心理学
心脏也会影响心理健康
过去我们认为大脑支配心脏，但新研究表明心脏也会向大脑发送信号，影响我们的感知、决策和心理健康。科学家们正试图破译这些神秘信号，并希望借此开发治疗焦虑等疾病的新方法。
过去人们皆知大脑会影响心脏，压力大时心跳会加快，焦虑可能引发心房颤动等。然而，鲜为人知的是，心脏也会“说话”。
强大的信号从心脏传至大脑，影响我们的感知、决策和心理健康。不仅是心脏，其他器官也在向大脑发送着神秘信号，科学家们正努力解开这些谜团。
这种从整体出发、试图理解我们生物学和行为的新视角尚属新生事物，还有许多亟待解答的基本问题。匹兹堡大学神经科学家斯特里克 (Strick) 说道，大脑-身体互动之复杂性 “唯有我们对其组织的无知能与之匹敌”。
探索心脏、其他器官和大脑之间的关系不仅仅是迷人的解剖学。更深入地理解我们如何感知和利用身体内部发出的信号( interoception，内感受)可能会为焦虑等疾病提供新的治疗方法。
巴黎高等师范学院认知神经科学家塔隆-鲍德里 (Tallon-Baudry) 表示：“我们已经忘记了，与内部世界的互动可能与与外部世界的互动同样重要。”
这些内部信号，其中大部分我们全然不知，甚至可能为解开人类意识这一最大科学谜题之一提供线索 – 究竟是什么驱动了人类意识？
大脑的神经元网络可以精妙地控制心脏。塔隆-鲍德里及其同事在 2019 年发表于《神经科学杂志》上的研究显示，大脑中的一些区域，超过三分之一的神经细胞会影响心脏的跳动节奏。其中，内嗅皮层 (entorhinal cortex) 既参与记忆和导航，也影响心率 – 这也说得通，因为视觉识别跑步路径和为跑步做好准备这两件事都由相同的 – 神经元控制。
大脑是心脏的老大，但事实并非如此简单。科学家们发现，来自心脏的信息也可以支配我们的思维和行为。
每一次心跳都会向大脑发送一个小信号，就像看到一个苹果或听到一首歌的第一个音符一样。但与这些外部事件不同的是，心跳信号来自身体内部。大脑会感知这些内部信号。每一次心跳都会引发科学家称为心跳诱发反应 (heartbeat-evoked response, HER) 的可靠且可测量的神经反应。
塔隆-鲍德里及其同事发现，尽管这种由心脏启动的神经脉冲发生在内部，却会影响我们如何看待外部世界。在一项针对 17 名参与者的研究中，来自心脏的信息增强了视力。当大脑某些区域对心跳反应强烈，产生大量 HER 时，参与者就更有可能看到红色圆点周围微弱的灰色线条。当 HER 较弱时，参与者则不太可能看到这些线条，研究人员在 2014 年发表于《自然神经科学》杂志上这样说道。
来自心脏的信号似乎也与记忆有关。神经科学家莎拉·加芬克尔 (Sarah Garfinkel) 及其同事在 2013 年发表于《心理生理学》杂志上的实验中，向参与者展示了屏幕上短暂出现的单词。当单词出现在心脏收缩(称为收缩期 (systole))时出现时，参与者在之后的记忆测试中更易忘记该单词。
还有一些暗示表明，心脏可以影响直觉、决策和情绪。例如，能够更好地感受到自己心跳节律的人比那些感觉不到自己心跳的人对情感图片反应更强烈。
这些和其他研究结果表明了一个诱人的可能性：我们的大脑可能正在获取和利用来自心脏的信息 – 或许还有其他内感受知 – 来帮助我们理解世界。然而，来自人们的发现通常是相关性的。很难确定快速跳动的心脏是否会引起这些影响，还是它们只是同时发生。
一项最近针对小鼠进行的研究巧妙地绕过了这个问题 (SN: 3/14/23)。这项实验依赖于一种强大的技术，可以利用光来控制神经元行为，部分由斯坦福大学的神经科学家卡尔·德赛洛蒂斯 (Karl Deisseroth) 开发。这种技术称为光遗传学 (optogenetics)，利用特定波长的光来迫使细胞这种技术称为光遗传学 (optogenetics)，利用特定波长的光来迫使细胞发射电脉冲 (SN: 6/18/21)。陈及其同事利用这种技术，以精确的时机控制小鼠的心跳。
“我们可以瞄准特定的细胞，而无需触碰它，”加州大学旧金山分校的陈说道。
随着每次灯光闪烁，通过小鼠穿着的织物背心传递，心脏心室的肌肉收缩，将血液从心脏泵入身体。“看到这些非常精确的心脏收缩仅通过皮肤上的光照就能被唤起，真是令人难以置信，”陈说道。
然后，研究人员研究了心脏跳动加快的小鼠的大脑和行为。令人惊讶的是，团队发现人工快速心跳并不总是会影响小鼠的行为。在某些情况下，小鼠似乎没有注意到。但当它们遇到危险时 – 暴露的区域，在野外小鼠会更容易受到捕食者的攻击，或者可能带来电击的少量水 – 当心脏被迫跳动时，小鼠的行为比正常心跳时更焦虑。
快速跳动的心脏“并不是引发恐慌的原始回路，”陈说道。小鼠正在整合来自心脏的信号和来自环境的信号以采取行动。“这让我们感到兴奋，因为它意味着大脑参与其中。”
进一步的实验发现大脑中的关键参与者：岛叶。人类的岛叶，每个大脑半球各有一个，已被证明与情绪、内部感觉和疼痛有关。研究小组发现，关闭小鼠岛叶的神经元活动可以消除快速跳动的心脏对行为的影响。
“能够以这种方式操纵心脏，”塔隆-鲍德里说，“为观察那些更微妙且可能与焦虑无关的事情打开了各种可能性。”光遗传学的精确控制可以帮助研究人员调查心脏对感知、决策和记忆的影响 – 这些是塑造思维、记忆和感受的人体验世界的一些关键属性。
电路图缺失
在陈的研究中，信号如何从心脏传递到岛叶以及更远的地方尚不清楚。“我们还处于大脑和身体之间电路解剖的初期阶段，”他说。
尽管如此，科学家们已经了解了一些信号从心脏传递到大脑的途径。教科书版本是这样的：心室肌肉收缩，挤出血液。附近血管中的细胞，包括主动脉和颈动脉，会感知这种变化并将其传递给神经。其中一根神经是迷走神经，它是通往大脑的超级高速公路，负责传递有关心率、消化和呼吸的信息 (SN: 11/13/15)。一旦信息到达大脑，它就会以未知的方式从一个地方跳到另一个地方。塔隆-鲍德里说，我们对这些生物学菊花链的了解非常不完整。“完整的故事并不容易获得。”
匹兹堡大学的神经科学家斯特里克也分享了同样的哀叹：“有神经与器官交流，也有器官与大脑交流，但我们对电路图一无所知，” 这些关键信息是如何以及在哪里实际交换的。这是一个重要的遗漏。“你可以说， ‘谁在驾驶谁？’ 但我们甚至比那更原始。我们没有电路图，”他说。
其中一种探索电路的方法涉及狂犬病病毒。几年前，斯特里克意识到，由于这种病毒非常不寻常的技巧，他可以使用这种病毒来追踪大脑和身体中的细胞连接：狂犬病病毒可以从神经元到神经元、从消息接收者到消息发送者反向传播。当设计用于携带荧光分子的病毒时，它可以照亮动物的整个神经回路。
这就是斯特里克及其同事对各种器官 – 例如胃和肾脏以及大脑 – 所做的。他发现的一些最诱人的联系是肾上腺(在紧急情况下会释放战斗或逃跑激素)和特定的脑区，尤其是控制肌肉的神经区域。
斯特里克也想用心脏做同样的实验。到目前为止，他从猴子那里获得了一瞥数据。“我们成功地注射了一次心脏，数据令人惊叹，”斯特里克说。“控制心脏的大脑皮层区域令人难以置信。但这是一个样本量为 1 的研究。” 斯特里克强调，这一初步结果需要在更多动物身上得到证实。
追踪这些路径将阐明无疑存在的解剖学联系。斯特里克及其同事热衷于探索更多的身体，包括免疫系统的脾脏和胰腺。
但是，另一个项目提出了捷径跳跃从心脏到大脑的可能性，这是偶然发现的。德国雷根斯堡大学的神经科学家维罗妮卡·埃格尔 (Veronica Egger) 及其同事对处理气味的嗅觉神经细胞之间的连接感到好奇。为了更好地观察这些细胞的行为，该团队采用了超简单的系统：大鼠的嗅球，它是大脑它是大脑处理气味的部位，以及为其提供营养的单一血管。在实验中，人工泵将液体输送到血管中。
但实验产生了一个令人担忧的信号：神经细胞的节奏性集体活动似乎是由泵产生的。“每个神经科学家都知道泵伪影并讨厌它们，”埃格尔说。
但事实证明，这个信号不是伪影。这是真的。在一次徒步旅行中，埃格尔灵光一闪，发现了答案。也许，她想，神经元直接感受到了泵产生的压力。
这种直接感知是一种细胞可能性。2021 年，斯克里普斯研究所 (Scripps Research) 的霍华德·休斯医学研究所 (Howard Hughes Medical Institute) 研究员、神经科学家阿尔登·帕塔普蒂安 (Ardem Patapoutian) 因发现了名为 PIEZO1 和 PIEZO2 的机械传感器而获得了诺贝尔奖，这些传感器存在于包括人类在内的许多动物中。这些传感器位于细胞膜上，看起来像三叶螺旋桨，可以检测压力变化，包括深呼吸后肺部膨胀、膀胱充满以及血液通过血管流动的压力。
位于大鼠嗅球的神经元上，这些传感器可能会检测到泵何时推动液体。当埃格尔及其同事分析该系统时，他们发现神经元实际上是在响应泵的压力变化。进一步的实验表明，小鼠大脑中其他地方的血管中的血液推挤也会影响神经细胞的放电活动，包括参与记忆的海马和前额叶皮层。
这些影响，如 2 月份发表在《科学》杂志上所述，并不大；它们相当微妙，埃格尔说。“我们以前没有见过，因为这是一个非常微弱的效果。” 尽管如此，该效果似乎表明这些啮齿动物大脑中的神经元可以随时了解身体的脉搏 - 无需通过来自心脏的神经传递的即时信号。
“人类大脑极有可能这样做，”埃格尔说，尽管这仍有待证明。同样不清楚的是，大脑可能如何处理这些脉搏信息，或者如何用它来衡量身体的内部状态。“大脑需要这条快速通道做什么完全未知，”她说。“我们只知道它发生了。”
我们为什么应该倾听心脏？
随着所有这些研究路线，内感受领域以前所未有的方式充满活力，伦敦大学学院的加芬克尔说。“看到该领域发生了多少变化，以及有多少人接受了这个想法，这让我震惊。”
动力之一是身体 - 大脑交流可能指向治疗焦虑等疾病的方法。“我认为它为理解这些疾病的基本病因打开了窗口，”加芬克尔说。“只看大脑，你只能看到故事的一部分。”
尽管加芬克尔最初专注于研究参与者的脑活动，但她看到他们的身体也在做出反应，心跳加快和其他恐慌迹象。“内感受麻木”，即一个人无法准确感知自己的身体信号，已被证明与自杀未遂有关。而对心脏活动的了解减少与一种尚未完全理解的癫痫发作有关。
现在，加芬克尔正在监听人们的心脏 - 大脑对话，并测试培训人们更好地检测自己的心跳是否可以缓解焦虑。任何人都可能经历焦虑，但自闭症患者的焦虑发病率高于平均水平。2021 年，在《电子临床医学》杂志上，加芬克尔及其同事报告说，经过多轮训练以更好地感知自己心跳节奏的人，自闭症患者报告感觉焦虑的程度降低。
培训程序要求人们说他们听到的稳定节奏是否与他们自己的内部心跳相同或不同。经过六次培训课程，每次大约持续半小时，人们的准确性有所提高。他们的焦虑评分也下降了。
加芬克尔及其同事自此在没有自闭症的人身上发现了类似的结果，尽管这些结果尚未发表。
加芬克尔说，为什么这种培训程序可能缓解焦虑尚不清楚。但尽管如此，这种联系可能为治疗焦虑指明了方向。在很多方面，身体比大脑更容易改变，加芬克尔说。“与其用重型药物改变大脑来打击人们，不如想到有一种更简单的方法 - 改变身体，这既吸引人又令人兴奋。”
了解内感受可能会产生超越缓解焦虑的见解。包括塔隆-鲍德里在内的科学家怀疑，来自我们体内的信号共同有助于产生意识。意识需要一个可以感知的身体和一个努力保持活力的有机体这一概念并不新鲜，但最近的内感受研究结果增加了支持这一想法的证据，即身体自我监测的驱动可能比以前想象的更重要。
塔隆-鲍德里及其同事研究了 68 名完全失去意识的人。他们的目标是将这些人分成两组：那些仍然没有意识迹象的人，以及那些大脑中有意识迹象的人。该团队使用 HER 信号(当心跳提示神经脉冲时)来预测哪些人可能出现短暂的意识时刻但无法表现出来。“这是我们发现大脑正在对心跳做出反应的时刻，”她说。这些结果发表在 2021 年的《神经科学杂志》上，突显了来自心脏到大脑的信号可以多么丰富和强大，她说。
本文译自 sciencenews，由 BALI 编辑发布。