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研究表明心跳加速可能会改变决策大脑回路

焦虑、成瘾和其他精神疾病的特征通常是科学家称之为兴奋的强烈状态:心跳加速、血压读数上升、呼吸变短以及做出“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们分析了先前对非人类灵长类动物进行的研究的数据。他们发现大脑的两个决策中心包含可能专门监测身体内部动态的神经元。此外,通过将一些决策神经元转变为内部状态监视器,高度的唤醒状态似乎重新连接了一个中心。

“我们的研究结果表明,大脑的决策电路可能会连接到不断监控和整合身体内部发生的事情。因此,我们唤醒水平的变化可以改变这些电路的工作方式,”彼得说Rudebeck 博士,西奈山纳什家族神经科学和弗里德曼脑研究所副教授,该研究的资深作者发表在PNAS (美国国家科学院院刊)上。“我们希望这些结果将帮助研究人员更好地了解导致多种精神疾病的大脑区域和基本细胞过程。”

该研究由 Rudebeck 博士实验室的讲师 Atsushi Fujimoto 医学博士领导,他曾研究过大脑如何控制冒险行为。

多年来,科学家们将唤醒和决策绩效之间的关系描述为“U 形曲线”。基本上,一点点的唤醒——比如喝完一杯咖啡后的体验——可能会产生最佳表现。但是过多或过少的唤醒都会增加大脑做出缓慢或错误决定的机会。

这项研究的初步结果支持了这一想法。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:大量美味果汁或少量果汁。Rudebeck 博士在美国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。正如预期的那样,猴子一直选择喝更多的果汁,平均而言,当他们的心跳加快时,他们做出这个决定的速度也会更快,这支持了兴奋状态可以促进更好表现的观点。

接下来,研究人员分析了从称为眶额皮质和背侧前扣带回皮质的两个大脑决策中心的神经元记录的电活动。

他们发现,任一区域中约六分之一的神经元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通过加速或减速而改变。这项活动似乎不受关于猴子收到的不同奖励的决定的影响。同时,每个区域剩余细胞的活动似乎主要参与决策过程。

“大脑扫描研究表明,身体唤醒会改变这些决策中心的活动。我们的结果既在细胞水平上支持这一观点,也表明一些这些神经元的唯一工作是跟踪身体的内部或内感受状态,”藤本博士说。“我们的下一个问题是:'在患有焦虑、成瘾和其他精神疾病的患者身上看到的高度觉醒状态类型中可能会发生什么?'”

为了回答这个问题,研究人员分析了每只动物的大脑情绪中心杏仁核被手术关闭后获得的数据。这使心率每分钟最多提高 15 次。现在,在这种更高的唤醒状态下,动物的心跳得越快,它们选择奖励的速度就越慢。这表明当动物的唤醒状态升高时,它实际上阻碍了决策过程。

当团队查看神经活动时,他们发现了更有趣的事情。高度的唤醒状态似乎改变了神经元在决策过程中所扮演的角色。在两个大脑中心,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,在背侧前扣带回皮层中,似乎跟踪内部状态的神经元数量略有增加。这改变了该区域所代表的信息平衡,就好像决策的神经信号被唤醒“劫持”了。

“虽然不是确定的,但我们的结果表明,高度的唤醒状态会降低并控制大脑中的决策回路,”鲁德贝克博士说。“我们计划继续研究唤醒如何影响更高的大脑功能以及这如何导致精神疾病。”

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