陶術:

圖源:Pixabay
當人們感到緊張、害怕或者其他強烈的情緒時,他們的身體會進入一種所謂的「應激反應」狀態。這種狀態下,心率會加快,呼吸加深加快,血壓升高,肌肉緊繃等等。這些生理變化是身體為了更好地應對可能的危險而做出的反應,但是它們也可能導致人們感到更加緊張和不安。
這也引起了科學家們的疑問,情緒與身體機能之間,到底 「誰是雞誰是蛋」 ?
2023年3 月 1 日,發表於 Nature 的一項新研究 Cardiogenic control of affective behavioural state 為這個問題寫出了一個答案,並且 Nature,Science 同時配發了三篇評論——揭示了心率與情緒之間的聯繫。

長期以來,科學家們一直懷疑心臟和大腦之間的串擾會影響心理健康,為了證實這一想法,美國斯坦福大學的光遺傳學之父 Karl Deisseroth 和同事開發了一種非侵入性的光學起搏器。

他們給小鼠注射AAV9血清型遞送表達光敏感通道蛋白視紫紅質(ChRmine)的基因,使ChRmine在小鼠心臟中特異性均勻表達(由小鼠心肌肌鈣蛋白 T 啟動子(mTNT)控制)。這樣可以讓小鼠心臟中的肌肉細胞對光敏感。然後為小鼠設計了一件背心,這件背心可以發出紅脈衝光直接透過身體到達心臟。利用光信號靶向控制心肌細胞,可以將小鼠的心率提高到每分鐘900次(小鼠的基準心率為每分鐘660次),並且不會引起小鼠運動障礙。在光信號停止後,小鼠心率會恢復正常。
利用這項新技術,研究人員使用高架十字迷宮(EPM)試驗測試了焦慮相關行為,發現與對照小鼠相比,接受光學起搏的小鼠對設備開放臂的探索有限,小鼠更傾向於留在封閉臂的保護區域內,在開放場地測試(OFT)期間小鼠也會避開中心區域。這表明,光學起搏誘發的心跳加快會增強小鼠的焦慮行為。

▲心率增加誘發焦慮樣行為
研究人員進一步研究了這種環境依賴的焦慮相關行為的增強是否可以轉化為經典的操作性任務。他們對小鼠進行訓練,只要小鼠按下槓桿就可以獲得飲用水,但會受到電擊。
結果發現,當小鼠的心跳加速到 900 次/分,電擊機率 10% 時,小鼠停止了按槓桿求水的行為。與之相比,對照組小鼠則是在電擊機率為 30% 的時候才會停止求水行為。這更加確定了心率加快後會升高小鼠的焦慮水平。
接下來,研究人員測量了小鼠的大腦活動,以此識別心腦軸潛在的神經相關性和機制。他們對小鼠進行全腦範圍的篩選以識別受光學起搏影響的區域,發現 光學起搏小鼠許多腦區顯示 tdTomato(亮度最強的熒光蛋白)表達增加,同時pIC(後島葉皮質)和腦幹中 Fos mRNA (早應激反應基因)的內源性表達增加。

▲在對照組和pIC中表達chrmine的小鼠心臟起搏後,通過原位雜交Fos mRNA(洋紅色)測定Fos+細胞的百分比
數據也顯示,plC 和中樞自主神經網絡的其他區域明顯受到光學誘發心率過快的影響,這與人類神經影像學研究一致,說明後島葉與心臟內感受相關聯。為了確定與心臟相關的焦慮迴路是否可以被特異性調節以影響焦慮行為,研究人員使用視紫紅質 iC++ 對後島葉進行抑制。發現在光學起搏期間抑制後島葉減少了心率過快引起的焦慮行為,這表明後島葉可以傳遞心率影響焦慮的信號。

心率加快是情緒焦慮的一個表現,同時它也可以通過神經生理機制影響情緒焦慮。
這項研究確定了大腦檢測心率的機制,並展示了這反過來是如何控制情緒行為的。也意味着從此以後管理焦慮不再只有大腦這一條路可以走,有助於慢性焦慮症的治療。
參考資料:
[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
[2]Reardon S. Anxiety can be created by the body, mouse heart study suggests [published online ahead of print, 2023 Mar 1]. Nature. 2023;10.1038/d41586-023-00584-2. doi:10.1038/d41586-023-00584-2
[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