心跳加速如何改变决策大脑回路

　　

 

为了了解身体内部状态如何影响大脑的决策过程，科学家分析了先前一项临床前研究的数据。他们发现，大脑的两个决策中心包含神经元，这些神经元可能专门监控身体的内部动力学。此外，通过将一些决策神经元转变为内部状态监视器，一种增强的觉醒状态似乎可以重新连接其中一个中枢。

焦虑、上瘾和其他精神疾病的特征通常是科学家们称之为觉醒的强烈状态：心跳加速、血压读数升高、呼吸缩短，以及做出“糟糕”的决定。为了了解这些状态如何影响大脑的决策过程，西奈山伊坎医学院的科学家分析了先前对非人灵长类动物研究的数据。他们发现，大脑的两个决策中心包含神经元，这些神经元可能专门监控身体的内部动力学。此外，通过将一些决策神经元转变为内部状态监视器，一种增强的觉醒状态似乎可以重新连接其中一个中枢。

“我们的研究结果表明，大脑的决策回路可能被连接起来，以不断监测和整合体内发生的事情。正因为如此，我们的觉醒水平的变化可以改变这些回路的工作方式，”西奈山纳什家庭神经科学系和弗里德曼大脑研究所副教授、该研究的资深作者Peter Rudebeck博士说，该研究发表在《国家科学院刊》（PNAS）上我们希望这些结果将有助于研究人员更好地了解构成几种精神疾病基础的大脑区域和基本细胞过程。”

这项研究是由Rudebeck博士实验室的讲师Atsushi Fujimoto博士领导的，他以前研究过大脑如何控制冒险行为。

多年来，科学家们一直将觉醒与决策表现之间的关系描述为一条“U形曲线”。基本上，一点点觉醒——比如一杯咖啡后的觉醒——可能会产生最佳表现。但是太多或太少的唤醒都会增加大脑做出缓慢或错误决定的几率。

这项研究的初步结果支持这一观点。研究人员分析了之前一组实验的数据，这些实验测试了三只恒河猴在接受两种奖励之间做出决定的能力：要么是大量美味的果汁，要么是少量美味的果汁。Rudebeck博士在国家心理健康研究所担任博士后研究员期间进行了这些实验。正如所料，猴子们总是选择喝更多的果汁，平均来说，当它们的心跳加快时，它们会更快地做出这个决定，这支持了这样一种观点，即兴奋状态会促进更好的表现。

接下来，研究人员分析了大脑两个决策中心（称为眶额皮质和背前扣带皮质）的神经元记录的电活动。

他们发现这两个区域大约六分之一的神经元的活动与心率波动相关。换句话说，如果动物的心率发生变化，那么这些细胞的活动也会发生变化，要么加快，要么减慢。这项活动似乎不受猴子获得不同奖励的决定的影响。同时，每个区域中剩余细胞的活动似乎主要参与决策过程。

脑部扫描研究表明，身体的觉醒会改变这些决策中心的活动。Fujimoto博士说：“我们的研究结果在细胞水平上都支持这一观点，并表明这些神经元的唯一工作是跟踪身体内部或相互感受的状态。我们的下一个问题是：在患有焦虑、上瘾和其他精神疾病的患者中出现的那种高觉醒状态下会发生什么？”

为了回答这个问题，研究人员分析了在每只动物的大脑情感中心杏仁核被手术关闭后获得的数据。这使心率提高了每分钟15次。现在，在这种更高的唤醒状态下，动物的心跳越快，它们选择奖励的速度就越慢。这表明，当动物的觉醒状态增强时，它实际上阻碍了决策过程。

当研究小组观察神经活动时，他们发现了更有趣的东西。提高的觉醒状态似乎改变了神经元在决策过程中所扮演的角色。在这两个大脑中心，研究人员都看到了参与决策过程的神经元数量减少的证据。此外，在背侧前扣带回皮质，似乎跟踪内部状态的神经元数量略有增加。这改变了这一区域的信息平衡，就好像决策的神经信号被唤醒“劫持”。

Rudebeck博士说：“虽然不是确定的，但我们的结果表明，提高的觉醒状态会降低大脑中的决策回路，并对其进行控制。我们计划继续研究觉醒如何影响大脑高级功能，以及这如何导致精神障碍。”

Atsushi Fujimoto, Elisabeth A. Murray, Peter H. Rudebeck. Interaction between decision-making and interoceptive representations of bodily arousal in frontal cortex. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2021; 118 (35): e2014781118 DOI: 10.1073/pnas.2014781118