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        我们并不总是理解自己的情绪，但如果没有它们，我们就无法过上正常的生活。 它们引导我们度过一生，指导我们做出的决定和采取的行动。 但是，如果它们不合适或停留时间过长，它们可能会造成麻烦。

         神经科学家和精神病学家尽管尽了最大努力，但对我们情绪背后的大脑活动、它们如何让我们打勾以及它们如何让我们生病的了解几乎不够。

         Now 在计划发布的研究中5 月 29 日在《科学》杂志上，斯坦福大学医学院的研究人员绘制了全脑神经元处理，这是由轻微不愉快的感官体验引发的情绪反应的基础。 事实证明，这种大脑活动的特征是人类和小鼠共有的——进而，介于两者之间的每一种哺乳动物都是共享的。 （也许您的宠物已经向您解释了这一点。

         这些发现可能有助于揭示许多神经精神疾病背后的一些驱动力，这些疾病的特征是很大程度上是由于麻烦的情绪表现。

         “情绪状态是精神病学的基础，”生物工程、精神病学和行为科学教授 Karl Deisseroth 医学博士说，他领导了一个跨越斯坦福医学院医院和实验室设施的协作团队。 与 Deisseroth 共同撰写该研究的高级合著者是精神病学和行为科学教授 Carolyn Rodriguez 医学博士; Vivek Buch，医学博士，助理教授神经外科; 和 Paul Nuyujukian，医学博士，博士，生物工程和神经外科助理教授。 该研究的主要合著者是博士后学者 Isaac Kauvar 博士和 Ethan Richman 博士，以及医学博士/博士生 Tony Liu。

         该研究是斯坦福大学医学院人类神经回路研究计划的一个项目，该计划是由 Deisseroth 创立和领导的多学科合作项目，旨在了解人脑在健康和疾病。 HNC 计划在住院医疗环境中开发并汇集了最先进的方法，用于同步和超精密测量和扰动人类行为和大脑活动。

         在这项研究中，Deisseroth 和他的同事主要关注对负面感官体验的反应。 但他怀疑，他的团队观察到的全脑活动模式也适用于积极的体验。 （他的团队也在探索这些。

         拉动它总而言之

        “哺乳动物谱系对大大脑大小做出了巨大的进化承诺，以及随之而来的成本和收益，”D. H. Chen 教授和霍华德休斯医学研究所研究员。 即使是老鼠的大脑（与相同大小的非哺乳动物相比很大）也包含近 1 亿个神经元; 人脑，将近 900 亿——大约是它的 1000 倍。

         “更大的大脑意味着更丰富、更复杂的精神生活，”Deisseroth说。 “但是，一旦你扩大了规模，就会有真正的限制。 人脑是如此之大，那些丰富而复杂的信号需要一些时间才能在整个大脑中完全传播、收敛并正确整合。 然而，为了做出准确的决策，您的大脑必须同时将您的多个传感数据流、您的目标、您在空间中的位置、您的生理需求等等汇集在一起。 如果这没有发生，就会做出错误的决定和采取错误的行动。

        Deisseroth 说，情绪可能代表整合了大量信息以指导持久行为模式的状态，但可能需要一个时间窗口，在广泛分离的大脑结构之间进行持续交流才能完成这种整合。

        “调整这种通信的时间尺度可能是典型大脑功能的一个重要方面，”里奇曼补充道。 “这类似于钢琴延音踏板的动作，它延长了短暂演奏音符的持续时间。”这种全脑交流模式的稳定性过度缩短或过度延长都可能导致以情绪功能障碍为特征的神经精神疾病。

         那些促成情绪的活动模式可能是什么？ 由于人脑活动非常复杂，因此要弄清楚哪些观察到的信号是重要的信号是一项挑战。

         Deisseroth 以开发光遗传学而闻名，这是一种使用靶向光激活的复杂且现已广泛使用的方法蛋白质与光脉冲一起诱导选定的神经细胞或一组神经细胞在按下开关时发射或静音。 但这项新研究（依赖于短暂住院的人类患者）根本没有使用光遗传学。

         相反，斯坦福大学团队使用了一个聪明的进化技巧。 为了确定情绪如何响应体验而出现，研究人员对小鼠和人类的神经活动进行了全脑筛选——这两个物种来自同一个祖先大约 7000 万年前 -- 寻找两个物种中存在的活动模式，这些模式可以由相同的情绪生成刺激诱导，可以以相同的方式测量，与相同的高速行为同步，并被相同的干预所阻断。

         “这种方法使我们能够将研究重点放在小鼠和人类共享的关键原则上，”Kauvar 说。

         如果在如此长的进化时间内，特定的大脑活动模式（最终由控制大脑结构和功能的基因决定）无助于生存和繁殖，它会丢失，Deisseroth 说，而“如果大脑动力学原理在那段时间内保持不变，你最好相信它可能很重要。

         抽吸、眨眼、眯眼

         首先是反射，然后是情绪反应：你在炉子上烫伤了手，条件反射地把它拉开，然后感觉到痛苦蔓延和诅咒。 枪声 -- 或类似的声音 -- 在陌生的黑暗街道上Neighborhood at Late Night 会引发反射性的躲避反应，然后是恐惧和谨慎感。

         从不愉快的感官输入中产生的情绪的例子不胜枚举。 但这些实例通常很难衡量，而且通常既困难又危险。 对于实验，触发刺激需要安全、可重复且易于传递——在这种情况下，适用于小鼠和人。

         对于这项研究，选择的方法是一种采用的工具在每个眼科医生的办公室。 Deisseroth 的团队利用眼科医生用来输送少量空气的设备来检查患者眼压。 虽然不是痛苦的经历，但肯定有点不愉快。 在这里，使用这种令人厌恶但医学上安全的刺激可以精确控制刺激的时间、持续时间和强度。 研究人员确切地知道每次抽吸何时开始和停止——这对于跟踪每个受试者的全脑反应。

         科学家对参与者进行了多个系列精确定时的“眼泡”，参与者询问他们对泡芙的感受，将其描述为“烦人”、“不愉快”和“不舒服”，但肯定不痛。 反复的快速射眼泡产生了越来越大的烦恼感，这种烦恼感超过了眼泡系列。

         Deisseroth 指出，那种沮丧的心态可以是适应性的。 “任何重复的一系列负面事件对大脑，在指导未来的行为时要考虑。

         为了以高分辨率记录全脑活动，Deisseroth 和他的同事在斯坦福医院招募了一组患者，这些患者由于经常癫痫发作，对药物反应不足，因此通过手术将电极插入大脑深处，以便神经科医生和神经外科医生团队， 为了实现更有针对性的治疗，可以定位每个患者独特的关注点 --过度兴奋的起源点，癫痫发作会从该起点扩散到原本健康的脑组织中。

         虽然所有这些电极都是出于纯粹的临床原因植入患者的大脑，但它为实验提供了一个偶然的途径，否则这些实验将很难或不可能进行。

         “这些患者通常在行动不便的医院病床上度过大约一周的时间，在此期间，这些植入的颅内电极进行记录，而治疗团队则等待自发性癫痫发作，“刘说。 在这段漫长的时间内，这些患者非常愿意自愿参加和参与研究人员的创新研究。 发现

         受试者对随机定时的眼罩的可见反应非常一致。 作为对每一次抽吸的回应，受试者们立即反射性地短暂地眨了眨眼。 在每次抽吸后的几秒钟内，受试者还表现出额外的眯眼或快速的额外眨眼。 这个额外的泡芙后闭眼是对令人不快的刺激的自然反应（因为它们无法预测下一次泡芙的时间）。 它也是可精确量化的，提供了对感官刺激后立即触发情绪的行为的见解。

         一直以来，实验者都在跟踪受试者的大脑活动。 他们发现了一种独特的两阶段模式：在眼罩后的前 200 毫秒内，他们观察到一个强烈但短暂的活动峰值将眼罩的“消息”广播到整个大脑。 在接下来的 700 毫秒左右，接下来是一个单独的、更持久的 puff 触发的大脑活动阶段，更具体地说是定位于大脑中与情绪相关的特定回路的子集。 Deisseroth 指出，由于团队同时进行的电气记录和行为技术，这种模式是可以被发现的，它显示了产生全脑交流的时间，这可能与情绪有关。

         由于这项研究的核心思想是寻找人类和小鼠之间的共同原理，因此科学家们在小鼠中并行进行了相同的实验。 值得注意的是，该团队在小鼠中观察到了非常相似的大脑活动的两阶段模式。 此外，快速连续地向小鼠提供一系列的 8 次泡眼会诱导第二阶段大脑活动的积累，并使小鼠进入全身阴性情绪状态，他们参与寻求奖励行为的意愿持续降低进一步证明了这一点。 （这种持久性和普遍性是情感的典型特征。

         与斜视一起消失

         然后，研究人员使用了一种选择适合人类和小鼠使用的药物，以进一步测试这种持续活动模式的重要性。 氯胺酮在麻醉中广泛使用，在低剂量下被 FDA 批准为抗抑郁药。 甚至在这些较低剂量下，已知氯胺酮会引起一种称为解离的现象，其中对刺激的典型情绪反应减少或不存在。

         “氯胺酮接受者完全了解感官体验，但他们通常对这种体验没有典型的情绪，即使这种感觉通常会令人不快，”Deisseroth 说。 “就好像它发生在某人或其他事情上一样。” 他说，氯胺酮的这种解离作用会在一个小时左右的时间内消失。

        在仔细设置他们的研究方案后，他们可以安全地在医院向植入电极的人类受试者施用单剂量的氯胺酮，并在完全知情同意的情况下，科学家们发现，确实由反复吹气引起的负面情绪（如患者所描述的那样）得到了极大的抑制。

         Liu说，临床研究的一个重要部分是能够直接询问参与者的经历。

         “空气吹拂 . . . 毡很有趣，“一位参与者说。 “感觉就像我眼球上的小耳语，”另一位说。

         与这种主观烦恼感的丧失相一致，人类受试者也没有表现出自我保护行为——即使他们完全意识到了抽吸，他们仍然睁着眼睛，并继续有强烈的反射性眨眼。 值得注意的是，对行为的选择性影响相同（保留反射性眨眼，同时阻止长时间的眼睛自我保护闭合）。

         该团队进行了最后一组确定性的测量来检验他们的核心假设。 如果大脑活动的持续第二阶段在情绪反应中很重要，那么在这两个物种中，这个较慢的阶段将被氯胺酮选择性地减少，从而有效地加快大脑的反应。 在人类和小鼠中，研究小组发现，最初的全脑活动快速爆发完全不受氯胺酮的影响。但是，当科学家们测量了较慢的第二阶段 Puff 后大脑活动消退的速度时，他们发现氯胺酮加速了这种衰减，有效地增强了大脑的反应，并将 Puff 诱导的活动限制在短暂的时间窗口内（类似于松开钢琴的延音踏板以终止 注意）。

         “这一切都表明，大脑活动的持续第二阶段与情绪状态密切相关，”Kauvar 说。

         如果加速的大脑活动阻止了情绪状态的形成，即使在 Eye Puff 不存在的情况下，这种由氯胺酮引起的加速也应该是可以检测到的。 正如预测的那样，该团队发现，即使没有眼罩，氯胺酮也会加速“内在时间尺度”——衡量大脑活动模式相关时间的量度。 在这两个物种中，氯胺酮消退后内在时间尺度迅速恢复到正常持续时间。

         最后，团队发现氯胺酮还可逆地降低了两个物种的大脑同步性。 “解离药物可能会使大脑活动的稳定阶段变得如此短暂，以至于信息无法在整个大脑中正确整合，包括建立情绪状态，”Deisseroth 说。

         一门基于时间的情感科学？

         这些可调谐的、可测量的时序属性，当被推到典型范围之外时——无论是在减速还是加速方向——都可以提供关于分类的线索。量化甚至可能治疗神经精神疾病。

         “这种综合大脑活动的过于快速的衰减（如氯胺酮引起的）通常会阻止从大脑不同区域流入的信息的协调，”Deisseroth 说。 这可能会导致右手实际上不知道左手在做什么的情况。 “精神分裂症患者报告说，他们对自己行为的控制是外来的，而不是自我产生的，”“戴瑟罗斯说。

         另一方面，如果脑部疾病导致第二波大脑活动衰减太慢或积累过多的力量（可能是由于大脑布线或基因表达的差异，甚至与个人经历有关），这可能会导致大脑状态过度稳定，从而导致持续或不合时宜 情绪或侵入性想法，类似于创伤后应激障碍、强迫障碍、抑郁症患者所经历的情绪或侵入性想法或饮食失调。 根据代表这种改变的持久性的特定回路，预计会出现不同的症状（和不同的疾病）。

         与健康和疾病中的情绪不同，这种相同的信号持久性质量可以有力地影响信息处理的基本速度，这是人类群体中另一个差异很大的特性。 “众所周知，患有自闭症谱系障碍的人难以跟上高速信息的爆发，这是语言和社会信息处理所需的能力，“Deisseroth 说。 过度稳定的大脑状态是否会导致难以遵循快速变化的输入？

         “这些都是令人着迷的可能性，我们现在正在探索，”Deisseroth 说。 “无偏见的全脑筛选可以揭示出什么，这真是太神奇了，尤其是使用正确的技术和数百万年的进化。”

         斯坦福大学技术办公室Licensing 已申请与该研究相关的知识产权专利。 来自退伍军人事务部帕洛阿尔托医疗保健系统和威尔康奈尔医学院的

         研究人员为这项工作做出了贡献。

         该研究由美国国立卫生研究院（P50DA042012、R01MH105461、R01MH133553 和 R01NS095985 资助）、AE 基金会和匿名捐助者资助。