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科学家在大脑中发现了恐惧与勇气的转换机制,可让“懦夫”变勇士

 扫地僧一一 2018-05-03
在一项最新的研究中,斯坦福大学医学院研究者们发现,当小鼠看到危险的时候,其大脑内部有两簇相互邻近的神经细胞会被激活,其活跃程度影响着小鼠会被吓呆还是勇敢的反击。同时,研究者已经可以通过直接控制这两簇神经来改变老鼠面对危险的抉择。这项研究发表于2018年5月2日的《自然》杂志。
在一项最新的研究中,科学家们在小鼠大脑的正中位置发现了两个相互邻近的神经簇(cluster of nerve cells),或者叫神经核(nucleus)。在小鼠感到危险的时候,这两个神经核分别会向大脑的不同区域发送信号。通过选择性的改变这两个神经核的激活水平,研究人员可以直接控制实验中的小鼠作出不同的选择:在隐蔽的角落里吓得一动不动,或是勇敢的站出来,向捕食者反击。
“人脑中可能会有与之类似的结构”,斯坦福大学医学院的神经生物学与眼科学副教授安德鲁·休伯曼(Andrew Huberman)说道,他是这篇论文的通讯作者。因而,寻找无创方式来调控人脑中的这两簇神经,或许可以帮助那些患有过度焦虑、恐惧症或是创伤后应激障碍的病人过上正常的生活。
“这将打开新领域的大门,让我们在未来的工作中可以探究,如何让人类在威胁与挑战面前不被吓倒。这能让我们过上更好的生活”,休伯曼说道。
 险中求生的老鼠
在老鼠的生活中充满了各种危险,但这种啮齿动物已经进化出了各种能力和策略来应对它们。例如,当猛禽——像老鹰、猫头鹰等——在天空中盘旋的时候,它们可以根据实际情况作出以下各种不同的选择:保持一动不动,让敌人难以发现;快速躲进附近的掩体中(如果有的话);疯狂的逃命。
研究人员用一个大鱼缸来模拟这种场景:他们用一块显示屏作为鱼缸的顶盖,这个显示屏会播放一个黑斑从小到大的变化过程,这可以给鱼缸中的小鼠“猛禽在逼近”的视觉感受。
确认影响勇气与恐惧的关键脑区域
研究人员发现,在这种“迫在眉睫的危险”面前,小鼠脑中的部分区域会异常活跃。这个区域被称作“腹侧中线丘脑(ventral midline thalamus,缩写为vMT)”,论文的第一作者,斯坦福大学神经生物学系的研究生林赛·萨莱(Lindsey Salay)说道。这种检测是通过在小鼠颅内植入电极来实现的。
萨莱在实验中映射了VMT区域的输入与输出信号,发现它会接收脑内其他区域传来的感觉信号与调解大脑内部状态区域产生的信号(比如大脑唤醒水平(arousal level))。通过进一步的追逐,研究人员发现这些信号最终传到vMT区域中的两个目的地:“基底外侧杏仁核(basolateral amygdala)”中的“剑突核(xiphoid nucleus)”和“内侧前额叶皮质(medial prefrontal cortex)”中的“连结核(nucleus reuniens)”。先前的研究工作中已经确认,基底外侧杏仁核区域会负责威胁的检测与恐惧的产生,而内侧前额叶皮质区域则会负责与焦虑有关的高级功能。
vMT区域在小鼠大脑内的位置
直接控制小鼠面对危险时的行为
接下来,研究人员通过电信号选择性的改变小鼠大脑中特定的神经细胞集,来刺激或抑制传向这两个神经核的信号。
结果非常明显,在刺激“剑突核”时,小鼠面对“空中的猛禽”会倾向于一动不动;但刺激“连结核”时,小鼠则出现了令人震惊的表现:它会面向“空中的猛禽”站立起来,并用尾巴向地面不停的拍打,这是它们在面对同类时极具挑衅性与侵略性的行为。
休伯曼说,这无疑是一种“勇敢”的表现。它们把尾巴甩得啪啪作响,无异于人类拍着自己的胸脯说:“来打一架吧!”而且,这种表现肯定不是电信号单独作用导致的,因为这只小鼠在没有看到“空中的猛禽”时,表现非常冷静。在另一个实验中,研究人员让小鼠只在看到“空中的猛禽”的30秒之前接受刺激,取得了同样的效果。
另有一组实验证实,在自然状态下,小鼠脑内的VMT区域会影响自主神经系统(autonomic nervous system),因为刺激vMT可以明显看到小鼠瞳孔变大,这是自主神经系统被唤醒的表现。应该是这种影响主导着小鼠面对危险时的策略:战斗、逃跑还是呆立不动。
文章中给出的一张表现小鼠脑内神经细胞活动的图像
某些心理疾病患者的福音
休伯曼说,人类大脑中应该藏着和小鼠的vMT区域类似的结构。他推测,患有恐惧症、过度焦虑或是创伤后应激障碍的人可能就是这一区域出现了异常。目前,他的团队正在探索技术,诸如深呼吸或放松注视前方等等,调节这些患者的自主神经系统状态。这种想法的本质就是,减少患者脑内刺激vMT区域的信号,或是让人脑中等价于小鼠剑突核与连结核结构的信号尽量平衡,来增加患者的大脑“缓解压力的能力”。

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