焦虑的心脏如何与大脑对话
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作者 | Yoni Couderc & Anna Beyeler
翻译 | 孙宁远
审校 | 酷炫脑
朗读 | 胡恩
美工 | Jenny
编辑 | YJ
焦虑期间大脑会影响心脏，但心跳加速是否也会与大脑对话从而导致焦虑相关的行为呢？在小鼠身上使用光刺激起搏器就能证明这一点，并精确定位了相关的大脑区域。
你是否曾经因为焦虑而感到心跳加速？这种心跳过速是焦虑的主要症状之一，它可能会非常强烈，以至于患者有时会误以为是心脏病发作。实验研究揭示了许多将信号从大脑传递到心脏的途径，但在临床精神病学和基础神经科学中，心率对情绪的影响这一问题却一直争论了将近一个世纪。Hsueh（薛）等人在《自然》杂志上撰文解决了这个问题，确定了大脑检测心率的机制，并展示了它是如何反过来控制情绪行为的。
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内感受是大脑对身体内部信号的持续感知，包括来自呼吸系统、胃肠系统和心脏系统的信号。患有焦虑症的人对这些内部信号的敏感性发生了改变，尤其是心率。对动物的研究强调了心脏变化和情绪状态之间的联系，但心率增加是否直接导致焦虑仍不清楚。
到目前为止，只有非特异性电击、迷走神经刺激和药理学方法被用于增加或减少心率，并评估其对情绪的影响，但这些方法都有严重的副作用。研究人员缺乏拥有必要的时间和空间分辨率的工具来充分研究心率对焦虑的影响。
Hsueh及其同事的第一个突破就是开发出了这样一种工具：一种非侵入性光学起搏器。它将携带编码光敏蛋白（视蛋白ChRmine）的基因的病毒载体递送到小鼠体内。当被红光照射时，带正电的离子流过这种蛋白质，从而使表达这种蛋白质的细胞去极化。在这个实验中，目标细胞是心肌细胞，其去极化会触发肌肉收缩。
通过在小鼠穿的背心上安装一个红色微型发光二极管(micro-LED)，以规定的频率闪烁，研究人员可以应用他们的光遗传学策略来控制心率（图1）。在这之前，ChRmine已经被用于精确控制大脑深层区域的特定神经回路，而不需要进行颅内手术。Hsueh和他的同事扩展了这种分子工具的应用范围，用它来控制整个器官的活动，并确定心脏到大脑对焦虑的影响。
图1:无创光学起搏器控制焦虑。Hsueh等人研究了心跳加速对小鼠焦虑相关行为的影响。他们给这些动物注射了一种心脏选择性病毒载体，该载体编码一种名为ChRmine的红光敏感视蛋白。他们给小鼠穿上一件背心，里面装有一个红色的微型发光二极管(micro-LED)，每分钟闪烁900次，固定在小鼠胸部心脏上方。红光激活了心肌细胞中的ChRmine，让带正电的离子流过。这导致细胞去极化和动物心率增加(心动过速)。反过来又导致焦虑相关行为的增加，并激活后岛叶(以及其他大脑区域)。然后，Hsueh等人使用一种蓝光敏感视蛋白(iC++)抑制后岛叶，带负电荷的离子通过该视蛋白。再使用蓝光激活iC++，同时通过光学增加心率。这防止了心动过速引起的焦虑。
作者用他们的方法测试了心率增加到每分钟900次(比基线频率高36%)是否会改变正常小鼠的焦虑水平。Hsueh等人使用了两种方法来评估焦虑：将动物置于迷宫或开放场中，这两种地方都包括安全区域和暴露区域。作者发现，在两种实验中，光诱导心跳过速会导致对暴露区域的更大回避，反映出焦虑相关行为的增加。这是一个明确的证明，至少在小鼠身上，心率会影响焦虑，也可能影响其他情绪行为。
为了研究这种心动过速诱发焦虑的神经生物学，Hsueh等人在光学诱发心动过速15分钟后对大脑活动进行了筛查。全脑神经元图谱显示心动过速时基因表达的变化。作者发现两个区域的神经元——后岛叶和脑干被强烈激活。小鼠的在体电生理记录也显示，在光诱导心动过速时，后岛叶神经元的放电率增加。
岛叶皮层参与内感受和焦虑相关行为的处理。在这个阶段，作者发现心率增加后后岛叶的活动会相应增加。但该区域是否参与心动过速引起的焦虑仍有待确定。为了研究这一点，Hsueh等人使用一种不同的视蛋白——蓝色光敏蛋白iC++，利用光遗传学抑制了后岛叶神经元。
在此过程中，他们有了第二个发现：在光学起搏期间抑制后岛叶减少了由心动过速引起的焦虑行为。这表明后岛叶传递心率信息来影响焦虑。这种衰减是后岛叶特有的，而这在内侧前额叶皮层的光遗传抑制中却没有观察到。
总的来说，Hsueh等人发现，心率的增加促进了小鼠的焦虑相关行为，这是通过包括后岛叶在内的特定大脑结构的激活来介导的。作者的全面研究提出了新的问题并开辟了新的研究领域。例如，允许后岛叶被心动过速激活的神经回路和机制，以及诱发焦虑行为的神经回路，这些尚未被确定。
另一个未被探索的方面是数天(或数周)的光学诱导心动过速的长期影响——这是一个具有重大临床意义的问题。这项研究为测试心率的慢性增加是否会导致大脑的长期变化奠定了基础，而大脑的长期变化可能是有害焦虑水平的基础。测试这一假设将带来技术挑战，因为这里使用的微型LED背心不适合如此长时间的刺激。最后，从转化和治疗的角度来看，设计实验以稍微降低心率是可能的。这种变化会减少与焦虑相关的行为吗？Hsueh 及其同事的工作提供了调查这一前景的方法。
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参考文献（点击滑动查看）
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原标题：《焦虑的心脏如何与大脑对话》
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