情緒-認知-記憶大腦神經機制 腦邊緣系統下丘腦Papez環路 恐懼和焦慮杏仁核 情緒與記憶 情緒—快樂

情緒的腦機制

情緒的腦機制 - 彭謹 - 博客園

第一節 情緒研究的特點

情緒是高等動物的一種特徵性的心智活動，屬於一種高級神經活動，而在神經生物學研究中，高級神經活動往往是最複雜、研究起來最為困難的領域。

很早以前，心理學家就開始對人類的各種高級心智活動進行了研究，他們發現所有的心智活動都可以歸納為"知"（認知）、"情"（情緒）、"意"（意識）三個大的方面。與認知相聯繫的，是學習和記憶的神經過程。通過對海兔、螯蝦這些低等動物，以及對獼猴這樣的高等動物的研究，目前人們對學習和記憶的機制有了深刻的了解。在意識方面，目前已經建立了很多有用的動物模型，例如各種動物神經核團毀損模型的建立，使我們能夠直接對意識狀態進行研究，對動物的方向感、空間感、判斷能力進行分析。

與認知和意識狀態比較起來，對於情緒或情感的研究則顯得更加困難。與對感覺或者運動的機制研究相比，情緒活動是一種高級神經活動，研究參與情緒活動的神經元的具體功能及其機制其難度更大。

我們很難找到一種可量化的參數來客觀地判定情緒反應。一般來說，科學家們只能採用一些間接的方法來對動物或人類的情緒狀態進行判斷。其中一種研究情緒的方法是對人類或某些高等動物進行情緒表達的測量。比如利用交感神經的興奮、外周血管的擴張等方法，對具體情緒的表達進行評估，做具體客觀的測量。

常見的進行情緒測量的生理參量包括以下3個方面：①肌肉行為：如面部表情，對恐懼的反應，以及逃避、退縮、僵直等肢體動作。②自主神經系統的反射：如出冷汗，心跳頻率、呼吸頻率加快，血壓升高，以及面紅耳赤等。③內分泌活動：如腎上腺素、血管加壓素水平改變，下丘腦-垂體-腎上腺軸興奮性變化等。

不過，間接地判斷情緒狀態往往會遇到一些問題，比如說不同的情緒可能有相同的外在表現，例如慚愧和憤怒都有可能出現面紅耳赤這一狀態，因此對動物進行情緒測量得到的這些參數，有時候並不能完全反映出動物在接受測量時精確的情緒活動。

由於溝通困難，我們無法了解動物具體的情緒感受。因此，還有一些心理學家利用心理學量表的方法，量度人類的情緒感受，但是這些量表往往帶有很強的主觀性。各種量表化研究本質上都是人類的自我報告，而自我報告未必翔實，研究的對象也不見得願意自我報告。因此，長期以來，人類對於情緒的研究一直處在一種定性描述的階段。

第二節 與情緒相關的解剖學結構

從20世紀初開始，一些研究者發現，在腦內有多個部位參與情緒的產生過程，且對不同的情緒有著不同的影響。大約到20世紀30年代，科學家們便已證明在腦內的確存在著與情緒有關的具體解剖學結構，並歸結於現在所熟知的邊緣系統（limbic system）（圖12-1）。

圖12-1

圖12-1 腦邊緣系統

邊緣系統是指高等脊椎動物中樞神經系統中由古皮層、舊皮層演化成的大腦組織以及和這些組織有密切聯繫的神經結構和核團的總稱 。古皮層和舊皮層是被新皮層分隔開的基礎結構。[1]

邊緣系統的重要組成包括，海馬結構、海馬旁回及內嗅區、齒狀回、扣帶回、乳頭體以及杏仁核。上述結構通過帕帕茲環[Papez 環路]相互聯繫，並與其他腦結構（新皮層、丘腦、腦幹）有廣泛聯繫，所以邊緣系統的作用是使中腦、間腦和新皮層結構之間發生信息交換。[1]

通過與下丘腦及植物神經系統的聯繫，邊緣系統參與調解本能和情感行為，其作用是自身生存和物種延續。此外，海馬結構還對學習過程和記憶發揮著突出的作用。因此如果海馬結構或與之功能聯繫的結構受損，則導致遺忘綜合征。其病變部位不同，產生的記憶障礙形式也不同。[1]

一、邊緣葉與邊緣系統

邊緣系統的概念來自法國神經生物學家Broca在1878年發表的一篇文章。他首先指出，在所有哺乳動物大腦的內側表面，都有一組明顯區別於周圍皮層的區域。因為它們形成了圍繞腦幹的一個環，Broca用拉丁語中表示"邊緣"的詞limbus，將這部分腦區稱為邊緣葉。根據這一定義，海馬及扣帶回、嗅皮層（在腦的底面）等位於胼胝體周圍的皮層稱為邊緣葉。Broca當時的報道並未提到這些結構對於情緒的重要性。而且，在隨後相當長的一段時間內，邊緣葉一直被認為其主要功能是參與嗅覺的實現。第一次世界大戰期間，由於大量的顱腦損傷傷員需要外科手術進行搶救，在搶救過程中，早期的神經科學家和腦外科醫生開始對人腦的某些功能進行研究。他們發現，在大腦不同的區域擁有不同的功能。手術時某些特定刺激可以讓傷者產生特定的感覺，某些腦區的損傷有可能造成傷者特定心智活動的損害。而很多證據表明，邊緣葉當中各個結構的損傷均可導致情緒失調。

二、下丘腦

下丘腦位於丘腦溝以下，形成第三腦室下部的側壁和底部。重量僅4g，佔全腦的0.3%左右，它是植物神經的皮質下最高中樞，邊緣系統、網狀結構的重要聯繫點，垂體內分泌系統的激發處。主要包括乳頭體和結節部、視上部。[1]

下丘腦又稱丘腦下部。位於大腦腹面、丘腦的下方，是調節內臟活動和內分泌活動的較高級神經中樞所在。通常將下丘腦從前向後分為三個區：視上部位於視交叉上方，由視上核和室旁核所組成；結節部位於漏斗的後方；乳頭部位於乳頭體。下丘腦位於丘腦下溝的下方，構成第三腦室的下壁，界限不甚分明，向下延伸與垂體柄相連。下丘腦面積雖小，但接受很多神經衝動，故為內分泌系統和神經系統的中心。它們能調節垂體前葉功能，合成神經垂體激素及控制自主神經和植物神經功能。任何下丘腦合團損傷都會引起動機行為的異常，如：攝食、飲水、性行為、打鬥、體溫調節和活動水平。

Hess等人的工作至少提示我們，下丘腦在情緒的傳輸方面具有一定的作用。類似的工作使得人們逐漸意識到，情緒並非某一特定的神經核團獨立作用的結果，多個神經核團之間相互作用可能是形成情緒神經活動的基礎。受到當時已經確認的比較清楚的視覺中樞與視神經之間關係的提示，既然視覺信號通過視神經投射到丘腦換元之後投射到視覺皮層形成清晰的視覺，那麼研究者有理由認為，也許情緒也遵循某種類似的投射機制，從某個地點"發出"情緒，通過某種"情緒通路"投射到丘腦，換元之後在"情緒皮質"形成清晰的情緒感受。到20世紀30年代，有研究者開始提出存在一個發起情緒、輸出情緒和感受情緒的中樞神經系統環路—Papez環路。

三、Papez環路

美國神經解剖學家Papez研究發現，某些皮層區域的毀損對於情緒行為有深刻的影響。這些有關腦區毀損的研究最著名的一個案例就是一位名叫Phineas Gage的鐵路工人頭部受傷的事件（圖12-3）。這名工人的額葉受損，出現了明顯的情緒和自控能力的下降，但是其語言和記憶等功能卻沒有受到影響。Gage以及其他相當多的顱腦損傷或者病變案例明確地告訴我們，腦內的確存在某些專門控制情緒的中樞。而解剖學研究表明，這些情緒中樞（如扣帶回、乳頭體等區域）之間確實存在著神經通路聯繫。因此，Papez提出了腦內存在一條與情緒有關的神經通路的概念。Papez將海馬→穹窿→乳頭體→乳頭丘腦束→丘腦→扣帶回→大腦皮層額葉→海馬構成的環路稱為情緒的思想通路，認為情緒發源於海馬，通過乳頭體投射到丘腦，在那裡產生心跳、呼吸和體溫的變化等生理方面的情緒效應，同時換元之後的神經纖維投射到扣帶回和大腦皮層額葉，產生清晰的情緒體驗。最後信號通過皮層到海馬的投射返回海馬，產生情緒記憶。這個環路中的各個結構和整個環路本身在情緒體驗和情緒表達中都起著關鍵作用。Papez環路學說不僅提到丘腦與情緒有關，還將大腦新皮層和舊皮層與情緒聯繫在一起。

Papezs環

起源於海馬的神經通路經乳頭體,丘腦前核和扣帶回的中繼,返回海馬構成一封閉環路,此環路能作為情緒表達的神經基礎.邊緣環路又名Papez環

1878年法國神經學家和人類學家布羅卡(P.Broca)注意到構成每側大腦半球的一圈組織,如胼胝體下回,扣帶回,鉤回,腹海馬等結構,在解剖上相互聯繫,形成一個環形,他稱之為大腦邊緣葉(limbiclobe),但他沒有提出該葉的功能.1937年，康乃爾大學的比較解剖學家James Papez，提出情緒的認知和產生的腦迴路的假設。他觀察到，狂犬病的病人有強烈的情緒表現，尤其是恐懼和攻擊性行為，解剖發現腦病灶主要在邊緣系統，因此認為邊緣系統在情緒扮演非常重要的角色。Papez的理論對情緒的研究，掀開了可以用腦科學的角度去探索的大門。至1952年,麥克林(P.D.Maclean)正式提出邊緣系統這一術語,就是指那些由前腦古皮質,舊皮質演變而來的結構,以及與這些結構具有密切組織學聯繫並位於附近的神經核團.

帕佩茲環路

帕佩茲環路是生理心理學術語，指的是產生大腦內部影響情緒衝動的邊緣系統環形通路，由神經解剖家帕佩茲於1937年提出。

發現過程

神經解剖家帕佩茲在情緒失常病人死後的屍檢中發現，這些病人損傷的腦結構大多包含有邊緣系統中的許多交互鏈接的通道，如邊緣系統的下丘腦、乳頭體、丘腦前部、扣帶回皮質等。[1]

後研究發現，杏仁核、膈區、穹隆等也包括在這個環路中，故提出了相關環形通路的術語。

影響

帕佩茲環路發現以後，引發了許多實驗研究，有的分別損毀帕佩茲環路中的各個區域，或採用電流刺激這些區域，然後觀察動物的情緒反應。[1]

第三節 研究情緒的現代實驗技術

情緒是一個非常複雜的現象。在上個世紀90年代以前，人們對情緒的研究依然面臨著很多困難：偶然發生的損傷或病理改變可以提示人們特定腦區的功能，但是由於倫理學問題我們不能去人為製造人類的損傷。解剖學研究可以明確神經核團之間的投射，但是屍體上觀察神經纖維投射的時候不能實時了解這些投射的功能。動物實驗可以實時了解動物的情緒反射和神經投射，但是低等動物的情緒反應可能和人類情緒有著較大的區別，而用高等靈長目動物進行研究依然面臨動物實驗倫理學的限制。更為重要的是，所有的需要外科手術來進行觀察和研究腦區活動的實驗，實際上獲得的實驗數據都是手術時動物或者人類的情緒體驗。我們幾乎可以肯定，手術時人類或者動物的情緒與在正常情況下相比有巨大區別。因此要實時了解情緒的具體神經機制，需要技術上有大的突破。

第四節 恐懼和焦慮

一、研究歷史

相對來說，恐懼和焦慮應該是研究得比較多的一種情緒，因為很多比較明確的可測量的生理參量都可以用來評估恐懼。在焦慮和恐懼的情況下，通常會出現交感神經系統的劇烈反應。這種反應影響廣泛，從心率增加到出汗，涉及到全身各個部分。一般來說，就同一個體而言，焦慮水平和身體反應與該個體所遇到的危險的程度成正比。相對來說，可能"羞愧"、"愉快"這樣的情緒要比恐懼更加複雜，因此研究起來也更加困難。在進行某種複雜神經活動研究之前，我們必須先建立起一套判斷這種神經活動是否存在以及其活動強度的評估體系。越複雜的生理現象其評估體系就越難建立。由於無法建立起客觀的評估體系，"愛一個人有多深"這樣的極端複雜的神經現象到目前為止幾乎無法研究。

傳入的感覺信息究竟如何引起恐懼和焦慮相關的行為和生理反應？目前較多的證據提示，大腦雙側顳葉的杏仁核（amygdala）起著關鍵作用。

20世紀30年代，芝加哥大學的Kluver和Bucy發現，雙側顳葉被切除之後，恆河猴會出現一系列的行為異常。這些情緒異常當中，很重要的表現就是恐懼減少。甚至當它們的身邊出現天敵蛇類的時候實驗猴也不會逃避。而且，通常與恐懼有關的發聲和面部表情也在減少。這些觀察都提示，顳葉切除可能會導致正常情緒體驗和表達的減少。

Kluler和Burcy的實驗實際上進行得並不精確，因為他們將雙側顳葉全部切除，包括顳葉皮層這塊區域的全部皮層下結構，其中也包含了杏仁核和海馬，結果導致很多其它功能損傷。為了證明杏仁核在恐懼中的功能，科學家們繼續對各種動物的杏仁核功能進行研究。如雙側杏仁核切除的野貓會像家貓一樣溫馴。大鼠雙側杏仁核切除後會主動接近一隻安靜的貓。更為明確的一個現象是，某些外傷或疾病造成的杏仁核功能毀損也會出現情感和激動減少。美國衣阿華大學的Adophs曾經對一些患有罕見的烏·維（Urbach-Wiethe）綜合症的患者進行過長期的行為學研究。這種疾病患者的杏仁核內會出現罕見的鈣沉積，從而造成杏仁核嚴重病變。這種患者最為明顯的行為學特徵就是他們對於恐懼的認知被選擇性地降低了。

整個20世紀20-30年代，由於第一次世界大戰帶來大量神經系統損傷患者，科學家在中樞神經系統情緒具體機制方面的研究獲得了豐碩的成果。必須指出的是，當時那些成果都是利用類似毀損—觀察的方法獲得的，也就是各種腦區毀損後傷者各種功能或組織學上的變化，對於具體情緒的運行機制人們依然知之甚少。隨著20多年以來的技術進步，科學家們開始對恐懼和焦慮的具體神經生物學機制進行研究。

杏仁核

杏仁核，附著在海馬的末端，呈杏仁狀，是邊緣系統的一部分。是產生情緒，識別情緒和調節情緒，控制學習和記憶的腦部組織，而且研究發現，幼兒自閉症似乎也與擴大的杏仁核有關。

位置

杏仁核（amygdala），又名杏仁體(amygdaloid body)，位於前顳葉背內側部，海馬體和側腦室下角頂端稍前處。主要通過外側嗅紋、終紋和腹側杏仁傳出通路，與額葉內側、眶額回、隔區、無名質、視前區、海馬體、下丘腦、丘腦、紋狀體、顳蓋皮質、島蓋皮質、頂蓋皮質、顳極、運動皮質及腦幹網狀結構等有雙向交互聯繫。

結構

一般杏仁核分為兩部，即基底外側核群和皮質內側群。

皮質內側核群形成杏仁核的背內側部。皮質內側核群包括：①前杏仁區；②外側嗅束核；③內側杏仁核；④皮質杏仁核；⑤中央杏仁核。人類的外側嗅束核最發達。基底外側核群在人腦是最大且分化最好的部分，它包括：①外側杏仁核；②基底杏仁核；③副基底杏仁核，其內側與嗅覺功能區有聯繫，外側與屏狀核有聯繫。其背側的一部被豆狀核所遮蓋，向後連於尾狀核。來自側嗅紋的纖維，經皮質內側核群，並沒有纖維終於基底外側核群。

基底外側核群是杏仁核的非嗅覺功能區，它接受腦幹網狀結構和梨狀區皮質來的纖維可能還接受顥下回的部分纖維：杏仁核發出的纖維，大部組成終紋：自杏仁核腹側發出的纖維，向內側經豆狀核腹側，終於視前內側核、下丘腦前核、視上核團和腹內側核。自杏仁核脊側發出的纖維，向內側經豆狀核腹側，終於無名質、視前外側核團和下丘腦區、隔區、斜角核以及嗅結節等。還有部分纖維越過視前區，終於丘腦。

功能

情緒功能

刺激清醒動物的杏仁核，動物出現「停頓反應」，顯得「高度注意」，表現迷惑、焦慮、恐懼、退縮反應或發怒、攻擊反應。刺激杏仁首端引起逃避和恐懼，刺激杏仁尾端引起防禦和攻擊反應。誘發懼—怒反應時伴瞳孔擴大、豎毛、嗥叫等情緒表現。切除杏仁核，動物出現「心理性失明」：通過視覺看到的東西不知是否可以吃，必需放到嘴裡才知道；「過度變態」：反覆察看、觸摸或以口檢查各種物體，包括原先所畏懼的活蛇或活鼠；情感性行為發生顯著變化或所有的情感反應完全喪失。關於情緒反應的產生機制，有人研究認為存在兩條反射通路。（1）刺激—〉丘腦—〉扣帶回—〉大腦各區域相應皮質（長通路）；（2）刺激—〉丘腦—〉杏仁核（短通路）。長通路的刺激信息經過皮質的精細加工，利於對情緒的控制和採取適當的應對方式，短通路的刺激信息未經皮質的精細加工，速度更快，保證對恐懼刺激作出迅速反應，這對包括人在內的所有生物的生存十分重要。由此可見，杏仁核的主要功能為產生和傳入大腦新皮質的各種外界信息相適應的情緒。

學習和記憶

杏仁核是情緒學習和記憶的重要結構。和海馬一樣，杏仁核對新異刺激出現朝向反應，破

壞兩側杏仁核的動物，對新異視覺刺激的朝向反應大為降低，缺乏對恐懼事件的辨識和反應。相反，在杏仁核正常的情況下，當你聽說鄰居家的狗咬傷了人，見到狗後你會感到恐懼而早早避之，儘管你未曾被它咬過。具有情緒意義的刺激會引起杏仁核電活動的強烈反應，並形成長期的痕迹儲存於腦中。因此，觸動人情緒反應強烈的事件會給人留下長期的記憶，甚至終身。

聯合注意

杏仁核的作用是負責處理面部肌肉和表情，這一功能通常被稱為「聯合注意」。其作用是當人面對一張臉時，杏仁核會對其進行掃描，辨別它是友好的還是有敵意的，以決定是面對這個人，還是逃避。杏仁核增大的幼兒都存在聯合注意方面的問題。

其他功能

杏仁核與其它皮質下中樞一樣，也是植物神經中樞，它能調節機體呼吸、心血管、胃腸道等的功能，尤其是情緒刺激伴隨的植物神經反應受杏仁核直接調控。除此外，它亦參與調節機體的性活動、攝食及調控下丘腦的作用，從而參與控制和調節垂體激素的分泌，調控神經內分泌系統功能。

研究分析

杏仁核並非產生恐懼和驚慌情緒所必需的結構

愛荷華大學（University of Iowa）的一項研究驚訝地發現，三個因大腦杏仁核受損而無所畏懼的女性志願者能夠體驗到內在的恐懼。這表明杏仁核並不是導致人害怕與驚慌的唯一大腦區域。此前數十年針對人類和動物的研究已證明杏仁核在害怕情緒中起著很重要作用。相關研究發表在近期出版的《自然—神經科學》雜誌上。

研究人員對3名大腦杏仁核受損、沒有體驗過害怕的罕見病患進行了測試。在吸入二氧化碳後，這三名患者呼吸受到刺激，產生害怕情緒並出現了恐慌性攻擊行為。其中一名患者小時候體驗過害怕，這是其第二次產生害怕的感覺。先前針對該病患以及有類似問題的病人的研究表明杏仁核受損導致病人在各種害怕刺激實驗以及威脅生命的創傷事件中，失去了害怕的感覺。Wemmie等人的這項研究表明杏仁核並不是產生害怕情緒所必需的組織結構。

研究人員仍不清楚為何唯獨二氧化碳能在杏仁核缺失的情況下刺激產生出害怕的情緒。但是，大多數能引起害怕的事物都是通過視覺與聽覺的方式被投射至杏仁核，從而被感受到。相反，高濃度的二氧化碳是被腦幹中的受體感受到並導致一系列生理變化的產生，從而可能刺激到包括杏仁核在內的其他大腦區域。[1]

功能改善

據科學家證明苯二氮，對杏仁核功能的改善有很大的好處，從基本電生理學性質，BZ對神經元電活動的影響，咪唑安定實驗方面通過試驗證明了苯二氮對杏仁核的影響，並且苯二氮一直在鎮定劑，麻醉劑，安眠藥物方面被廣泛利用。「是葯三分毒」，任何藥物的改善不如食補，酵母、肝、豆類、花生、小麥、胚芽、糙米、燕麥、小米、甘薯、捲心菜及海藻等這些富含維生素B1的食物內含有一點量的苯二氮，也滿足了人體對苯二氮的攝入。另外，多吃含維生素C較多的蔬菜、果以及含鎂較多的香蕉、葡萄、蘋果、橙子等也不僅有利於改善大腦的功能也能很好的改善杏仁核的功能

二、恐懼和焦慮的神經機制

當我們面臨著各種恐懼事物的時候，我們的杏仁核會出現放電增加的現象。毀損實驗也表明了這一點。可是杏仁核的興奮究竟起到了什麼作用？很早人們就通過解剖研究發現，視覺皮層和杏仁核之間存在著大量的神經纖維聯繫，這些纖維聯繫也許意味著人們通過視覺皮層看到某些東西之後會感到恐懼（這是理所當然的）。反過來，當掌管恐懼的杏仁核興奮並且開始向我們的視覺皮層釋放氨基酸類神經遞質的時候我們的視覺皮層又會出現什麼反應呢？這個問題長期以來一直困擾著研究者。一方面我們不能直接切斷一個人的杏仁核投射到視覺皮層的神經纖維然後觀察這個人的變化，另一方面也很難找到單純的剛好有杏仁核-視皮層投射纖維損傷的患者。

第五節 情緒與記憶

情緒和記憶在很多方面都有聯繫。心理學家們早就知道"戰鬥或逃跑"的本能反應：心跳加快，肌肉緊張，整個身體在原始的逃生本能驅動下做好了應急準備。這些反應以及其它一些特殊的反應，是由釋放到血液中的腎上腺素和去甲腎上腺素引起的。但是作為神經遞質的腎上腺素在腦內起著什麼作用呢？人們很早就發現，適度緊張或者恐懼的情緒可能會讓人很快記住一件事情。例如我們總是能夠牢牢地記住那些在我們一生中讓我們情緒劇烈波動的人物或者事件。但是這種記憶加強機制究竟是如何在腦內具體運行的，神經科學們對此一直抱有極大的興趣。雖然fMRI或PET等神經影像學的研究可以讓我們毫無疑問的證明，包括杏仁核、扣帶回在內的情緒中樞與海馬等記憶中樞之間存在相互的纖維聯繫，但是所有的影像學研究並不能告訴我們記憶效應究竟是如何被情緒活動加強的。這也是影像學研究的弱點。

一、腎上腺素能受體阻斷劑可顯著削弱情緒記憶

有時候一些簡單的實驗也能夠證明複雜的效應。美國加州大學的研究人員Larry Cahill讓一組志願者觀看帶有情緒效應的圖片，一組志願者觀看類似但是不帶情緒效應的圖片。圖片的內容是有關一個小男孩和他的母親去他父親工作的地點－一個醫院的實驗室的故事，不帶情緒效應的故事描述小孩參觀醫院之後到幼兒園上學最後被她媽媽接走。而帶情緒效應的故事是小孩在路上遇到車禍，外科醫生對他進行搶救。結果發現觀看帶有情緒效應圖片的志願者能夠更好地記憶圖片中的內容。不過有趣的是，使用腎上腺素β受體阻滯劑普萘洛爾（propranolol）可以阻斷這一效應（圖12-8）。當時並沒有人真正清楚究竟是什麼樣的一種神經機制介導了緊張情緒與記憶之間的關係，但是該實驗非常清楚地表明了腎上腺素和去甲腎上腺素與記憶有著密切的關係，並提示也許人類的記憶中樞海馬與腦內某些腎上腺素能神經元存在某種關係。由於實驗設計簡單合理，觀察結果重要，Cahill等的該項研究被發表在1994年的《自然》雜誌上。

Cahill等的上述研究其方法並不複雜，但其發現猶如打開了一扇探索之門，很快後續的研究者源源不斷地獲得很多重要的發現：Thomas等在1996年的《神經元》上報告了在海馬細胞上存在β腎上腺素能受體。他們發現這種受體的功能與突觸傳遞的長時程增強效應有關，而長時程增強效應恰好就是從螯蝦到我們人類各種生物的記憶現象的基礎。關於長時程增強效應，請參閱本書的第十五章（學習與記憶）。

圖12-8

圖12-8 利用propranolol可以阻斷情緒讓人記得更牢這一現象

當然，任何發現都不可能一帆風順，就在Cahill等人發表他們的論文後不久，其在同一實驗室工作的同事OCarroll就發現似乎這個結果很難重複，並實事求是地發表了自己的新的研究結果。

二、基因敲除腎上腺素能受體顯著影響情緒記憶

不過隨著時間的推移，越來越多的分子生物學證據表明，Cahill等早先利用簡單的行為學實驗發現的β腎上腺素阻斷劑的作用是存在的。到了 2004年，美國賓夕法尼亞大學的Murchison C.F等人開始利用敲除了去甲腎上腺素和腎上腺素受體的小鼠來做實驗，他們用拮抗藥和激動劑分別處理的小鼠作為對照，發現腎上腺素信號對修復中期語境記憶和空間記憶是至關重要，但對一般情感記憶的修復或鞏固則不是必需的。去甲腎上腺素在記憶修復中的作用需要通過海馬中的β腎上腺素受體來完成。Murchison把他們的研究結果發表在了頂級的刊物《細胞》上。他們的研究結果不僅從分子生物學的角度證明了之前Cahill等人的行為學研究結果，他們還提出了新的觀點，認為記憶修復的機制與記憶獲得或鞏固的機制有所不同，早期遺忘的修復機制和晚期遺忘的修復機制也有所不同。基因敲除技術為我們開闢了更多的研究課題和新的領域，神經生物學就是這樣被一代又一代的科學家們利用新的實驗技術，被不斷推向前進。

現在看來，在機體本能應激反應時腎上腺素和去甲腎上腺素對大腦同樣有作用，它們可以使大腦特別注意那些需要我們作出"戰或逃"反應的環境，並且將它們保存在記憶中。這一發現提示我們，大腦有兩個記憶系統，一個用於普通信息，—個用於情緒指令信息。情緒記憶系統可使動物深刻地記住最令其恐懼的事件和環境，可能正是因為它對人類生存具有重大價值，所以才會在人類進化成功。通過解剖學的方法進一步追蹤海馬、杏仁核附近的腎上腺素能神經元纖維將會有助於逐漸揭示恐懼和緊張時記憶更為牢靠這一神經機制。

1. 憤怒的機制

相對於恐懼來說，憤怒的機制更加複雜。在動物實驗的研究中，攻擊性（aggressiveness）常常被用來作為評估憤怒程度的重要指標。但是仔細考究起來，造成動物攻擊性升高的原因有很多，防禦、攝食、爭奪配偶、保護幼崽這些動物行為都有可能伴隨著攻擊性的增高。我們很難把這些攻擊性的行為統統與憤怒聯繫起來。不過，對動物最簡單的攻擊性行為的研究依然可以給我們提供相當多的有關憤怒的信息。

一、攻擊性行為的分類

從分類上來說，動物的攻擊性行為可以分為兩個大類，一類被稱為掠奪性攻擊，另外一類被稱為情感性攻擊。如果考察一隻貓科動物的攻擊行為，雖然這兩種類型的攻擊都能夠產生毛髮豎起、利爪伸出等動作，但是掠奪性攻擊（predatory aggression)往往伴隨著發出的聲音較少，攻擊的部位往往是被攻擊對象的頭部或者頸部等要害部位，攻擊動物的交感神經系統似乎也並沒有怎麼興奮。而情感性攻擊(affective aggression)則相反，動物更多地表現出張牙舞爪的威脅或者防禦的姿態，嘴中發出聲音，自主神經系統也非常的興奮。顯然，後一種帶有情緒的攻擊性行為更符合我們想研究的憤怒情緒。由於這兩種攻擊性行為的存在，使得科學家在利用動物的攻擊性行為模型研究憤怒的機制時需要極端小心。

二、攻擊性行為與性激素有關

很早以來人們就已經發現了攻擊性行為與動物的性激素特別是雄激素水平有關。即使是在人類，甚至也有研究者宣布發現那些有暴力犯罪傾向的男性往往雄激素水平比普通男性要高。另外也有人發現雌性動物在哺乳期的攻擊性行為與催乳素水平升高有關。對於人類，我們往往看不到哺乳期攻擊性行為升高，但是卻能夠發現部分產婦在產後會出現一段時間的抑鬱情緒，這一發現更進一步提示，動物和人類情緒機制之間存在著聯繫和區別。

以上與激素有關的情緒變化的觀察表明，激素與情緒，特別是激素與攻擊性行為之間可能存在密切的關係。雖然並不能完全用激素來解釋攻擊性行為的產生，但對於動物攻擊性行為的研究依然有助於我們理解憤怒的機制。

三、攻擊性行為與下丘腦有關

最早的關於動物攻擊性行為的腦研究始自上個世紀20年代對貓科動物的研究。在這些研究中，以獲得1949年諾貝爾醫學獎的Walter Hess對貓的不同神經核團所做的毀損實驗最為著名。Hess等人從20年代開始就利用外科手術切除貓或狗的部分大腦來觀察它們行為模式的改變。他們發現，對於切除了大腦半球（端腦）的貓或者狗來說，即使是輕微的撫摸也可以導致它們出現毛髮豎起，利爪伸長等表現，這種現象被稱為"假怒"（sham rage）。如果在毀損兩側大腦半球的同時也對間腦特別是下丘腦後部造成損害，假怒現象就會消失。假怒實驗至少可以告訴我們，外周傳入的刺激經過下丘腦後部就會產生憤怒的反應，但是在正常情況下這種反應會被大腦半球所抑制。

在後續的實驗中，Walter Hess進一步利用電極來刺激間腦的各個部分，他發現，雖然對於整個大腦來說，間腦只是很小的一個區域，但是在其不同的部位埋入電極進行電刺激，動物的反應卻完全不一樣。輕微改變電極的位置再刺激，動物就會顯示出打鼾、驚恐、進食、憤怒等行為。到了六十年代，耶魯大學的Flynn等人通過更為精確的實驗發現，如果刺激貓的下丘腦內側部分，那麼貓就會出現情感性的攻擊行為，這些行為同Hess在幾十年前觀察到的威脅性的行為非常相似。比如動物會隆起後背、發出咆哮、心跳與呼吸加快，做出各種威脅的樣子，但是不會直接攻擊面前的其它動物。但是如果刺激下丘腦的外側區，那麼貓就會表現出典型的捕食性的攻擊行為，悄悄接近獵物，然後突然對獵物（往往是一隻老鼠）的頸部發出致命的攻擊。

四、下丘腦調節攻擊性行為的神經通路

下丘腦的刺激是如何調節存在於腦幹的呼吸心跳中樞呢？進一步研究可以發現，在下丘腦主要有兩條通路投射到腦幹，分別稱為前腦內側束（medial forebrain bundle ，MFB）和背側縱束（dorsal longitudinal fasciculus，DLF）（圖12-9）。前腦內側束投射到中腦的腹側背蓋區（ventral tegmental area，VTA），刺激中腦的腹側被蓋區與刺激下丘腦的外側區效果類似，都會引起捕食性的攻擊行為。VTA的興奮與欣快感也有密切關係（參見第二十四章）。捕食成功可以給動物帶來滿足感。如果切斷前腦內側束，那麼單純刺激下丘腦就不會造成典型的捕食性攻擊性行為。有意思的是，這個手術只能阻斷刺激下丘腦造成的攻擊性行為，但不會讓整個攻擊性行為完全消失。換句話說，前腦內側束參與了下丘腦引起的攻擊性行為，但是攻擊性行為並不都是由下丘腦所介導的。

下丘腦內側發出軸突通過背側縱束投射到中腦導水管周圍灰質（periaqueductal gray matter），電刺激導水管周圍灰質可以造成動物的情感性攻擊，而損傷導水管周圍灰質可以中斷動物的情感性攻擊。最終通過一系列的毀損和電刺激等動物實驗，科學家們初步明確了與攻擊性行為有關的通路，為後續研究情緒、情感、動機、欣快感等高級神經活動奠定了基礎。

圖11-9 攻擊性行為的兩條神經通路

五、杏仁核對攻擊性行為的調節

儘管對動物攻擊性行為的研究有助於我們了解憤怒行為的神經機制，但是如果我們仔細考察下丘腦和腦幹的功能，我們會發現那些與憤怒行為有關的神經通路都只能用來解釋憤怒行為本身的種種表現，如毛髮豎起等。與恐懼等情況相似，只有更高級的大腦皮層活動才能給我們帶來清晰的情緒體驗，而這些更高級的皮層活動在憤怒行為的產生中又扮演了什麼角色呢？1954年，Karl Pribram等人對杏仁核的研究為我們帶來了重要的提示。眾所周知，在獼猴、狒狒等靈長目哺乳動物群落里存在著明顯的等級制度，等級最高的雄性動物被稱為猴王，它擁有優先交配和優先進食的權力。猴群中猴王具有好鬥、血清雄激素水平高等特點。Karl Pribram和他的同事發現，如果通過外科手術毀損了猴王的杏仁核，則猴王在猴群里的社會地位會降到最底層，而原來僅次於猴王的"二猴王"會迅速成為新的猴王。如果對新的猴王施行類似的外科手術，馬上又會出現新的挑戰者。從行為模式上觀察，杏仁核的毀損可以讓雄性獼猴的攻擊性行為明顯降低。而且似乎社會地位僅次於雄性猴王的獼猴會很快發現猴王會變得更容易被挑戰。

Pribram人進一步用電擊和毀損實驗仔細研究了下丘腦和杏仁核之間各種神經通路的功能，發現攻擊性行為實際上與杏仁核的基底外側核（basolateral nucleus）和皮質內側核（corticomedial nucleus）有關。電刺激杏仁核的基底外側核或者內側視前區（area preoptica medialis，APM）投射來的纖維束都可以激發出雄性動物明顯的攻擊性行為。而內側視前區與雄性性行為密切相關，此區域中有相當多的神經元存在雄激素受體。另外一方面，杏仁核的皮質內側核有一些神經纖維通過終紋床核（bed nucleus of the stria terminalis）投射到下丘腦，這些纖維受到電刺激後動物表現出攻擊行為的抑制。如果毀損杏仁核的皮質內側核或者終紋床核，可以顯著增加動物捕食性攻擊行為。通過這一系列的神經通路的研究，科學家們成功地把性、攻擊行為以及雄性的社會地位標定等複雜的神經活動現象，在解剖學和生理功能上聯繫到了一起。

六、外科手術緩解攻擊性行為的嘗試

某些有關杏仁核的毀損研究表明，通過外科手術能減輕動物的攻擊性行為。因此很快有神經外科專家考慮能否將上述技術用於人類。例如某些類型的精神分裂症或癲癇患者會出現嚴重的暴力傾向，是否可以通過針對杏仁核或者其他的與情緒有關的大腦皮質的外科手術來緩解這種暴力傾向呢。

最早的手術是在二十世紀早期由葡萄牙的神經外科學家Egas Moniz完成的。Moniz利用神經外科手術的方法，直接通過眼眶穿越顱底，切斷患者前額葉皮質與扣帶回之間的聯繫。這樣的手術是基於當時對情緒的一種理解：既然情緒通過邊緣系統與皮質之間的投射造成清晰的情緒體驗，而很多精神分裂症、抑鬱症患者都表現為過分的情緒表達，因此通過外科手術"降低"患者的情緒體驗則可能會對改善病情有益。據Moniz本人報道，手術後患者的各種與情緒有關的癥狀大大緩解（當然也意味著其它與額葉相關的神經功能的喪失）。Moniz因為他首次用外科手術的方法有效地治療了某些精神疾患而獲得了1949年的諾貝爾醫學與生理學獎。遺憾的是，毀損整個前額葉會帶來太多的副作用，甚至使患者整個性格特徵發生巨大的變化。Moniz本人也在幾年後被一個憤怒的患者開槍擊傷而癱瘓。

到二戰結束為止，大約有1萬名以上的患者接受了各種與前額葉有關的神經外科手術。但是神經外科專家們逐漸發現，這樣的手術雖然不會明顯地損害患者的認知能力，但是除了情緒逐漸淡漠之外，患者往往會出現嚴重的行為不良。主要表現在道德水平逐漸降低和不能夠按照計劃達成某種目標。到目前為止，我們依然不清楚毀損一大塊大腦皮質究竟會造成怎樣的功能失調。

隨著新的精神科用藥的發明，Moniz等人利用外科手術緩解各種精神疾患的方法也逐漸被淘汰。今天，除了少數被批准的研究性的手術外，精神科醫生一般還是會依靠干擾神經遞質合成或代謝的藥物來治療各種精神疾患。

1. a href="">更複雜的情緒—快樂

同恐懼和憤怒相比，快樂是一種更加複雜的情緒。一個最明顯的例子就是我們可以用家貓來建立某些恐懼或者憤怒的動物模型，但是對於快樂這種情緒來說，到目前為止還沒有人能夠說清楚一隻典型的快樂的家貓會是什麼樣子。利用狗或者更高級一些的靈長目動物可以更明確地觀察到動物的快樂表現，但是要建立一種穩定而持續的快樂的動物模型依然讓人感到困難。我們可以用很多方法讓一隻獼猴感到持續的憤怒或者恐懼，但是我們卻很難讓它們感受到持續的快樂。

一、快樂屬於正性情緒

直到上個世紀八十年代，科學家們逐漸開始利用功能性核磁共振成像技術，分析聽到某些特定詞語時大腦的影像變化，大致把情緒分為正性情緒（如高興、欣快、愛）和負性情緒（如恐懼、悲傷、憤怒）。但是細細考究起來，正性情緒的產生和評定依然非常複雜，甚至我們自己也可以體會到這一點——聽到一個有趣的笑話而產生的快樂與獲得異性青睞產生的快樂是完全不一樣的。

為了能夠在動物實驗中給出一個大家都能接受的快樂的定義，Konorski在1967年提出了一種對所有情緒進行分類的方法。他把各種能夠促進動物獲得能量、延續種屬的行為所帶來的情緒性變化通稱為正性情緒（positive emotion），並且認為這樣的情緒同攝食、交配、母性行為的成功完成有關。這些情緒主要的功能是驅動動物不斷地去追求能夠獲得上述行為的條件。另外，他把所有的防止自身受到侵害的各種情緒性變化稱為防禦性情緒（defensive emotion）。這些情緒往往與爭奪食品、爭奪配偶等行為有關，其主要功能是讓動物拒絕或者厭惡某些情況的發生。Konorski進而提出了一個非常重要的問題，究竟是什麼力量驅使著人和動物去尋找一些東西，並且拒絕另外一些東西？

二、前腦隔區、正性強化與快樂

1954年美國著名的心理學家James Olds和Peter Milner開始利用前面所述的Walter Hess的模型來研究腦部電刺激對於學習的影響。他們把極為細小的針狀電極埋藏於實驗動物腦內，並通過這些電極施以電脈衝以影響腦深處的活動。例如他們把電極埋入大白鼠腦內網狀結構（reticular formation）中，想要知道電刺激該處是否會引發動物任何厭惡的感覺，阻撓學習的進行。結果發現有一隻大鼠行為很奇怪，每當它走進一個大迷宮的特別角落時，它就按一個電鈕按通電源，讓事先植入它腦中某處的一個電極發出電刺激，似乎非常喜好刺激所引起的效果。事後發現這隻老鼠的電極埋錯了位置，接通電源會刺激到前腦隔區（forebrain septum）。

實驗中觀察到，在鼠籠中設一槓桿或一踏板，大鼠只是偶爾地推動槓桿或踏踏板。通常，每小時只有幾次這樣做。但是，如果大鼠每推動槓桿或踏踏板一次，即有食物作報酬，大鼠推槓桿或踏踏板的次數便會大增。而如果把電極埋入前腦隔區，每推動踏板一次就有一次微小的放電刺激此隔區，那麼大鼠就會不斷地推槓桿以獲得刺激，推槓桿的頻率每小時可達數千次，而且可能連續按壓15-20小時，直到精疲力竭為止。就這樣，一個能夠讓大鼠反覆強化自己行為的"刺激點"在大腦中被發現了。這個發現向研究者們提出了更多的問題：大腦中究竟哪些結構受到刺激之後會產生這樣的強化效應？為什麼大鼠會這樣反覆地去刺激自己？是因為追求快樂還是為了避免某種不適？這樣的刺激是否可以在神經系統層面上，即在腦內形成性行為或進食行為的替代物？Olds等人的發現為解釋人類和其它哺乳動物從進食、飲水到性行為這些活動背後的神經生理基礎，指明了重要的方向。

大鼠為什麼要反覆地去按壓槓桿以獲得刺激？一種解釋就是，大鼠腦內的這個中樞被刺激之後動物獲得了強烈的快感。腦內被刺激之後能夠產生這種快感的中樞被稱為快樂中樞。但是快樂中樞的提法其實並不準確，其原因有二：首先，我們不知道這個中樞受到電刺激後動物的行為一定是快樂的表現，也許大鼠反覆刺激那個部位並不是因為快樂，而只是因為那個部位被刺激之後就需要再反覆刺激。比如很多人在憂愁的時候會反覆強迫自己喝很多的酒，然而"借酒消愁愁更愁"，此時反覆喝酒並不能帶來快樂。其次，就算是大鼠的反覆刺激行為是為了追求"快樂"，但是否存在一個中樞專門讓帶來快樂的行為反覆發生也大有問題。

Olds等人的實驗表明，刺激腦中好幾個部位的神經元甚至刺激某些神經纖維束都有可能造成大鼠的反覆刺激強化。在Olds和Milner的實驗十多年之後，人們又發現了相當多的大鼠腦內自我刺激強化中心。這些強化中心大多分布在隔區、側下丘腦、前腦內側束、腹側被蓋區以及背腦橋。由於電刺激前腦內側束會產生強烈的強化效應，因此有關前腦內側束的功能研究也最多。

在後續的研究中，也有人發現，除了正性強化中樞之外，大鼠腦內某些神經元可能也有負性的強化作用。比如在實驗中發現，大鼠有時候能夠學會盡量避免誘髮針對某些大腦核團的刺激，而且還能夠學會完成一些能夠終止刺激某些核團的任務。這些負性的強化中樞分布在下丘腦的中部和中腦蓋區的兩側。刺激這些核團可以讓大鼠產生類似遇到天敵一樣的強烈厭惡感。

三、人類腦內也存在正性強化中樞

既然大鼠存在著這樣一些與正性強化效應有關的中樞，那麼類似的中樞是否也存在於人類的腦中呢？為了解釋這個問題，最好的研究手段當然是用類似植入電極的方法去刺激人腦內的各種核團，然後再詢問受試者的各種感受。不過這樣的研究方法肯定會面臨重大的倫理學限制。但是在某些神經外科手術過程中需要患者保持清醒，並且有時候手術時需要用微小的電極刺激患者的某些腦區並且詢問患者的感覺。這個時候在獲得患者允許並且充分評估風險的情況下就可以順便做一些類似的刺激試驗。在這些實驗中，部分患者會報告有快樂的感覺出現。但是在某些病例實驗中，當患者可以自行選擇是否反覆刺激某一腦區的時候，部分患者報告他們選擇反覆刺激的腦區並沒有給他們帶來明顯的快樂感覺。為什麼這些患者要選擇刺激這樣的腦區？為了回答這個問題，我們需要仔細考察在個世紀60年代，美國杜蘭大學醫學院羅伯特健康中心對兩位自願接受刺激的患者所進行的詳細測試。

第一個病例是一名患有罕見的發作性睡眠症的患者。該患者能從清醒狀態突然進入到深度睡眠的狀態，其生活質量和社交能力受到嚴重影響。為治療這種疾病，幫患者找到一個能夠讓他進行自我刺激、保持清醒的神經核團，研究者在該患者的頭部植入了14個微電極，並且讓他能夠自動選擇自己想刺激的部位。當電極刺激到海馬的時候，該患者報告他感受到了一種輕微的快樂的感覺。刺激中腦被蓋區的時候，該患者覺得自己能夠保持清醒，但同時也感受到了輕微的不愉快感覺。最令人吃驚的是，當刺激前腦隔區的時候，他感受到了一種興奮並且非常愉快的感覺。在自我刺激實驗中，該患者自己願意反覆刺激這個部位，並且告訴醫生他感受到了一種逐漸增強直到性高潮的感覺。甚至在電源沒有開通的情況下，該患者有時也會自動地去按自我刺激的按鈕，以獲得那種欣快的感覺。

第二個病例是一名嚴重的癲癇症患者。為確定該患者腦內癲癇不正常放電的具體部位，研究者在患者腦內植入了17個電極。這位患者報告，當他的隔區（septal area）和中腦被蓋區（midbrain tegmentum）被刺激後他會感到輕微的快樂。同上一個病例一樣，隔區被刺激會給他帶來一種類似性高潮的感覺，而中腦被蓋區被刺激會讓他感受到類似輕度醉酒之後的愉快感覺。這位患者報告的其他能夠給他帶來正性感受的地方還包括杏仁核和尾狀核。有趣的是，這位患者最喜歡刺激的地方是丘腦中部，雖然刺激這個部位會給他帶來輕微的不適，但患者認為刺激這個部位會讓人感受到一種類似喚起了某種記憶的感覺。他反覆徒勞地刺激這個部位，試圖喚起某種記憶直到最後精疲力竭。

這兩個典型的病例和其它一些後續研究告訴我們，能夠被強化的正性強化中樞在人腦內的確存在，但是並非都是同快樂密切相關。腦內能夠反覆讓我們產生報償效應的興奮點很多，並非只有快樂一種感覺能夠讓我們反覆做某些事情。要搞清楚什麼是快樂，我們還需要做更多研究。

小結

從最開始關於情緒的一些心理學研究到人們逐漸認識情緒的具體神經機制，這是一個漫長的過程。通過一系列的毀損實驗、解剖學觀察以及現代的fMRI和PET技術，研究者逐漸發現情緒本質上是一種由扣帶回、杏仁核等神經核團投射到各種高級皮層的神經衝動。這些神經衝動的來源各不相同，但是均與杏仁核、扣帶回等幾個重要的中樞神經系統核團有關。這些核團之間的相互投射往往通過丘腦換元，這個過程可能介導了相當多的由情緒帶來的呼吸、心跳等植物神經系統的變化。另一方面，情緒的信息可以也可以影響到高級皮層的活動狀態。高級皮層的活動可以完成感覺、複雜運動、學習、記憶等各種功能，而情緒可以給這些活動加上一層喜怒哀樂的"顏色"，從而讓我們學得更快捷，記得更牢，聽得更清晰，看得更明白。反過來，過於強烈的情緒波動反而會影響到我們的認知，我們的情緒、認知和記憶就是這樣在不停的相互作用、相互影響中決定著我們的行為。

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