用于干细胞研究的小鼠心脏,底部显示心肌组织死亡(红色)。

老鼠的心脏。提高老鼠的心跳会提高它的焦虑程度。图源:Volker Steger/科学图片库

诸如恐惧和焦虑可以使心跳加快。现在,一项针对老鼠的研究发现,反之亦然——人为地提高心率也会提高焦虑水平1

情绪和身体感觉之间的联系每个人都很熟悉:当你听到一个可怕的声音时,你的手臂上的汗毛都会竖起来,或者当你听到坏消息时,你的内脏会有一种下沉的感觉。但问题是是否情绪长期以来,驱动身体功能或反过来驱动身体功能一直困扰着研究人员,因为很难独立控制这两种因素。

加州斯坦福大学的神经科学家Karl Deisseroth说:“这是一个争论了一个世纪的鸡生蛋还是蛋生鸡的问题。”他在医学院时了解到这个难题——心理学家威廉·詹姆斯(William James)在19世纪80年代首次提出这个问题,他说这个问题从那时起就一直困扰着他。

穿着考究的老鼠

为了直接测试这一现象,戴瑟罗斯和他的同事们转向了光遗传学,一种利用光来控制细胞活动的方法。该团队通过生物工程改造小鼠,使啮齿动物心脏的肌肉细胞对光敏感。作者还为这些动物设计了能发出红光的小背心,这些红光可以穿过啮齿动物的身体,一直到达它们的心脏。当老鼠的背心发出光脉冲时,动物的人造心肌就会被激发,从而导致心脏跳动。

研究小组训练这些动物,如果它们按下一个杠杆来获得水奖励,就会受到电击。利用光遗传系统,研究小组将动物的心率从正常的每分钟660次提高到900次。当它们的心脏开始加速时,老鼠就不太愿意按杠杆或探索开阔的区域,这表明它们更加焦虑。但对于其他环境下的动物来说,外部增加的心率没有影响,这表明大脑和心脏共同作用产生焦虑。

心所知

当研究人员测量动物的大脑活动时,他们发现,当动物表现焦虑时,心率增加时,脑岛(一个与情绪和身体信号处理相关的区域)变得更加活跃。研究人员表示,这表明脑岛负责整合来自心脏的信号和来自环境的威胁,然后将信息传递到涉及高级认知的区域。

英国苏塞克斯布赖顿和苏塞克斯医学院的精神病学家雨果·克里奇利(Hugo Critchley)说,这项工作“在方法论上是一个重大进步”。他说,这种心脑循环可能是为了帮助动物更快地处理危险信号而进化的:当动物看到潜在的威胁时,甚至在大脑完全处理这种情况意味着什么之前,心率就会上升,基本上是在告诉大脑它应该担心了。

俄克拉何马州塔尔萨的桂冠大脑研究所的精神病学家Sahib Khalsa研究人体器官系统和焦虑之间的联系,他说,这一发现可能会对慢性焦虑疾病的治疗产生影响。例如,有意识地放慢呼吸,长期以来一直被认为有助于减少焦虑。他说:“这些策略有很多用处,人们觉得(它们)有好处,但到底是什么在减少焦虑,还没有得到很好的证实。”他补充说,目前还不清楚急性恐惧——比如对脚部电击的恐惧——是否与慢性焦虑涉及相同的身体-大脑回路,在人类中,这似乎比急性恐惧涉及更多的大脑部分。

情绪的身体

“我太喜欢这篇论文了,”伦敦大学学院的神经科学家莎拉·加芬克尔(Sarah Garfinkel)说。她说,专注于脑回路的心理健康研究还没有完全回答精神障碍是如何产生的问题,但研究其他器官系统可能会提供更完整的图景。“如果你想了解恐惧,你不能只看大脑,”她说。

加芬克尔自己的研究2研究表明,人们可以在“危险的房间”中通过闪光预测痛苦的电击,但在“安全的”房间中却不能。但患有创伤后应激障碍的人很难将他们的恐惧与房间带来的威胁相匹配

戴瑟罗斯说,他希望利用光遗传学来研究大脑和行为是如何受到其他器官系统的刺激的影响的,这些器官系统包括肠道、动物面临威胁时毛发生长的皮肤细胞,甚至是参与形成表情并可能在指导情绪方面发挥作用的面部肌肉。