人脑杏仁核亚区活动呈现季节性波动并与光照强度及情绪状态相关

《Nature Communications》：Regional activity within the human amygdala varies with season, mood and illuminance

本研究针对季节变化和光照如何通过杏仁核不同核团调节情绪这一关键问题，通过7特斯拉功能磁共振成像技术，揭示了人脑杏仁核内侧与上部核团（如基底内侧核、前杏仁核区等）的活动不仅随季节和时间变化（冬季前后更活跃），且与情绪状态负相关，并首次发现这些区域对情感刺激的处理活性会随光照强度增加而线性降低。该发现为光疗法治疗情绪障碍提供了直接的神经机制证据，对理解生物节律与脑功能关联具有重要意义。

　　

当秋风渐起，白昼缩短，一些人会莫名感到情绪低落、精力不济，这种现象被称为季节性情感障碍（Seasonal Affective Disorder, SAD），而其背后的大脑机制一直笼罩在迷雾之中。光照，作为最强大的环境时间线索，如何穿透我们的颅骨，直接影响情绪的中枢处理器？科学家们很早就怀疑大脑深处一个名为杏仁核（amygdala）的微小结构扮演了关键角色。这个形似杏仁的脑区是情绪的指挥中心，但它的内部结构异常复杂，由多个功能各异的“核团”组成。动物研究提示，特定的光敏视网膜细胞（ipRGCs）可能直接将光信号传递到杏仁核的某些部分，从而快速调节焦虑样行为。然而，在人类大脑中，这些核团是否也对季节更替和光照变化敏感？它们是如何协同工作，最终影响我们的情绪感受的？这些问题长期以来因技术限制而难以解答，因为常规的脑成像技术无法清晰分辨这些紧密相邻的微小核团。

为了揭开这一谜团，由Islay Campbell和Jose Fermin Balda Aizpurua作为共同第一作者、Gilles Vandewalle领导的研究团队，在《Nature Communications》上发表了一项创新性研究。他们利用超高场强7特斯拉（7T）功能磁共振成像（fMRI）技术，以其卓越的空间分辨率，首次在健康年轻人中精细描绘了杏仁核不同亚区在应对季节变化、情绪状态和急性光照刺激时的独特活动模式。这项研究为我们理解光如何“照亮”我们的情绪世界提供了前所未有的神经科学证据。

研究人员开展这项研究的关键技术方法主要包括：利用7特斯拉功能磁共振成像（7T fMRI）进行高分辨率脑活动数据采集；采用基于模板的自动化分割方法将杏仁核划分为10个功能亚区；设计听觉情绪任务（性别判断任务，其中50%为愤怒语调的无效词语作为情绪刺激）；在扫描过程中通过定制化的MRI兼容光照系统精确控制并交替施加不同照度的光刺激（包括黑暗对照和三种不同强度的蓝富集白光以及一种低照度单色橙光）；使用广义线性混合模型（GLMM）进行严格的统计分析，并控制年龄、性别和体重指数（BMI）等协变量。研究队列为29名健康年轻成年人（24±3.1岁；18名女性），他们在一年中的不同季节（冬季4人，春季10人，夏季6人，秋季9人）在比利时列日大学完成了实验。

区域性活动与时间年份和情绪的关系

研究人员首先分析了杏仁核整体及其10个亚区对情绪刺激（愤怒语调）与中性刺激的反应差异。结果证实，任务成功激活了杏仁核，其对情绪刺激的反应强于中性刺激。重要的是，不同亚区的反应强度存在差异，其中三个亚区（中间和背侧基底外侧核、中央核、腹侧基底外侧核和副层核）对听觉刺激没有显著反应，因此在后续分析中被排除。

深入分析发现，杏仁核的活动与一年中的时间（季节）以及参与者的情绪状态（通过贝克抑郁量表-II评估）显著相关，并且这种关联性因亚区而异。具体而言，基底内侧核（BMN，亚区3）和前杏仁核区（AAA，亚区9）的活动表现出显著的季节性波动，其反应强度在冬季开始时（冬至前后）达到峰值。而内侧和皮质核（MCN，亚区5）以及杏仁核过渡区（ATA，亚区7）的活动则与情绪状态相关，情绪越差，这些区域的活动越强。前杏仁核区（AAA）和间隔核（亚区10）也显示出与情绪相关的趋势。这些结果表明，杏仁核内侧和上部区域（包括BMN、AAA、MCN、ATA）的活动特异性地反映了长期的季节性变化和即时的情绪状态。

光照强度线性降低内侧-上部杏仁核的活动

接下来，研究团队探究了急性光照（不同照度）对杏仁核各亚区活动的影响。统计分析显示，光照的影响因亚区而异，并且依赖于刺激类型（对情绪刺激处理过程的影响更明显）。事后检验表明，光照变化显著影响了四个亚区的活动：基底内侧核（BMN）、内侧和皮质核（MCN）、杏仁核过渡区（ATA）和前杏仁核区（AAA）。详细分析揭示，在处理情绪刺激时，这四个亚区的活动随着光照强度（以黑视素等效日光照度mel EDI lux衡量）的增加而线性下降。全脑分析也在这些区域附近发现了与光照相关的负激活簇，支持了这一发现。值得注意的是，这四个对光照敏感的亚区，正是那些与季节或情绪相关的区域。

光对杏仁核的区域性影响取决于时间年份和情绪

最后，研究考察了光照效应本身是否受到季节和情绪状态的调节。结果表明，光照对杏仁核各亚区的影响确实随着一年中的时间和情绪状态的不同而非均一。虽然经过多重比较校正后未达到显著性水平，但统计趋势提示，光照对杏仁核过渡区（ATA）的影响在夏季前后最大，而对前杏仁核区（AAA）的影响则在情绪更差时更大。这意味着，即使在早晨进行的短期光照暴露，其大脑效应也保留了对更长光照历史（如光周期）的“记忆”，或者受到内源性季节/年节律振荡器的调节。

这项研究通过高精度脑成像技术，将人类情绪的复杂调节与宏观环境因素（季节、光照）在杏仁核的微观亚区水平上联系起来。研究发现，杏仁核的内侧和上部核团（如BMN、MCN、ATA、AAA）构成了一个关键网络，其活动不仅随季节呈现内源性波动（冬季增强），也与负面情绪程度正相关。更引人注目的是，急性光照暴露能线性抑制这些核团在处理情绪信息时的活动，且这种抑制效应本身也受季节和个体情绪状态调制。这提示，存在一条可能不依赖于主生物钟（视交叉上核SCN）的、直接从光敏视网膜细胞（ipRGCs）到杏仁核内侧区域的快速通路，用于急性调节情绪。而长期的季节性效应则可能涉及SCN间接通路。

该研究的结论具有多重重要意义。首先，它提供了人类大脑功能存在季节性（季节性）的直接神经影像学证据，将季节性情感障碍的生物学基础从现象描述推进到特定脑环路的识别。其次，它阐明了光疗法起效的潜在即时神经机制——即通过重复抑制杏仁核相关核团的过度活动来改善情绪，这为优化光疗法（如治疗时机、光参数选择）提供了理论依据。此外，研究结果强调了在探讨光对大脑和情绪的影响时，必须考虑其作用的区域特异性和背景依赖性（如季节、个体情绪基线）。未来研究需要在更大样本、包括临床人群（如抑郁症患者）中验证这些发现，并利用连接组学方法揭示光调控情绪所涉及的完整大脑网络。总之，这项研究照亮了环境光调控情绪的一条关键神经通路，为理解大脑如何整合外部自然节律与内部情绪状态做出了重要贡献。