浙江大学找到大脑控制多种类型情绪的新开关

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2021年3月19日,浙江大学脑科学与脑医学学院段树民院士与虞燕琴教授团队在国际知名期刊《Neuron》在线发表题为“A Substantia Innominata-midbrain Circuit Controls a General Aggressive Response”的研究论文。与以前发现的脑内多个攻击区域不同,该研究发现选择性刺激后侧无名质(posterior Substantia Innominata,pSI),可触发多种类型的情绪性攻击。


浙江大学找到大脑控制多种类型情绪的新开关


无名质是个很久都没有名字的脑区。虽然无名质一直被大家忽略,但在小鼠中,它比研究很多的外侧下丘脑有更大的体积,比中央杏仁核有更多的细胞数量。在人类大脑中,无名质也是个纵贯前后的脑区,其后半部分属于杏仁核延伸区的一部分。


研究团队通过对无名质进行细胞活动的记录,发现两只小鼠在碰面并打斗后, pSI会变得异常活跃,甚至战斗前就响起了“冲锋号”,提示了接下来的攻击发生。通过光遗传方法激活pSI的特定细胞(如投向中脑导水管灰质,一个负责攻击动作的区域),能让被操控的小鼠由“平和状态”,瞬间切换为对同伴发动攻击的“战斗状态”。


更有意思的是,光遗传学激活pSI后,小鼠伴随着“怒目圆睁”、呼吸加快、心率增加、身体颤抖等反应愤怒情绪的生理变化。在多达十三种的情境中(如面临强敌、改变对手、或不同性别等),激活pSI后的小鼠都调整到了“战斗模式”,在给光瞬间攻击对手。


浙江大学找到大脑控制多种类型情绪的新开关


图1 本课题模式图


从生理学的角度看,不断的挑衅可唤起人类的愤怒情绪,甚至诱发暴力。研究团队发现小鼠也是如此,多种威胁刺激都会提高小鼠攻击的概率:越强的威胁刺激,引发攻击也越强。


通过钙信号记录,研究团队发现pSI神经元编码了不同强度的威胁刺激。结合不同程度的威胁与愤怒的相关性,提示我们或许可从pSI的兴奋程度来感知“愤怒”的大小和攻击状态的强弱。


过度的攻击或愤怒具有巨大的社会危害。如何控制不合时宜的攻击行为,成为团队研究的下一个重要目标。研究团队对pSI的细胞进行光遗传学抑制后,本身暴躁爱打架的小鼠立刻变得温和,不再发生攻击,但丝毫不影响其它社交活动。


总结来说,这项研究聚焦于小鼠大脑杏仁核延伸区域——后侧无名质,揭示了其对多种攻击行为的梯度式编码方式。激活后侧无名质触发了情绪性攻击,类似于调用“大脑中的武装力量”,使机体处于一种高度攻击状态,从而介导多种类型攻击行为的表达。这一新发现有助于揭示暴力行为的发生机制,为揭开“愤怒情绪”的神秘面纱,提供了可能的神经生物学基础。


浙江大学脑科学与脑医学学院段树民教授与虞燕琴教授是本文的共同通讯作者,博士生朱正刚、硕士生马青青、博士生苗露、杨鸿斌是共同第一作者。该研究主要受国家重点研发项目、国家自然科学基金、中国医学科学院医学与健康科技创新工程项目、广东省重点领域研发计划项目、中央高校基本科研业务费等资助。


研究背景


在自然界,攻击行为是动物高度保守的本能行为,属于适者生存法则的核心策略。


大部分动物都会演化出各种不同形式的攻击行为:面对同伴的“虎口夺食”,需要决出胜负和等级;为保护下一代,母亲们奋不顾身击退敌人;面对天敌,自然更要拼上全部;面对自己的猎物,则上演追捕和猎杀。


达尔文提出:“攻击行为乃至愤怒在动物和人类中,可能是进化和保守的,适度的愤怒和攻击能够帮助人类生存。”人类不仅保留了表现形式多样的攻击本能,攻击的表达也常常伴随愤怒情绪的迸发。但一旦失控,则可能产生过度的愤怒和病态的攻击,给社会和他人带来巨大危害。那么大脑是如何管理愤怒情绪,并精确调控攻击行为呢?


已有的研究使科学家相信,不同形式的攻击行为分别由脑内不同的神经环路所精准调控,且这些调控受各种环境和动物内在因素(如性别、发育期等)的影响,即这些调控是有条件的。但另一方面,各种攻击行为往往有一定的共性范式,而一些精神病人常常在无任何外界刺激情况下发生不可自控的病理性攻击。那么脑内是否存在一个可以调控各种攻击行为的共性环路?或者存在一个控制脑内“攻击状态”的神经环路,一旦这个“攻击状态”升高,就容易发生各种攻击行为?


文章来源: brainnews

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