陶术:
图源:Pixabay
当人们感到紧张、害怕或者其他强烈的情绪时,他们的身体会进入一种所谓的“应激反应”状态。这种状态下,心率会加快,呼吸加深加快,血压升高,肌肉紧绷等等。这些生理变化是身体为了更好地应对可能的危险而做出的反应,但是它们也可能导致人们感到更加紧张和不安。
这也引起了科学家们的疑问,情绪与身体机能之间,到底 “谁是鸡谁是蛋” ?
2023年3 月 1 日,发表于 Nature 的一项新研究 Cardiogenic control of affective behavioural state 为这个问题写出了一个答案,并且 Nature,Science 同时配发了三篇评论——揭示了心率与情绪之间的联系。
长期以来,科学家们一直怀疑心脏和大脑之间的串扰会影响心理健康,为了证实这一想法,美国斯坦福大学的光遗传学之父 Karl Deisseroth 和同事开发了一种非侵入性的光学起搏器。
他们给小鼠注射AAV9血清型递送表达光敏感通道蛋白视紫红质(ChRmine)的基因,使ChRmine在小鼠心脏中特异性均匀表达(由小鼠心肌肌钙蛋白 T 启动子(mTNT)控制)。这样可以让小鼠心脏中的肌肉细胞对光敏感。然后为小鼠设计了一件背心,这件背心可以发出红脉冲光直接透过身体到达心脏。利用光信号靶向控制心肌细胞,可以将小鼠的心率提高到每分钟900次(小鼠的基准心率为每分钟660次),并且不会引起小鼠运动障碍。在光信号停止后,小鼠心率会恢复正常。
利用这项新技术,研究人员使用高架十字迷宫(EPM)试验测试了焦虑相关行为,发现与对照小鼠相比,接受光学起搏的小鼠对设备开放臂的探索有限,小鼠更倾向于留在封闭臂的保护区域内,在开放场地测试(OFT)期间小鼠也会避开中心区域。这表明,光学起搏诱发的心跳加快会增强小鼠的焦虑行为。
▲心率增加诱发焦虑样行为
研究人员进一步研究了这种环境依赖的焦虑相关行为的增强是否可以转化为经典的操作性任务。他们对小鼠进行训练,只要小鼠按下杠杆就可以获得饮用水,但会受到电击。
结果发现,当小鼠的心跳加速到 900 次/分,电击概率 10% 时,小鼠停止了按杠杆求水的行为。与之相比,对照组小鼠则是在电击概率为 30% 的时候才会停止求水行为。这更加确定了心率加快后会升高小鼠的焦虑水平。
接下来,研究人员测量了小鼠的大脑活动,以此识别心脑轴潜在的神经相关性和机制。他们对小鼠进行全脑范围的筛选以识别受光学起搏影响的区域,发现 光学起搏小鼠许多脑区显示 tdTomato(亮度最强的荧光蛋白)表达增加,同时pIC(后岛叶皮质)和脑干中 Fos mRNA (早应激反应基因)的内源性表达增加。
▲在对照组和pIC中表达chrmine的小鼠心脏起搏后,通过原位杂交Fos mRNA(洋红色)测定Fos+细胞的百分比
数据也显示,plC 和中枢自主神经网络的其他区域明显受到光学诱发心率过快的影响,这与人类神经影像学研究一致,说明后岛叶与心脏内感受相关联。为了确定与心脏相关的焦虑回路是否可以被特异性调节以影响焦虑行为,研究人员使用视紫红质 iC++ 对后岛叶进行抑制。发现在光学起搏期间抑制后岛叶减少了心率过快引起的焦虑行为,这表明后岛叶可以传递心率影响焦虑的信号。
心率加快是情绪焦虑的一个表现,同时它也可以通过神经生理机制影响情绪焦虑。
这项研究确定了大脑检测心率的机制,并展示了这反过来是如何控制情绪行为的。也意味着从此以后管理焦虑不再只有大脑这一条路可以走,有助于慢性焦虑症的治疗。
参考资料:
[1]Hsueh, B., Chen, R., Jo, Y. et al. Cardiogenic control of affective behavioural state. Nature 615, 292–299 (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-05748-8
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[3]Couderc Y, Beyeler A. How an anxious heart talks to the brain. Nature. 2023;615(7951):217-218. doi:10.1038/d41586-023-00502-6
[4]https://www.science.org/content/art