心率动态变化揭示大鼠风险决策与奖赏结果的神经生理机制

本研究针对风险决策过程中自主神经反应的机制问题，通过监测大鼠执行50:50和25:75赌博任务时的心率（HR）变化，发现选择高风险选项前心率显著降低（Δ15 bpm vs 6 bpm），而获得高奖赏后心率明显升高（P<0.05）。该成果发表于《The Journal of Physiological Sciences》，首次揭示动物通过HR动态调节适应风险决策的生理机制，为赌博成瘾的神经心血管交互研究提供新视角。

　　

在人类社会中，风险决策行为既可能带来巨大收益，也可能导致严重后果。从神经科学角度看，这种决策过程与大脑的奖赏系统和自主神经系统密切相关。有趣的是，赌徒在做出高风险选择时常常描述"心跳加速"或"心跳漏拍"的主观体验，这提示心率变化可能与风险决策存在潜在关联。然而，这种关联是决策的因还是果？动物是否也存在类似现象？这些问题长期以来缺乏直接的实验证据。

为解答这些疑问，东北大学的研究团队设计了一项创新性研究。他们训练大鼠执行两种概率的赌博任务：在50:50任务中，大鼠可选择稳定获得2滴水（确定选项）或50%概率获得4滴水/0滴水（风险选项）；在25:75任务中，风险选项变为25%概率获得4滴水。通过植入式电极连续记录心电信号，研究人员首次在动物模型中捕捉到风险决策相关的心率动态变化。

关键技术包括：1）建立大鼠赌博行为范式（n=5 for 50:50，n=3 for 25:75）；2）植入式ECG记录系统（采样率2 kHz）；3）基于R-R间期的瞬时心率分析；4）行为事件锁时分析（时间精度±0.15 s）。所有实验均符合东北大学动物实验伦理委员会标准（批准号2023 PhA-007）。

【大鼠在50:50赌博任务中的表现】
通过9天训练，大鼠稳定保持29.4±3.9%的风险选择概率（图1D），单次试验耗时17.0±2.0 s（图1E）。值得注意的是，随着每日试验推进，基线心率从450 bpm系统性降至350 bpm（图2B），但风险选择概率保持稳定（P=0.93），表明心率降低独立于决策策略。

【选择风险选项时的心率特征】
在决策瞬间（鼻触hole1时），选择风险选项前的心率降幅显著大于确定选项（Δ15 bpm vs Δ6 bpm，P=0.0047）（图3A-B）。这种"决策前减速"现象在25:75任务中同样存在（P=0.021），但幅度较小（图4E），提示不确定性程度影响生理反应强度。

【奖赏结果对应的心率反应】
获得4滴水时心率显著升高（50:50任务：P=0.0015；25:75任务：P=0.001），而确定奖赏（2滴或1滴水）仅引起微弱变化（图3C-D，图4G-H）。这种"奖赏幅度依赖性加速"不受前次试验结果影响（图3E），表明是即时生理反馈。

讨论部分指出，该发现与人类研究形成有趣对照：健康受试者在赌博获胜时也表现心率加速，而问题赌徒则呈现异常反应。研究提出两种解释机制：1）中枢神经系统通过交感神经下调降低整体唤醒水平；2）心率减速通过传入神经信号（如迷走神经）影响决策脑区，符合躯体标记假说（somatic marker hypothesis）。特别值得注意的是，25:75任务中较小的心率变化幅度，可能反映概率可预测性对生理反应的调节作用。

这项研究的意义在于：首次建立动物风险决策的心率动态模型，为心脑交互研究提供新范式；发现心率变化可作为风险偏好的生理指标；为开发赌博成瘾的客观诊断标记奠定基础。未来研究可探索特定脑区（如岛叶或前扣带回）与心率变化的因果关联，以及病理状态下（如成瘾模型）这些生理信号的异常模式。论文由Fukushima Fumiya等完成，获日本学术振兴会（JSPS 23K26159）等基金支持。