面對壓力與威脅,要逃?還是要戰?——小鼠大腦研究

■試著設想,你一個人走在偏僻的鄉道上,遠方有幾隻狗,突然開始朝著你的方向大聲吠叫與齜牙咧嘴,頗有威嚇的意味。由於這條鄉道沒有別的岔路,兩旁都是田地,此時,眼見狗群逼近,你會選擇:(1)轉身離開或跳入田裡;或者是(2)昂首迎戰?

圖片來源:Getty Images

撰文|莊宇真

縱使多數的人,在落單的情況下,面對狗群的威脅,都不會認為自己有贏面;然而,確實會有人會傾向選擇迎戰。究竟是什麼樣的腦內機制讓我們做出不同的決定?史丹佛大學神經生物學系Huberman實驗室裡的Lindsey Salay博士生,帶領研究團隊,以小鼠(mice)為研究對象,對此機制進行更深入的研究。本篇研究於2018年5月刊登於 Nature

●危險重重的小鼠人生

引言中,在人類的情況劇裡,我找了一群兇惡的狗來當作威脅。不過,對於像小鼠這樣的囓齒類動物而言,存在於生活裡的威脅比起人類可是多得多了。源自野外生活的天性,囓齒類會懼怕從天而降的掠食者(例如:老鷹、貓頭鷹)。因此,當老鼠行走在開闊區域,一旦察覺到頭頂上有動靜,將必須在瞬間做出決定 – 無論是停住不動(好讓空中的掠食者不易偵測到)、就地尋找掩蔽、或乾脆拔腿就跑。

為了瞭解大腦在面對視覺威脅時的反應,Salay使用實驗室裡另一位博士研究員Melis Yilmaz Balban數年前設計的「有掠食者隱約逼近的研究方法」(looming predator’s approach) - 由一個20加侖的水族箱,在箱頂安裝了影像屏幕,透過在屏幕上播放一個逐漸延展的黑色圓盤,模擬猛禽威脅的逼近。

首先,Salay找出當「掠食者隱約逼近」時小鼠腦部較活化的區域,將這個區域稱為「腹側中線視丘」(ventral midline thalamus, vMT)。接下來,Salay再對於vMT區域進(input)與出(output)的訊號進行定位,發現input是來自所有參與內部腦狀態(internal brain states)的感覺訊號;相較之下,output則有高度的選擇性。

研究團隊追蹤output訊號到兩個主要的目的地,分別是:「杏仁核體基底外側核區域」(basolateral amygdala, BLA)與「內側前額葉皮質」(medial prefrontal cortex, mPFC)。當output傳遞到前者時,產生的反應與杏仁核負責處理威脅偵測與恐懼的功能息息相關;而傳遞到mPFC時,則與高層次的執行功能與焦慮相關。研究團隊在追蹤訊號的過程中,進一步在vMT區域找出兩個不同的output訊號區域,分別是output訊號到杏仁核體基底外側核區域(BLA)的「劍突核」(xiphoid nucleus),以及送訊號到mPFC的、緊緊包圍在劍突核外圍的「結合核」(nucleus reuniens)。

接下來,研究團隊使用病毒技術來操縱小鼠大腦的vMT區域,刺激特定區域(劍突核or結合核)發出訊號。研究發現,僅刺激劍突核時,會使小鼠在遇到模擬猛禽威脅逼近時,大幅增加牠選擇靜止在原地不動或躲藏的傾向;相對地,若是僅活化從結合核發出訊號至mPFC的路徑時,則會強化小鼠的攻擊性,包括:搖響尾巴(rattle tail)(意味著宣戰)、持續在寬闊區域跑動(不躲藏),這些反應在小鼠面對此種威脅時是很罕見的。

●研究的後續應用--可以不戰也不逃嗎?

在另一個實驗裡,研究人員在放出「掠食者隱約逼近」的影像前30秒,事先刺激小鼠vMT結合核,結果小鼠依舊會出現搖響尾巴與在空曠區域跑動的行為。這個研究結果意味著,從結合核送到mPFC的訊號,會誘發大腦內部狀態的改變,使小鼠的行為傾向大膽(不顧後果)。同時,此種腦內部狀態的改變,應該是屬於自主神經系統的激發(arousal);最主要的證據是,無論是刺激vMT整體或是單獨刺激結合核,都可觀察到小鼠瞳孔變大的情形,這是交感神經活化時的反應。而自主神經系統同樣也是主司生物「戰或逃」(Fight-or-flight)反應的重要系統。若是使小鼠反覆接觸「掠食者隱約逼近」的影像,小鼠會逐漸習慣,vMT區域的自主活化也會隨之降低。

研究團隊希望藉由此研究,對部分與人類大腦功能相關的疾病,找出可能的治療方法。根據此篇研究的資深研究者、同時也是Huberman實驗室主任的Andrew Huberman博士推測,由於在人類的大腦中,也有同等於小鼠vMT區域的結構,各類恐慌症(phobias)、持續焦慮、與創傷後症候群(PTSD),很可能是在一些因素的影響下,導致vMT區域一直處於有壓力(有威脅逼近)而不斷送出訊號的狀態。

在這樣的假設下,可以衍生出兩種治療策略:(1)減少vMT區域的訊號。例如在Huberman博士的其他研究裡,嘗試在使病人在注視特定壓力來源時,同時進行深呼吸與放鬆的練習法,希望能藉此調節大腦,降低面對特定視覺影像時所產生的「威脅」感;(2)此外,則是本研究的重點,若是能改變劍突核與結合核訊號強度的平衡(逃走or宣戰),或許也能夠藉此改善面對壓力時的調適效果。

 

報導出處:Scientists find fear, courage switches in brain

參考文獻:

  1. Salay LD, Ishiko N, Huberman AD (2018). A midline thalamic circuit determines reactions to visual threat. Nature. doi:10.1038/s41586-018-0078-2
  2. Lin D (May 2, 2018). Connections that control defence strategy[Nature news & views]. Retrieved from https://www.nature.com/articles/d41586-018-04747-4
  3. 科學月刊 (May 3, 2018)。腹側內丘腦中關於膽小與英勇的開關。取自:http://bioforum.tw/modules/tadnews/index.php?nsn=6212

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作者:莊宇真,畢業於交通大學科技法律研究所,現任生物醫學倫理領域專任研究助理。人生最樂之事莫過於找到自己的志業,寫作之於我正是如此。為城邦部落格《健康知心》之格主,擔任國內《熟年誌》雜誌醫藥新知特約作者。知識是觸角,讓人掌握世界;健康是財富,讓人享受人生。

 

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