Science：揭示大脑的岛叶皮层利用身体信号来调节恐惧

2021年11月22日讯/生物谷BIOON/---恐惧是生存的必要条件，但必须得到很好的调节，以避免有害的行为，如惊恐发作或过度的冒险行为。如今，在一项新的研究中，来自德国马克斯-普朗克神经生物学研究所的研究人员在小鼠身上发现，大脑依靠身体的反馈来调节恐惧。相关研究结果发表在2021年11月19日的Science期刊上，论文标题为“Fear balance is maintained by bodily feedback to the insular cortex in mice”。

大脑的岛叶皮层（insular cortex）对发出危险信号的刺激作出强烈反应。然而，当身体因恐惧而僵住时，心跳会减慢，导致岛叶皮层活动减弱。处理这些对立的信号有助于岛叶皮层保持恐惧的平衡。因此，身体的反应被积极地用来调节情绪，远远超过了被动的情绪反应。

我们通常认为恐惧是非常不愉快的。然而，这种情绪有一个至关重要的功能：它可以防止我们从事过于危险的行为。然而，这只有在恐惧被控制在健康范围内时才能发挥作用。过度强烈的恐惧会严重损害我们的日常生活，就像焦虑症或恐慌症中的那样。那么，如何才能使恐惧保持平衡？似乎很明显，身体信号可能起到了关键作用，因为恐惧会使我们的身体发生明显的变化。心脏跳动加快或呼吸变浅。然而，大脑究竟如何处理这些信息以最终调节像恐惧这样的情绪，在很大程度上仍然是未知的。

论文通讯作者、马克斯-普朗克神经生物学研究所的Nadine Gogolla博士及其团队如今获得了关于身体-大脑相互作用对情绪调节影响的重要新见解。他们把重点放在岛叶皮层上，这是一个处理积极情绪和消极情绪的大脑区域。

此外，它还接收来自身体的信息，例如来自心脏或肺部的信息。他们向小鼠播放了一种音调，并将这种音调与一个不愉快的刺激相结合。一段时间后，小鼠对该音调产生了恐惧，这表现为“僵住”---一种人类和许多其他物种共有的典型恐惧行为。当该音调不再与不愉快的刺激物配对时，这些小鼠逐渐学会不再害怕它。

岛叶皮层使恐惧保持平衡

为了研究岛叶皮层在恐惧调节中的作用，Gogolla团队在这种“忘却恐惧（fear unlearning）”过程中使岛叶皮层失活。

论文第一作者Alexandra Klein说，“这一结果对我们来说是一个真正的惊喜。我们观察到小鼠的行为有很大的不同，这取决于它们在开始时的恐惧程度。与岛叶皮层活动正常的小鼠相比，高度恐惧的小鼠忘却恐惧的速度较慢，而不太恐惧的小鼠忘却恐惧的速度要快得多。”这些研究结果表明，岛叶皮层将恐惧水平保持在一定范围内。在高度恐惧的小鼠中，它缓慢地忘却恐惧记忆，而在恐惧程度较低的小鼠中，它快速地忘却恐惧记忆。

在光遗传学抑制期间InsCtx的体内电生理单单位记录。图片来自Science, 2021, doi:10.1126/science.abj8817。

为了更多地了解这个基本过程，Gogolla团队检查了具有不同恐惧水平的小鼠的岛叶皮层的活动。在恐惧程度较低的小鼠中，一旦它们接触到引起恐惧的音调，岛叶皮层的活动就会增加。相反，高度恐惧的动物在听到这种音调时显示出岛叶皮层活动的减少。令人震惊的是，Klein观察到，一旦小鼠表现出恐惧诱发的僵住行为，它的心率就会下降，岛叶皮层的活动也会下降。高度恐惧的小鼠在听到这种音调时僵住的频率和时间都大大增加，这可以解释观察到的它们的岛叶皮层的失活。

来自身体的反馈

为了测试心率和岛叶皮层活动之间的联系，Gogolla团队通过迷走神经干扰了身体和大脑之间的信息流动。有趣的是，当心脏和大脑之间的交流被中断时，岛叶皮层的活动保持稳定，在僵住期间没有减少。因此，这项新的研究表明，岛叶皮层需要来自身体的反馈，以将恐惧维持在一个适当的水平。此外，它还提供证据表明，僵住期间发生的身体变化是情绪调节的一个重要部分，而且僵住远不止是一种被动的情绪反应。

由于人类岛叶皮层的功能障碍与各种类型的焦虑症有关，这项新的研究开辟了令人兴奋的新视角。我们能否利用行为及其身体反馈来积极地调节情绪？

Klein说，“长期以来，神经科学忽略了一个事实，即大脑并不是孤立地工作的。身体在情绪调节中也起着至关重要的作用。我们的研究表明，当我们试图了解情绪如何被调节时，我们应该考虑身体信号的重要性。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Alexandra S. Klein et al. Fear balance is maintained by bodily feedback to the insular cortex in mice. Science, 2021, doi:10.1126/science.abj8817.