医学前沿
2022年01月号

恐惧的头脑和心灵

作者:生命新知

你有没有发现自己说话声音太大,很快就开始耳语?这种调节要求你通过大脑指令连接到声带和横膈膜,并通过自己的耳朵反馈你的声音。

许多情况下都会发生这种变化,并对其进行调整。德国马克斯-普朗克研究所的Klein等研究了这种反馈集成如何以及在何处发生,以应对威胁。类似于调节我们的声音让别人清楚地听到一样,调节对环境危险的行为反应需要反馈集成。对危险反应不足可能会导致危险行为,而在安全的情况下,过度强烈的反应会阻止探索、觅食或交配。后一种极端表现在创伤后应激障碍中,尽管有证据表明安全,但恐惧感和逃避行为仍然普遍存在。

当预期危险时,动物表现出自我保护的自主反应(如心率、呼吸的变化)、行为反应(如攻击或逃跑)和认知反应(如恐惧感)。这些在生物学水平上是相互关联的,因此心率的改变可以改变对危险的行为和认知反应,反之亦然。感觉到外部和内部危险信号,与心理评估相互作用会产生恐惧的情感体验。因此,情感的行为和心理方面受到不断更新的传入信息和认知感知的影响。Klein等的研究揭示了一些生物机制,通过这些机制,威胁反应的自主性、行为性和心理方面得以结合起来(见图1)。

通过反复发出带有轻微脚震的声音,实验小鼠被教导或适应危险信号。随后出现的危险信号将唤起心理预测,即威胁迫在眉睫,并引发心率变化和行为冻结。然而,在没有休克的情况下,进一步呈现危险信号违反了对危险的预测,并导致信号诱发的自主和行为反应的正常化或消失。

Klein等寻找身体内部状态(如心率、行为冻结和认知)结合的神经位点,重点关注岛叶皮层。脑岛在解剖学上定位于处理内脏信息,与涉及执行功能和行为控制的皮质和皮质下网络相互连接,并与危险和安全的学习有关。利用光遗传学,一种可以对神经活动的时间精确控制的技术,作者在导致弱或强危险学习的条件下,在危险信号期间抑制岛叶神经元。在弱危险学习后表现出适当的低冻结行为的小鼠中,脑岛抑制增加了冻结。然而,在强危险学习后表现出适当的高冻结行为的小鼠中,脑岛抑制减少冻结。对此的解释是岛叶皮层有助于微调行为反应,以匹配预期的危险程度。

对危险信号的认知和行为反应受内部状态的影响,包括心率。心房压力感受器(血压传感器)介导中枢调节和对心跳的敏感性,通过迷走神经将信号传递到脑干,最终传递到岛叶皮质。Klein等假设,在对危险信号作出反应时,有关心率和行为冻结的信息可能整合在脑岛中,用于更新或调节危险应对。这项研究的一项关键创新涉及在危险学习和消除期间同时记录心率和岛叶皮层神经元活动。与行为冻结和心率一样,对危险信号作出反应的脑岛神经元随着声音-震动(sound-shock pairings)的增加而增加,然后在消除过程中减少。值得注意的是,岛叶神经元对危险信号的反应与心率变化密切相关。对迷走神经的综合刺激以扰乱即将到来的心率信息,选择性地影响了小鼠在最高或最低冻结行为极限下的冻结行为和岛叶活动,表明迷走神经输入对于校准危险反应是必要的。

这些新发现增加了人们对脑岛作为自主神经、躯体和认知信息汇聚点形成决策的认识。反过来,脑岛输出产生饮食、接近或避免以及防御行为,使他们适应特定环境。例如,当饥饿时,脑岛增强了食物预测刺激的显著性,当被压力个体包围时,脑岛有助于做出接近或回避的决策。在危险消除期间,必须更新关于危险可能性的心理预测,这需要脑岛参与。这些岛叶对行为的贡献的例子涉及模糊性或不确定性,这表明岛叶皮层处于对身体状态进行预测的过程的顶端,其输出调节皮层下过程。或者,脑岛可能是大脑皮层决策回路中的一个环节,通过招募额外的执行资源来解决模糊不清的情况,从而间接影响行为。现有数据支持这两种观点,已发现人工刺激脑岛输出足以改变社会态度、冻结和完善行为,功能性神经影像学研究发现脑岛是一个“显著性”网络的中枢,该网络对模糊性作出反应,使中枢神经系统活动偏向执行功能。

从实验室转向日益“虚拟”的社会本质,理解情感的心理、行为和身体方面的需求与以往一样重要。在老鼠身上进行研究的系统进化来应对自然界中公开的和感知到的危险。在身体伤害相对不太可能的情况下,人类必须使用同样的系统,但社会、经济和其他压力形式的心理伤害越来越被认为是焦虑和精神疾病的驱动因素。令人鼓舞的是,对内部状态的心理意识,也被称为“相互感知能力”,是可以学习的,可能有助于个人更好地调节情绪,提高压力复原力。Klein等的工作强调了理解情绪的整体“心、脑、体”方法的重要性,并为未来基础科学提供了一个模板,以揭示与疼痛和疾病相关的复杂状态如何与心理过程相互作用。

参考文献:Christianson JP. The head and the heart of fear[J]. Science,2021,374:374-375.

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