操作式制約行為作業中獲得酬賞物 時，其腦內細胞外液的多巴胺量增加。若給予多巴胺受器拮抗劑減抑多巴胺的作 用效果，應可以抑制實驗動物獲得酬賞物的行為。但是，一些相關研究的結果， 並不盡然支持這假說的推論。 Blackburn、Phillips 及 Fibiger (1987)將實驗動物獲得酬賞物的操作式行為區 分成朝向、趨近酬賞物所在區域的「預備行為」(preparatory)以及吃食酬賞物的 「完成行為」(consummatory)等。結果發現僅有「預備行為」會受到多巴胺受器 拮抗劑的影響，例如減緩實驗動物趨近酬賞物的速度，但不影響「完成行為」。 Salamone、Steipreis、McCullough、Smith、Grebel 及 Mahan (1991)提供實驗 動物可以進行一次壓桿(Fixed ratio 1; FR1)獲得一顆較偏好的食物(Bioserve pellet)，或可自由取食散布於實驗箱地板上的普通食物粒(lab chow)等兩類行為選 擇時，發現實驗動物傾向產生較多壓桿行為以得到偏好食物，而較少取用地板上 的普通食物粒。但若將實驗動物壓桿得到酬賞的行為要求(requirement)提高時（如 將FR1 提高為 FR5、FR10 或 FR20），則實驗動物開始增加取食地板上普通食物 粒的行為反應量而減少壓桿取得偏好食物的行為反應。 在FR5 作業中，實驗動物在接受過多巴胺 D1 專屬受器拮抗劑 SCH23390 或 D2 專屬受器拮抗劑 haloperidol 或非專屬性受器拮抗劑 flupentixol 後，會傾向多

取食實驗箱地板上的普通食物粒而非壓桿獲得偏好食物行為(Cousins &

Salamone, 1994; Cousins , Wei, & Salamone, 1994)。另同樣在 FR5 作業中，若先以

多巴胺神經毒素6-OHDA 破壞依核後，實驗動物也會出現如上述施打多巴胺受

器拮抗劑的行為改變(Cousin, Sokolowski, & Salamone, 1993)。

若依照Wise 的 anhedonia hypothesis 推論，在 Salamone 的操作式制約作業環

境中，不論是壓桿獲得較偏好食物或是取用散佈地上的食物兩種行為反應都應受 到多巴胺受器拮抗劑的影響而大量減少行為反應。但是結果顯示多巴胺受器拮抗

劑的影響效果與提高作業行為需求的操弄相類似。因此Salamone, Correa,

Mingote 及 Weber (2005)認為 Wise 所主張的多巴胺受器拮抗劑頓化刺激物的酬賞 價值或削弱動機的主張並不正確。他們認為多巴胺並不等同酬賞，而是與實驗動 物動作在操作式作業中的成本與利益(cost and benefit)的考量有關。

（二）、多巴胺神經活動與酬賞物的時間鄰近性關係

依據anhedonia hypothesis 推論多巴胺與酬賞的關係，則大腦中多巴胺量變

化時間點應該與酬賞物的出現時間點緊密相扣。

Richardson 與 Gratton (1996, 1998)以神經化學伏安法(voltammetry)技術分析 實驗動物進行壓桿行為以獲得酬賞物時，其依核或前額葉皮質處的多巴胺釋放量 變化。結果發現依核及前額葉皮質處多巴胺釋放量大量增加現象，只在作業初期 實驗動物獲得酬賞物時；但隨者作業次數增加，此多巴胺釋放量增加現象時間點 由酬賞物轉移到可預測(predicted)酬賞物出現的燈光(light)制約刺激(conditioned stimulus; CS)。 Schultz 等人(1992)讓靈長類實驗動物進行以燈光刺激做為制約刺激學習壓

桿獲得酬賞物果汁，同時並以電生理(electrophysiology)儀器紀錄其大腦中多巴胺 神經活動量變化。結果發現實驗動物大腦中腹側紋狀體處(ventral striatum，相當 於依核)的多巴胺神經活動，在實驗初期時在獲得酬賞物果汁時有大量活動的情 形。但當實驗動物逐漸學會該項作業後，腹側紋狀體處的多巴胺神經興奮活動現 象，則是在可預測酬賞物出現的燈光制約刺激出現時。但當酬賞物在制約刺激出 現後應該出現的時間點未出現時(omission)，該時間點的多巴胺神經活動量會出 現比原本基準線(baseline)更低的現象(Schultz, Dayan, & Montague, 1997)。

Fiorillo、Tobler 及 Schultz (2003)發現這多巴胺電生理神經活動除了由制約刺激引 發之的「短暫性神經活動」(phasic activity)；另外在制約刺激出現後到非制約刺 激(unconditioned stimulus; US)出現前這段時間中的「持續性神經活動」(sustained activity)，應與制約刺激的不確定性(uncertainty)有關。因為在這段時間的神經活

動在酬賞物獲得機率為50％時最大。根據上述實驗結果，Schultz (2007)認為多

巴胺對制約刺激的「短暫性神經活動」，反應了個體將外界所發生的事件(event)

與其預期(expectancy)進行一比較，為「酬賞-預期誤差」（reward-predicting errors）

功能。另一多巴胺的「持續性神經活動」則代表了對制約刺激的不確定性考慮。 由上述研究結果可知，多巴胺投射終點處的依核、前額葉皮質區的多巴胺神 經活動會隨著制約作業的進行有不同的變化，並且多巴胺的神經活動並非僅有單

一的活動或功能。這些結果反駁了Wise 在 anhedonia hypothesis 所主張的多巴胺

神經活動僅與酬賞刺激有關的看法。

（三）、多巴胺基因剔除小鼠與酬賞物關係之行為資料

用基因技術剔除(knock out)多巴胺，則這類缺乏多巴胺的實驗動物應在酬賞物相 關行為上產生缺損現象。

多巴胺基因剔除的小鼠(mice)，因為先天缺乏酪胺酸水合酶不能轉化多巴胺 前驅物酪胺酸，使得這類小鼠體內不能自行製造多巴胺。在對酬賞物偏好測試 中，Cannon 與 Bseikri (2004)發現這些多巴胺基因剔除小鼠與控制組(wild-type) 小鼠在雙管舔液(licking)行為測試情境中，都能展現出對蔗糖液的偏好高於控制 液的行為。另外在酬賞行為習得部分，多巴胺基因剔除小鼠與控制組小鼠都可習 得嗎啡(morphine)或是古柯鹼(cocaine)引發之場地制約偏好(conditioned place preference; CPP)作業(Hnasko, Sotak, & Palmiter, 2005; Hnasko, Sotak, & Palmiter, 2007)。 上述研究資料顯示，多巴胺剔除小鼠在先天即缺乏多巴胺情況下，仍可以展 現出對酬賞物的偏好行為以及建立由藥物酬賞刺激引發之場地制約偏好行為。因 此可知多巴胺的功能，並非如Wise 所主張與酬賞緊密相扣的簡易關係。 （四）、酬賞物是否為一單一歷程？ 根據anhedonia hypothesis 對於多巴胺與酬賞物的關係推論，則多巴胺應該 與個體獲得酬賞物的正向情緒有關，因為多巴胺受器拮抗劑會頓化個體對於酬賞 物的快樂價值。 Berridge (1996)提出實驗動物對於自然酬賞物的行為成分，可區分為「喜歡」 (liking)及「渴求」(wanting)兩大類。Berridge 認為所謂的「喜歡」是一種情緒反 應(affective reactions)，亦即當個體經驗到具誘因(incentives)的刺激時所表現出來 的情緒反應，如食物的愉悅感受(palatability)。因此飽食後的實驗動物仍會持續

產生可以獲得該酬賞物的行為；相反的，「渴求」是一種動機狀態的展現，為了 滿足個體基本生理需求上的慾望(appetite)為出發點。因此當個體的基本生理需求 獲得滿足後，實驗動物就不會再繼續產生獲得該酬賞物的行為。 Berridge 與 Robinson (1998)認為過去有關多巴胺與酬賞的研究，多以實驗動 物趨近酬賞物的「速度」(speed)或是獲得的「數量」(quantity)來作為行為指標， 但這指標並無法有效區分多巴胺與酬賞的關係是建立在「喜歡」或是「渴求」上。 例如，因為注射多巴胺受器拮抗劑而造成實驗動物朝向酬賞物的速度減慢，這結 果究竟是實驗動物不喜歡或是不渴求酬賞物所造成？為了能進一步清楚區分， Berridge 與 Robinson 先利用多巴胺神經毒素 6-OHDA 破壞投射到依核或紋狀體 處的多巴胺神經，造成實驗動物大腦內上述區塊的多巴胺含量大量減少，並同時 造成實驗動物產生吞嚥困難(aphagia)的行為現象。結果發現當這類無法自行進 行、吞嚥困難的實驗動物以被動方式獲得酬賞物蔗糖液時，動物仍能展現出「喜 歡」的行為表現，如週期性伸舌頭(rhythmic tongue protrusion)、舔爪子(paw licks) 等。同時這類實驗動物也能習得以鋰鹽(LiCl)與蔗糖液進行配對的制約味覺嫌惡 （conditioned taste aversion）作業。根據上述結果，Berridge 與 Robinson 認為多 巴胺與酬賞物的「喜歡」或是酬賞相關行為學習無關。另外，有關酬賞物的「喜 歡」則與依核處的鴉片類神經傳導物質有關(Pecina, Smith & Berridge, 2006)。

在Berridge 對於多巴胺的行為功能區分中，多巴胺僅與酬賞物的「渴求」行

為有關，但在Wise 所主張的 anhedonia hypothesis 中則應較相近「喜歡」。因此，

若酬賞的成分可以如此的進一步區分，那它與多巴胺的關係，就可能不會是如 Wise 當初所主張的單一對應關係。

（五）、重新檢視酬賞物概念

在anhedonia hypothesis 中，Wise 認為多巴胺與「酬賞」有關，因此多巴胺

受器拮抗劑可以影響操作式制約行為。但是Wise 所指稱的「酬賞」概念與一般 在操作式制約中指稱的「增強物」概念是否相同？ White (1989)曾就「酬賞」與「增強」(reinforcement)等兩個概念進行討論， 其認為「酬賞」指的是具有誘因動機(incentive motivation)的刺激物，其可以吸引 動物產生趨近(approach)的行為。在操作式制約行為中，所謂的「增強物」(reinforcer) 是指個體產生行為後所獲得的結果，「增強」則指的是因增強物可強化或是減抑 行為反應再次發生的過程。「酬賞」是正向刺激，但「增強物」可以是正向刺激 或是負向刺激，如獎勵酬賞或是懲罰(punishment)。因此，White 認為「酬賞」與 「增強物」這兩個名詞的內涵並不相同，必須小心區分不應隨意混用。 Wise 由多巴胺受器拮抗劑與操作式制約行為的關係，建立了 anhedonia hypothesis，其假說中的「酬賞」應是指「正向增強物」(positive reinforcer)。因 此，Wise 所主張的多巴胺與「酬賞」的緊密關係，應是多巴胺與「正向增強物」。 另外，多巴胺是否僅與「正向增強物」有關，與「負向增強物」(negative reinforcer) 無關，仍尚待澄清。 （六）、壓力源引發多巴胺釋放量增加現象 依據anhedonia hypothesis 對於多巴胺與酬賞物的緊密關係進行推論，多巴 胺應該只在個體獲得酬賞物時產生變化，而與負向刺激情境無關。 以微量透析(microdialysis)技術檢驗壓力源(stressor)對多巴胺的變化影響，結 果發現實驗動物大腦內重要的多巴胺投射路徑終點，如前額葉皮質、杏仁核、依

核甚至紋狀體等處，在單次(acute)壓力施與的當下會出現多巴胺釋放量或其代謝 物質DOPAC(3,4-dihydroxyphenylacetic acid)及 HVA(homovallinic acid)量增加的 現象；此增加現象會隨著壓力源的移除，而開始逐漸減少到恢復基準值(Inoue, Tsuchiya, & Koyama, 1994; Nakahara & Nakamura, 1999; Saigusa, Tuinstra,

Koshikawa, & Cools, 1999)。

上述實驗動物大腦中各區塊的多巴胺釋放量增加現象，也會因壓力源的種類 (type)、程度(intensity)及持續時間(duration)不同而異。Sullivan 與 Gratton (1998) 比較夾尾(tail-pinch)壓力源比貓的味道(cat odor)兩種壓力源，前者能引發實驗動 物前額葉皮質處更大程度的多巴胺釋放量增加。Roth 等人(1988)操弄 10 分鐘到 120 分鐘時間長度不等的禁錮(restraint)壓力，結果發現 20 分鐘的壓力源可使前 額葉皮質處有最多的多巴胺釋放量增加，但依核則為30 分鐘的壓力源操弄。Inglis 與Moghaddam (1999)發現在 20 分鐘的實驗者抓取(handle)壓力下，杏仁核的外側 基底核(basolateral nuclei)、前額葉皮質、依核等處均出現多巴胺量釋放增加現 象。其中杏仁核外側基底核區的多巴胺釋放增加程度遠大於前額葉皮質或依核。 Abercrombie、Keefe、DiFrischia, 及 Zigmomnd (1989)發現 20 分鐘的單次尾部電 擊(tail shock)，使實驗動物的額葉皮質(frontal cortex)處多巴胺釋放量增加程度大 於依核。 此外，相同壓力源的操弄次數多寡也會對多巴胺釋放量變化造成不同影響。 Imperato、Angelucci、Casolini、Zocchi 及 Puglisi-Allegra (1992)發現因為一小時 的禁錮壓力源所造成依核處多巴胺釋放量增加現象，會隨著每天施予相同操弄而 逐漸減弱。但是這多巴胺釋放量減弱現象並非因為多巴胺衰竭(exhaustion)所造 成。因為當實驗動物休息三天後再接受相同禁錮壓力源操弄，仍可再度引發相似

多巴胺釋放量增加現象。Mizoguchi、Yuzurihara、Ishige、Sasaki、Chui 及 Tabira (2004)發現連續四周的每天兩小時禁錮壓力源操弄，也會造成實驗動物前額葉皮 質處出現減弱新刺激造成的多巴胺釋放量增加現象。 綜合上述研究可知，單次壓力源的種類、程度、持續時間或重複給予等操弄， 都會造成多巴胺投射終點處多巴胺不等程度的釋放量改變，並推論其中前額葉皮 質及杏仁核對壓力源的敏感度應高於依核。這類實驗結果證明了多巴胺在負向壓 力情境中也會產生變化。由於多巴胺釋放量在負向或正向刺激情境下都會增加， 這使得多巴胺與酬賞的對應關係發生變化。因此，有研究認為多巴胺的角色可能 是對應外在刺激的顯著性(salience)，而非刺激屬性(nature)(Feenstra, 2000; Horvitz, 2002)。由於過去絕大多數的相關研究係針對正向刺激進行探討，較少研究專注 於多巴胺在負向刺激情境下釋放量增加的功能。本研究為能增加多巴胺神經行為 功能瞭解，將針對多巴胺在壓力情境下的行為功能進行探討。因此，為能先對壓 力有所瞭解，以下文獻回顧將先針對壓力進行整理分析。 第二節、壓力源的影響 一、壓力源對個體影響之理論

Selye (1946)提出「通適症候群」(general adaptation syndrome)模式來解釋有 關壓力源對個體的生理影響。Selye 認為當個體面對到壓力源時，其體內的壓力 賀爾蒙(stress hormone)量會立即增加以幫助個體因應(cope)該壓力情境。此時壓 力賀爾蒙的增加，是為了調適生理上恆定狀態(homeostasis)的失衡。Selye 稱此時 期為「警覺反應階段」(alarm reaction stage)。倘若壓力源持續較長時間則個體就

增加以因應壓力。但若壓力源無法被消除，則進入「衰竭階段」(exhaustion stage)， 此時持續過量增加的壓力賀爾蒙量，反而成為個體產生壓力相關疾病的來源，如 心血管疾病(cardiovascular disorders)、胃潰瘍(gastric ulcerations)等，甚至可能導 致個體死亡。

Selye 認為壓力源的持續時間長度，乃是造成個體生理疾病或是死亡的原

因。但是Selye 的通適症候群模式並無法解釋不同壓力源的種類或是不同個體受

到壓力後的歧異結果。對於此歧異，近來研究提出壓力源本身的特性(character) 可能是關鍵所在(Kim & Diamond, 2002)，並且有些壓力源反而會促進個體的行為 學習而非破壞效果(Sapolsky, 2004)。

為了更進一步釐清壓力對個體的影響差異，McEwen (1998)認為當個體處於

壓力情境下，有一些生理系統為了要恢復失衡的恆定系統而同時被啟動，如心跳 (heart rate)、血壓(blood pressure)、自主神經系統分泌神經傳導物質量或是免疫系

統的改變，這些生理上的改變會達到一穩定狀態。McEwen 稱這為「超飽和狀態」

(allostasis)，意思為在變動中尋求一穩定性(stability through changes)。不同於恆定 狀態將血氧、化學酸鹼(pH)值、體溫維持在一個較窄的範圍內；超飽和狀態對於 生理變動是一較廣的動態範圍，並且無法固定在一定值。因此，壓力下的個體可 能重複或是持續活化進行超飽和狀態所需的生理因子，產生「適應負荷」(allostatic load)。但這適應負荷對個體可能是一保護效果，也可能是一破壞效果。前者指稱 如壓力源的出現是可促進個體行為學習以用來確保未來的生存安全；後者指稱當 個體所面對的壓力源為長期存在或個體無法因應時，則造成破壞效果，或稱為「超 適應負荷」(allostatic overload)(McEwen, 2004)。 針對壓力源對個體的影響，不論是Selye 的「通適症候群模式」或是 McEwen

的「超飽和狀態」概念，都還存在不能合理解釋壓力源種類或是不同個體反應歧 異的部分(Dallman, 2003; Schulkin, 2003)。因此，本研究下一節文章將回到壓力 源本身的特性，試圖由此角度來釐清壓力源的影響來源。 二、壓力源對個體行為學習的影響 （一）、壓力源特性對個體行為學習的影響 Sapolsky (2004)針對壓力源對個體的行為影響，認為壓力源的影響可分為單 次急性且較溫和(mild)的壓力源及長期(chronic)重複施予較嚴重(severe)者等兩種 類；前者對行為學習有促進效果，而後者則產生干擾破壞的效果。這樣二分的行 為結果，目前也得到一些神經解剖、壓力賀爾蒙糖皮質素(glucocorticoids)、電生 理長效增益(long term potentiation)的支持證據。

除了上述Salposky 所提出的單次或是長期的壓力源分類外，Kim 與 Diamond

(2002)對壓力的定義中提到壓力源必需具備能引發個體警覺(arousal)、個體認為 具嫌惡性(aversive)以及不可控制性(uncontrollable)等特性。其中壓力源的可否控 制性對實驗動物的行為或是生理影響結果極度不同。例如，Overmier 及 Seligman (1967)發現歷經不可逃避(inescapable)之足部電擊(foot shock)壓力源的實驗動 物，在24 小時之後的可逃避足部電擊作業情境中，並不會出現嘗試逃避的行為。 這些受試同時出現活動量(locomotion)下降、食物及飲用水量減少以及體重下降 (weight loss)等現象。他們認為不可逃避的壓力源經驗造成個體產生了習得無助 感(learned helplessness)，進而影響了其學習動機及生理變化。針對壓力源的心理 影響效果，Weiss (1968)進一步將實驗動物分成面對足部電擊壓力源可逃避的實 驗組及不可逃避的共軛組(yoked)，結果發現僅有共軛組受試產生習得無助行

為，但可逃避壓力源的實驗動物則無此現象。Shors、Seib、Levine 及 Thompson (1989)在同樣的“可否逃避＂之實驗操弄下，發現不可逃避的足部電擊壓力源， 會抑制實驗受試大腦中海馬形成電生理長效增益現象。綜合上述可知，壓力源對 個體行為學習的破壞效果與壓力源的情境（可否控制性）之因素有關。壓力源的 不可控制性才是造成個體心理影響的關鍵來源，因為歷經可逃避壓力源的實驗動 物在行為上不會產生習得無助現象，也不會造成與行為學習相關的神經機制受 損。 雖然壓力源的不可控制性是影響根源，但此特性對實驗動物的行為學習不盡 然是負面的干擾或破壞效果。例如，實驗動物在學習上癮(addictive)藥物的自我 注射作業中，不可控制性壓力源對此種行為的習得(acquisition)、表現(retention performance)或是戒斷(withdrawal)後的再現行為反應(reinstatement)皆具有促進行 為反應的效果(Goeders & Guerin, 1994; Piazza & Le Moal，1998)。另外，實驗動 物經歷過不可控制性尾部電擊壓力源後可促進其習得嗎啡引發場地制約偏好行 為，但可控制性壓力源則無此效果(Will, Watkins, & Maier, 1998)。

除壓力源的不可控制性外，Shors 與 Servatius (1997)認為壓力源的不同強度 也可對個體的後續行為學習產生影響效果。在實驗動物學習制約眨眼反應作業 (conditioned eye-blink)的前一天，分別施與 5、30 或 90 分鐘的 1.0mA 或是 90 分

鐘的0.5mA 的尾部電擊壓力源，並觀察其 24 小時後的行為學習表現。結果發現

30 或 90 分鐘的 1.0mA 尾部電擊會促進受試學習此種屬古典制約(classical conditioning)類的行為。但是 5 分鐘的 1.0mA 或是 90 分鐘的 0.5mA 壓力源卻無 法產生上述的促進效果。因此，壓力源的不等強度對於個體的制約行為學習影響

壓力源程度可以促進個體學習，但是程度過輕或是過當則無法產生促進效果 (Shors, 2004)。

另 外 ， 壓 力 源 與 不 同 的 配 對 制 約 作 業 之 間 的 制 約 時 間 次 序 性(temporal sequence)，也可能會對該行為的學習造成不同之影響效果(Joels, Pu, Wiegert, Oitel, & Krugers, 2006)。Shors (2001)操弄實驗動物經驗單次尾部電擊壓力源與學習制

約眨眼反應作業之間的時間間隔，分別為24、48 或 72 小時為不等的鄰近性之間

隔。結果發現壓力源給予之後24 小時或 48 小時的經驗對制約學習有促進效果，

但在72 小時後即不存在。Shaham (1993)發現禁錮壓力源的施予時間必須緊接在

實驗動物學習自我注射鴉片類藥物「之前」才能產生促進效果，而非「之後」的 操弄。Akirav、Sandi 及 Richter-Levis (2001)將 Morris 水迷津的水溫由攝氏 25 度

降低至19 度，會促使受試更快習得平台位置所在的空間行為。沈映伶與廖瑞銘 (2007)操弄單次壓力源與場地環境制約之間的時間次序性，結果發現在制約「之 前」或「當時」施予可以有效形成場地制約偏好行為。可知，壓力源操弄的時間 點與行為學習作業之間的時間關連，對受試學習該項作業的影響效果不同。 綜合上述可知，若所操弄的單次壓力源具有不可控制性、足夠的強度，並且 其施予時間點乃是在制約學習作業之前或是同時，則能對個體後續的行為學習作 業具有促進而非破壞的影響效果。 （二）、壓力源自身對個體行為學習的影響 在前一節文章討論中，壓力源本身的特性及其與行為學習作業間的時間次序 性會對個體進行行為學習造成不同影響(沈映伶、廖瑞銘，2007; Akirav et al., 2001; Joels et al, 2006; Lu, Shepard, Hall, & Shaham, 2003; Shaham, 1993; Shors, 2001)。

但在上述研究中所謂的壓力源操弄，同時包括壓力經驗及壓力源本身。為了能更 瞭解壓力源本身對個體所產生的行為影響及相關神經機制研究，應針對壓力源本 身進行研究探討。例如：在古典制約歷程中，壓力源本身的效果是否可作為非制 約刺激與一原為中性(neutral)的制約刺激進行配對，進而在沒有非制約刺激出現 情境中導致受試表現出制約行為反應(conditioned response; CR)。 在符合古典制約歷程的場地制約偏好行為作業中，利用單次高台(elevated stand)或是禁錮壓力源作為非制約刺激，可引發實驗動物的制約趨近反應(沈映 伶、廖瑞銘，2007)。在環境害怕制約行為作業(contextual fear conditioning)中， 0.4 或 1.0 mA 的足部電擊壓力源操弄可作為一非制約刺激引發實驗受試的僵直 (freezing)行為制約反應(Cordero & Sandi, 1998)。由此可知，單次壓力源本身可作 為古典制約中的非制約刺激而引發個體制約行為學習。但這壓力源的非制約刺激 效果來源為何，是本研究所欲討論的第一個議題。 第三節、壓力之相關神經機制 一、壓力賀爾蒙相關神經機制 （一）、下視丘-腦下垂體-腎上腺皮質的壓力賀爾蒙系統 當個體面對壓力源時會啟動兩個生理系統以因應壓力情境所帶來的影響，其 一是自主神經系統(autonomic nervous system)，其活化腎上腺髓質(adrenal medulla) 促使其釋放正腎上腺素及腎上腺素；另一生理系統是大腦中的下視丘-腦下垂體-腎上腺皮質系統(Hypothalamus-Pituitary-Adrenal cortex system; 以下簡稱 HPA 系 統)。當下視丘的視旁核(paraventricular nucleus)受到活化後會釋放「促腎上腺皮

體門脈系統(hypothalamo-pituitary portal vessels)輸送到腦下垂體前葉，促使該處

釋放「促腎上腺皮質激素」(adrenocorticotropic hormone; ACTH)。「促腎上腺皮質

激素」經由血管運輸至腎上腺皮質，促使該處增加皮質脂酮(corticosterone)或皮 質醇(cortisol)的合成及釋放。由於皮質脂酮、皮質醇糖皮質素為膽固醇類(steroid) 賀爾蒙，其脂溶性特性使其可穿過血腦障壁(blood brain barrier)而進入大腦中， 此舉會對下視丘或是腦下垂體產生負向回饋(negative feedback)作用；反之，正腎 上腺素或腎上腺素為單胺類(amino)賀爾蒙，因具水溶性特性而無法穿過血腦障 壁進入大腦中(Gunnar & Quevedo, 2007)。

在個體大腦中有糖皮質素兩類受器存在，分別為是鹽皮質素受器

(mineralocorticoid receptor; MR)及糖皮質素受器(glucocorticoid receptor; GR)。糖 皮質素與鹽皮質素受器的親和力比其與糖皮質素受器的親和力來的高(De Kloet, Vreugdenhil, Oitzl, & Joels, 1985; Joels, 2006)。在一般情形下釋放的糖皮質素，會 先與親和度較高的鹽皮質素受器進行結合。但在壓力情境下大量增加的糖皮質 素，則可與糖皮質素受器結合。個體大腦中的海馬處有大量的鹽皮質素受器分 佈，而糖皮質素受器則多分佈在前額葉皮質及下視丘(Kim & Diamond, 2002; Shors, 2006)。

皮質脂酮與皮質醇都是活化HPA 系統後增加合成的賀爾蒙。但由於合成量

的差異，在人類受試及齧齒類實驗受試分別以其血液中的皮質醇或是皮質脂酮量 變化，來作為壓力源對個體影響的生理指標(Mercier, Canini, Buguet, Cespuglio, Martin, & Bourdon, 2003; Young, Abelson, & Lightman, 2004)。但皮質醇的量變化 也作為齧齒類實驗受試的壓力生理指標(Huang, Fang, Meng, Chen, & Zhao, 2009)。壓力源的強度也會對壓力賀爾蒙皮質脂酮有不同影響。就較溫和的壓力

源而言，如禁錮壓力源增加的皮質脂酮量，其效果在壓力源停止後三個小時就會 恢復到原先的基準值。反之，較嚴重的足部電擊壓力源所造成皮質脂酮量增加現

象，在該壓力源結束後還可以持續14 天之久(Garcia, Marti, Valles, Zotto, &

Armario, 2000)。 （二）、壓力賀爾蒙與個體行為學習之關係 在壓力賀爾蒙與行為學習關係部分，Shors (2001)發現噪音(noise)、強迫游泳 (forced swimming)或尾部電擊等壓力源都可造成實驗動物血液中的壓力賀爾蒙 量增加。但是其中只有強迫游泳或尾部電擊等壓力源經驗，可以促進實驗動物後 續的制約眨眼反應學習。Beylin 與 Shors (2003)事先移除實驗動物的腎上腺皮質 (adrenolectomy)，此操弄會破壞單次壓力源對後續制約眨眼反應學習的促進效 果；但若移除腎上腺髓質(adrenal demedullation)，則不影響壓力源促進後續制約 學習效果。若直接對實驗動物注射相當於壓力源所會增加的皮質脂酮量，卻只能 對施打後30 分鐘進行的行為學習具有促進效果，但對 24 小時後進行的作業學習 則不具影響。這結果證明腎上腺皮質所釋放的壓力賀爾蒙，在壓力源經驗促進後 續古典制約行為學習效果中僅具有一短效性的影響關係。因此Shors (2006)主張 壓力賀爾蒙皮質脂酮的變化，對於實驗動物的壓力源經驗促進行為學習效果，乃 是一個必要(necessary)條件但非充分(sufficient)條件。 在以壓力源本身做為制約刺激引發環境害怕制約學習的作業中，Codero 與 Sandi (1998)的研究中發現一原本強度較低不足以產生制約連結的 0.2mA 足部電 擊壓力源，在其與場地環境制約刺激連結學習之後施打壓力賀爾蒙皮質脂酮，可 大量增加實驗受試的僵直行為制約反應。在制約實驗前施打壓力賀爾蒙糖皮質素

GR 受器拮抗劑 RU38486，可以抑制 0.4mA 足部電擊壓力源所引發之僵直行為制 約反應。但是在場地制約偏好作業中，直接以不同劑量的壓力賀爾蒙皮質脂酮作 為非制約刺激，結果發現不論高或低劑量都不足以產生場地制約偏好或是場地制 約嫌惡(conditioned place aversion)行為(Dietz, Wang, & Kabbaj, 2007)。

綜合上述結果，不論是以壓力經驗促進學習，或是以壓力源本身作為非制約 刺激引發之古典制約行為學習中，壓力賀爾蒙的參與角色可能是一調節 (modulator)而非主要影響(mediator)效果。由於壓力源也與其他種類的神經傳導物 質具有共變關係，如單次壓力源操弄可造成多巴胺釋放量大量增加。本研究為了 能增加對於多巴胺與壓力關係的瞭解，選擇以一個與多巴胺高度相關的古典制約 行為作業作為研究工具，並利用單次壓力源作為非制約刺激，針對該情況下的多 巴胺角色功能進行探討。 二、壓力與內側前額葉皮質 （一）、內側前額葉皮質神經解剖介紹 Rose 與 Woolsey 於 1948 年首先提出將額葉皮質中接收來自視丘內背核 (medioldorsal nucleus of thalamus)的神經投射區塊命名為前額葉皮質區的看法。 在解剖學上，在鼠類動物的前額葉皮質可再進一步分出外側區(lateral)、沿著兩 大腦半球腦壁(hemispheric wall)的內側區(medial)以及腹側區(ventral)等。其中外 側前額葉皮質包括了背側(dorsal)及腹側(ventral)的腦島區(insular areas)。內側前 額葉皮質可由背側往腹側方向再區分為內側中央前區(medial precentral area)、前 扣帶區(anterior cingulate area)、前邊緣區(prelimbic area)及下邊緣區(infralimbic area)等。腹側前額葉皮質則包含了眶皮質區(orbital cortex) (Groenewegen &

Uylings, 2000)。在內側前額葉皮質部分，近來慣以功能及組織神經連結區分成背 內側前額葉皮質(dorsomedial prefrontal cortex)及腹內側前額葉皮質(ventromedial prefrontal cortex)等兩大區。前者包括前扣帶區及背側前邊緣區，後者則包含了腹 側前邊緣區及下邊緣區(Heidbreder & Groenewegen, 2003)。

在判斷靈長類動物的前額葉皮質條件中，必須具有來自視丘的中央背側核的 神經投射以及皮質層組成具有顆粒皮質(granular cortex)或是無顆粒皮質

(agranular cortex)等特性(Groenewegen & Uylings, 2000)。由於鼠類動物的大腦皮 質中顆粒皮質特性不清楚，引發了鼠類動物是否具有相似於靈長類動物的前額葉 皮質功能的討論。在解剖部分可將鼠類動物的前額葉皮質區分為外側、內側以及 腹側等三大區區；功能上則發現，鼠類動物前額葉皮質處的前邊緣區相當類似於 人類或是靈長類動物大腦的前邊緣區(Heidbreder & Groenewegen, 2003)；而鼠類 的腹側中央(ventromedial)前額葉皮質則相似於靈長類動物的眶葉皮質(orbital cortex)(De Bruin, Feenstra, Broersen, Van Leeuwen, Arens, De Vries & Joosten, 2000)，這些發現肯定了鼠類動物的前額葉皮質相似於人類或靈長類動物的看法。 在多巴胺神經傳導物質分佈部分，前額葉皮質與依核同樣接受來自中腦的多 巴胺神經投射，為皮質多巴胺系統及邊緣多巴胺系統(Alexander et al., 1990)。在 前額葉皮質部分，內側前額葉皮質區接受來自中腦較密集的多巴胺神經投射。其 中較靠背內側前額葉的前扣帶區接受來自黑質體的多巴胺神經投射，而腹內側前 額葉皮質區的前邊緣區與下邊緣區則是來自腹側頂蓋區的多巴胺神經投射(Van Eden, Hoorneman, Bujis, Matthijissen, Geffard, & Uylings, 1987)。另以微透析技術 分析細胞外液中多巴胺量，發現腹內側前額葉皮質比背內側前額葉皮質處有較多 的多巴胺量。進一步檢驗發現這是因為腹內側前額葉皮質處存在較少量的多巴胺

回收器，因而造成多巴胺回收效率(reuptake efficacy)較不佳所致。相反的，背內 側前額葉皮質則是因為擁有較多的多巴胺回收器，使得細胞外液中的多巴胺較快 被清除(Tzschentke, 2001)。 前額葉皮質處的多巴胺專屬受器的分佈位置或數量並不相同。首先，多巴胺 D1 受器在前額葉皮質處的數量遠多於 D2 或 D4 受器，同時該處少有 D3 或 D5 受器分佈(Arnsten, 1998; Tzschentke, 2001)。D1 或 D2 受器不僅出現在自腹側頂蓋 區投射至前額葉皮質的神經上，也出現在前額葉皮質處的GABA 神經上 (Tzschentke, 2001)。在功能部分，前額葉皮質處的多巴胺 D1 受器被認為與工作 記憶、行為彈性或是壓力因應有關(Amat, Baratta, Paul, Bland, Watkins, Maier, 2005; De Bruin et al., 2000; Murphy, Arnsten, Goldman-Rakin & Roth, 1996)。D2 受 器則由於具有抗精神分裂症藥物的效果，常被作為精神分裂症的機制探討對象 (Grace, 1991)。由於前額葉皮質處的 D1 或 D2 受器影響功能並不相同，本研究分 別以其專屬受器拮抗劑來檢驗在壓力中的參與角色。 （二）、內側前額葉皮質與下視丘-腦下垂體-腎上腺皮質系統 在HPA 系統源頭的下視丘視旁核的投入神經(afferents)部分，接受了來自邊 緣系統的直接或是間接神經投射。這些區塊包括了海馬、前額葉皮質及杏仁核等 (Herman, Ostrander, Mueller, & Figeriredo, 2005)。其中海馬及前額葉皮質利用麩 胺酸(glutamate)神經投射到下視丘的背側內核區(dorsomedial nucleus; DMH)，再

利用該處與視旁核的γ-胺基丁酸(GABA)神經投射，對視旁核產生抑制功能。杏

仁核則透過GABA 神經投射到終紋床核(bed nucleus of stria terminalis; BNST)，

效果。前額葉皮質對於視旁核或是HPA 系統的神經投射功能，被認為帶有認知 或情緒成分訊息；海馬的神經投射則為空間訊息，杏仁體則傳遞了情緒成分訊息 (Buijs & Van Eden, 2000)。

內側前額葉皮質可藉由與腦幹(brainstem)或是下視丘之間的神經投射聯 會，進而調整、影響自主神經系統的活動。例如，電刺激內側前額葉皮質的下邊 緣區可以使實驗動物的心跳、血壓或呼吸(respiration)增加。在內側前額葉皮質施

予麩胺酸的NMDA 受器拮抗劑 AP5 或是 GABAA受器促進劑muscimol 抑制該處

活動後，可以更進一步提升原本因為處於陌生環境中而增加的壓力賀爾蒙皮質脂 酮量。但這壓力情境下抑制內側前額葉皮質區而促使皮質脂酮量增加現象，並未 同時伴隨「促腎上腺皮質激素」量的增加。推論內側前額葉皮質可能並非直接經

由HPA 系統來調整壓力賀爾蒙皮質脂酮量變化(Van Eden & Buijs, 2000)。

（三）、內側前額葉皮質處多巴胺之相關功能探討 1、內側前額葉皮質與工作記憶 Murphy 等人 (1996)發現促進焦慮藥物 FG-7142 除了可增加內側前額葉皮質 處的多巴胺量之外，也會造成鼠類或靈長類實驗動物在空間工作記憶(spatial working memory)作業中表現受損。這個因為促焦慮藥物 FG-7142 造成的工作記 憶行為受損現象，可以藉由事先施予非專屬性多巴胺受器拮抗劑haloperidol、 clozapine 或是 D1 專屬受器拮抗劑 SCH23390 而有所改善。Arnsten(2000)利用壓 力源增加內側前額葉皮質處多巴胺釋放量或是以多巴胺D1 專屬受器促進劑 SKF81297 活化內側前額葉皮質處的多巴胺 D1 受器，都會造成實驗動物在空間 延遲作業(spatial delayed response task)中的行為錯誤率增加；若同時施予多巴胺

D1 專屬受器拮抗劑 SCH23390，則可以改善此工作記憶行為表現缺損現象。針 對內側前額葉皮質處多巴胺量變化與工作記憶的關係，Goldman-Rakic、Muly 及 Williams (2000)提出該處細胞外液中多巴胺量與個體的工作記憶表現形成一倒 U 型曲線，亦即內側前額葉皮質處適當(low to moderate)的多巴胺釋放量是對個體 正常工作記憶功能所需要的。多巴胺D1 專屬受器拮抗劑減抑多巴胺 D1 受器活 動或因為壓力源操弄造成過多的多巴胺釋放量，都會使個體在需要良好工作記憶 的行為作業中表現受損。多巴胺與工作記憶之間的關連應是透過內側前額葉皮質 的多巴胺D1 受器產生。 2、內側前額葉皮質與行為彈性

De Bruin 等人(2000)讓實驗動物在具有雙桿(two lever)操作式制約箱中，進行 序列式反轉(serial reversals)學習行為作業。結果發現預先以暫時性神經抑制劑二 丁卡因(lidocaine)抑制內側或是外側前額葉皮質區，都不影響個體習得以壓桿行 為獲得食物增強物的配對關係。但是在第一次壓桿行為作業內容反轉前，預先以 二丁卡因抑制內側前額葉皮質活動，會造成實驗動物必須花費更多時間才能提高 正確率；反之，抑制外側前額葉皮質則不影響實驗動物進行壓桿行為反轉。另外， 針對內側前額葉皮質施打多巴胺D1 受器拮抗劑，同樣並不影響個體的行為習 得，而只影響到初期行為作業反轉時的行為表現。另外，以二丁卡因抑制外側前 額葉皮質的影響出現在削弱階段後期，實驗動物需要花費更多的嘗試次數才能削 弱原先的壓桿行為反應。但以二丁卡因或是多巴胺抑制劑抑制內側前額葉皮質， 並不影響實驗動物在削弱階段的行為反應。根據上述實驗資料，De Bruin 等人認 為內側前額葉皮質及該處的多巴胺在行為彈性(behavioral flexibility)功能扮演重

要角色；外側前額葉皮質應與行為抑制功能有關，而在行為削弱階段產生影響效 果。

3、內側前額葉皮質與壓力因應

個體因應壓力源的認知行為歷程，會產生不同的後續影響效果，這支持大腦 中應存在一心理性控制或處理機制的假說(Robbins, 2005)。個體對壓力源的是否 具有控制性，已在心理、生理或是行為上被證明其影響性存在(Kim & Diamond, 2002; Overmier & Seligman, 1967; Shors et al., 1989; Weiss, 1968)。在相關神經機 制探討部分，Amat 等人 (2005)發現不可控制的足部電擊壓力源相較於可控制的 相同壓力源，可以引發背側縫線核(dorsal raphe nucleus)處更多的神經活動。但當

預先以GABAA受器促進劑muscimol 抑制內側前額葉皮質後，不論是可控制或

是不可控制的足部電擊壓力源，在背側縫線核處都引發相似的神經活動量或是立 即性早期基因(immediate early gene)c-fos 的反應量。因此，Amat 等人提出內側前 額葉皮質處應與個體對壓力源判斷是否具備控制性功能有關。

內側前額葉皮質處的多巴胺釋放量變化也曾被認為與壓力源因應有關。 Berridge、Mitton、Clark 及 Roth (1999)發現當實驗動物身處於空曠環境(open field) 壓力源時，其大腦前額葉皮質處的多巴胺釋放量增加現象會大於依核或是紋狀 體。但若在空曠環境壓力源中同時提供物品(objects)，讓實驗動物進行啃咬 (chewing or gnawing)的因應行為時，僅有前額葉皮質處減抑多巴胺釋放量增加現 象。由於此項因應行為引發的減抑效果，Berridge 等人推論前額葉皮質處的多巴 胺應參與了與壓力有關的情緒認知處理歷程。 在上述結果中，內側前額葉皮質處的多巴胺神經傳導物質，被認為與個體的

工作記憶、行為彈性以及壓力情緒處理或判斷可否控制性有關。其中由於工作記 憶或是行為彈性功能，都是在個體已經學會該項行為作業後，利用實驗操弄或是 抗焦慮藥物使得內側前額葉皮質處多巴胺釋放量增加，造成上述兩項功能受損。 本研究推論當個體處於已習得行為作業的表現階段時，僅需要內側前額葉皮質處 適量的多巴胺釋放量，該處過多的多巴胺釋放量對於個體當下使用工作記憶或是 行為彈性功能會造成破壞效果。這點可由實驗動物已習得空間行為作業後，在測 試前先施與單次足部電擊壓力源會破壞行為表現結果獲得支持(Quervain,

Roozendaal, & McGaugh, 1998)。

內側前額葉皮質處所增加的多巴胺釋放量也與判斷壓力源的可否控制性特 性有關。雖然目前尚不能定論該處多巴胺釋放量增加或減少，即可對應壓力源的 控制性與否；但是當一不可控制性的壓力源出現時，確實可使多巴胺釋放量大量 增加。因此，本研究利用一個具不可控制性的壓力源作為一非制約刺激進行場地 制約偏好行為學習，並檢驗內側前額葉皮質處多巴胺量變化與此古典行為學習建 立的關係為何。 第四節、場地制約偏好行為 一、場地制約偏好行為 場地制約偏好行為作業為一符合古典制約形式的行為作業。實驗者操弄非制 約刺激與一個作為制約刺激的特定場地環境進行連結配對。使實驗動物在經過幾 次配對學習後，可在沒有非制約刺激呈現的情境下，經由場地環境制約刺激引發 其制約趨近行為(Bardo & Bevins, 2000; Carr, Fibiger, & Phillips, 1989; Tzschentke, 1998, 2007)。

（一）、自然酬賞物或藥物引發之場地制約偏好行為

過去的研究中，一些具有易上癮性質的藥物（如安非他命、古柯鹼、嗎啡、 海洛英(heroin)等），或是自然酬賞物（如食物、蔗糖液、糖精或是性行為等）， 都曾做為非制約刺激以建立實驗動物的場地制約偏好行為。由於上述的藥物或自 然酬賞物都具有使實驗動物大腦中的多巴胺釋放量增加的特性(Carr & White, 1983; Di Chiara & Imperato, 1986; Swerdlow, Gilbert, & Koob, 1989; Tzschentke, 1998, 2007)，所以將安非他命或古柯鹼直接注射入依核、或是古柯鹼直接注射入 前額葉皮質，都可以有效形成場地制約偏好行為(Liao, Chang, Wang, & Lan, 2000; Zavala, Weber, Rice, Alleweireldt, & Neisewander, 2003)。相反的，預先以多巴胺神 經毒素 6-OHDA 破壞依核，會造成實驗動物無法習得古柯鹼引發場地制約偏好 行為(Spyraki, Fibiger, & Phillips, 1982)；預先以神經毒素 quinolinic acid 破壞前額 葉皮質也會影響嗎啡或古柯鹼建立場地制約偏好行為的效果(Tzschentke & Schmidt, 1999)。由上述可知，增加或是抑制多巴胺或是其神經區塊活動，將分 別可以促進或是抑制上癮藥物或自然酬賞物引發場地制約偏好行為。 （二）、非自然酬賞物或藥物引發之場地制約偏好行為 除上述之藥物或自然酬賞物外，非自然酬賞物也可作為一非制約刺激建立場 地制約偏好行為。例如在場地制約偏好行為作業中，以不同的新奇刺激物品(novel objects)與場地環境制約刺激以「同時制約」(simultaneous conditioning)的方式進 行連結配對，可促使實驗動物建立制約趨近行為(Bevin, Besheer, Mattew,

Palmatier, Jenson, Pickett, & Eurek, 2002)。由於陌生感受(novelty)可引發個體大腦 中多巴胺釋放量增加(Berridge, et al., 1999)，若事先給予多巴胺受器拮抗劑，可抑

實驗動物進行2 或是 22 小時的轉輪運動(wheel-running)後，再置入某一特定場地 環境制約刺激中進行「倒序制約」(backward conditioning)方式的連結配對，亦可 建立場地制約偏好行為(Lett, Grant, Byrne, & Koh, 2000)。在一項類似前述實驗的

研究中，若在2 小時轉輪運動後先給予鴉片類拮抗劑 naloxone，再進行後續的配

對制約實驗歷程，則可抑制該類的場地制約偏好行為形成(Lett, Grant, & Koh, 2001)。另外，不論以「同時制約」或是「倒序制約」方式進行場地偏好行為制 約，單次30 分鐘的禁錮壓力源或是高台壓力源都可做為一非制約刺激，有效建 立場地制約偏好行為（沈映伶、廖瑞銘，2007）。綜合上述結果可知，陌生感受、 轉輪運動或是單次壓力源，都可作為非制約刺激進行古典制約行為學習。同時， 這些非制約刺激所牽涉的神經機制可能與多巴胺神經系統有關。 二、場地制約偏好行為作業的內容探討 在制約刺激與非制約刺激配對次數對場地制約偏好行為產生部分， Brabant、Quertemont 及 Tirelli (2005)發現小鼠學習古柯鹼引發場地制約偏好作業 時，藥物與場地環境制約刺激配對次數必須在兩次以上，才能有效建立該古典制 約作業。同時，實驗動物在經過兩次配對後所引發的制約趨近行為可以維持到 14 天，四次配對後的制約反應則可以維持到 28 天之久。在實驗大鼠部分，Poleszak 與Malec (2003)發現安非他命與場地環境進行一次配對連結學習後，可以引發大 鼠的場地制約偏好行為。故可知，建立有效場地制約偏好行為時，制約次數多寡 應與所使用藥物或是實驗動物品系有關。 在場地制約偏好行為中的非制約刺激來源討論部分，Ettenberg、Raven、 Danluck 及 Necessary (1999)利用在古柯鹼施予之後 5 或是 15 分鐘才將實驗動物

放置入作為制約刺激的場地環境中進行連結配對，結果發現5 分鐘後進行配對制 約組表現出場地制約偏好行為，但15 分鐘組則產生場地制約嫌惡行為。Bardo 與Neiswender (1986)在嗎啡引發場地制約偏好行為作業中，發現僅有當嗎啡施打 後立即將實驗動物置入場地環境中進行30 分鐘的配對制約組，才可以形成場地 制約偏好行為；但若先將實驗動物置入場地環境中15 或 25 分鐘後才施打嗎啡等 兩組實驗動物並無法產生制約趨近反應。由上述結果可知，藥物在不同時間點的 效果會影響其是否可有效建立場地制約偏好（嫌惡）行為。因此，在場地制約偏 好行為中所指稱的非制約刺激，並非所使用的自然酬賞物或是心理興奮性藥物本 身，而可能是由自然酬賞物或藥物所造成個體的情緒(affection)或狀態(conditions) 改變(Bardo & Bevins, 2000)。

對於在場地制約偏好行為作業中，以壓力源作為非制約刺激但引發制約趨近 行為部份。動物對於壓力源或危險刺激並非僅有逃避行為，也可能產生趨近行

為。Blanchard、Blanchard 及 Rodgers (1991)認為動物對於威脅(threat)的可能行為

反應取決於其「距離的遠近」。他們認為當動物個體突然面臨一極近距離的威脅 時，可依當時的行為可能性來選擇僵直或是逃離行為作為因應；當威脅距離動物 較遠時，動物則可能會產生趨近行為來面對或確定威脅。由於壓力源的不同程 度，可能影響其作為一非制約刺激的效果。所以推論較溫和的禁錮或高台壓力 源，在制約配對後可以引發實驗動物產生制約趨近行為，而較嚴重性的壓力源則 可能產生制約逃避行為。如Cain、Chou 及 Ralph (2004)利用足部電擊壓力源作 為非制約刺激，確實可引發實驗動物的場地制約嫌惡行為。 由上述討論可知，自然酬賞物、藥物或是非自然酬賞物、單次壓力源都可作 為一個非制約刺激與場地環境制約刺激進行連結配對，之後使實驗動物在沒有非