大腦可以根據身體的信號調節情緒?追問專訪Alexandra Klein博士

眼淚、呼吸、流汗和心跳…… 身體反應構成了情緒體驗中的重要一環。但情緒和身體有著什麼樣的關係?如果說情緒可以引起軀體的反應,那身體的變化是否也能影響到大腦和情緒?為了帶大家深入了解情緒及其背後的機制,我們以情緒領域的問題進行追問,以多人聯動的方式,帶領大家了解情緒的原理以及目前的最新進展。

本期追問採訪了馬克斯 · 普朗克神經生物學研究所 Alexandra Klein 博士, Klein 博士將帶領我們了解島葉皮層對恐懼的調控。按照慣例,Klein 博士也提出了自己最想知道答案的一個追問,將在文末公佈該問題。

ALEXANDRA KLEIN

ALEXANDRA KLEIN

ALEXANDRA KLEIN

Alexandra Klein 畢業於慕尼黑大學,2014 年獲柏林夏裡特醫學院教育學碩士學位,曾在慕尼黑馬克斯 · 普朗克神經生物學研究所(MPIN)Nadine Gogolla 團隊完成博士學位,現任加州大學舊金山分校博士後研究員。Klein 博士的研究方向為大腦和身體對情緒的調控以及情緒的生理機制,同時,她還熱衷於神經科學的科普工作。

Q:能請您簡單介紹下您的研究領域嗎?

Klein:我一直對情緒的工作原理很感興趣,因為我覺得我們大家都不是很清楚大腦究竟是如何處理情緒的,以及情緒對行為到底有什麼影響。雖然我們已有一些知識,但我認為這個領域仍然像一個黑匣子。幾年前,我加入了我的博士導師 Nadine Gogolla 的團隊,當時我們對情緒,尤其是情緒調節知之甚少。

所以,我的博士導師當時對島葉皮層(insular cortex)非常感興趣,因為我們知道這塊腦區與情緒調控有關聯。但那已經是 8 年前的事了,我想說當時我們知道的並不多。這些年來,我一直在研究恐懼的情緒,我想要了解恐懼是如何被調控的,以及我們是如何將恐懼保持在健康的正常水平的。

Nadine Gogolla 團隊。該研究團隊的項目重點圍繞情緒的神經機制,腦體互動以及島葉皮層在情緒相關神經迴路中的功能。

Q:長期以來,情緒理論有一個關於情緒和身體變化的辯題。有人認為身體變化是情緒的必要組成部分。請問您有什麼看法?

Klein:說實話,我也是偶然間知道這個說法的。「身體對情緒來說很重要」這個觀點讓我感到驚訝,可以說是無意之中才知道的。因為我剛開始研究情緒的時候,並沒有讀到過這種觀點。

後來,我變得對這個話題非常感興趣,因為我確實認為身體反應對情緒來說是有必要的。正如你所說,我知道圍繞這個話題爭論很大,但是我覺得有關辯論並不全面。比如,有情緒研究者認為先有身體反應,然後再有情緒。我不認為事實完全如此。我認為身體和大腦之間是有互動的,這對大腦從身體接收到情緒狀態然後處理這個資訊而言是必要存在的。還有一點需要再次聲明的是,擁有情緒會影響實際身體反應。所以,我覺得看待這個問題或者說情緒的產生都是需要全面考慮各項因素的。

Q:在情感科學中,研究者們經常將大腦看成是情感的基礎。您能告訴我們為什麼 「大腦中心論」 存在不足之處,以及我們為什麼需要用具身方式來研究情感的生理機能嗎?

Klein:我認為,當你審視全局的時候,你會發現數十年以來神經科學都是以大腦為中心的,對吧?但這並不能幫助我們完全理解情緒究竟是什麼。我感覺這其中缺乏對身體到底發生了什麼的實際考察,因為身體的變化紛繁龐雜,並不一定都會立即反映在大腦中。但正如我先前所說,將身體與大腦所經歷的變化結合起來也許就能讓我們完整理解情緒到底是什麼。這就是我想說的。

確實有很多爭論的聲音。說實話,我們現在所知不多,因為以人類為對象進行的情緒研究跟大多數研究沒什麼不同,但是我們無法非常仔細地觀察人類大腦內部。所以,在動物身上進行情緒研究並沒有那麼過時,而且我覺得目前對大腦中情緒的了解有時候是無法自圓其說的。比如,各個腦區有相似的活動,但卻處於完全不同的情緒狀態。所以,我認為觀察身體的生理性反應能讓我們更細緻地了解大腦中實際發生的事情。

Q:在您之前的研究中,您展示了大腦是如何依賴身體反饋來調節恐懼反應的。您能為我們解釋下這一過程嗎?

Klein:我也對自己的發現感到驚訝,因為我是從島葉皮層這個腦區開始研究的。

我們對島葉皮層有所了解,但並不多。我想觀察島葉皮層到底是如何調節恐懼的。你要做的就是 「關閉」 島葉皮層,然後觀察恐懼調節是如何作用的。我發現通過同樣的操控手段可以產生兩種完全不同的島葉抑制效果。在一組動物中,它可以幫助動物下調恐懼,也就是說能更快產生新的記憶,本來應該喚醒恐懼反應的刺激不再具備這樣的作用了。

在另一組動物中,它的效果則完全相反,意思是這組動物對刺激的恐懼時間更長。這令我感到非常疑惑。我查閱了文獻,我讀到,動物實際上會展現出多種多樣的恐懼,我們測量恐懼的一個經典方法就是凍結(freezing),也就是人類面對某些刺激時所展現出的行為。

我發現,動物越恐懼,就越容易出現凍結,這是顯而易見的。通過閱讀文獻,我發現凍結對身體的生理機能也有很大影響,有一個表現是會影響心率。然後,當我記錄不同動物組的心率時,我觀察到當動物凍結時,心率會下降。

圖片來源:https://www.bi.mpg.de/news/2021-11-gogolla

動物越恐懼,就越會出現凍結,心率就會下降。我對此感到很是吃驚,因為這樣我就可以解釋觀察所得的現象了,即動物組的恐懼和凍結程度不同,島葉皮層的活動對其影響也有所不同(島葉皮層將恐懼水平維持在某個範圍內。其活動在不怎麼恐懼的小鼠中會增多,而在恐懼的小鼠中則會減少)。這一點很有意思。我研究的最後一部分是想問一個問題,來自心臟等器官的信號是否真的可以影響大腦中的某些過程,比如島葉皮層。

為了回答這個問題,我通過刺激迷走神經(vagus nerve)來干擾大腦和身體之間的交流,因為迷走神經被認為是身體和大腦之間資訊傳遞的高速公路。當這一資訊傳遞過程被幹擾時,我觀察到其作用與我抑制島葉皮層時一樣。這意味著,心臟的資訊被傳遞到了島葉皮層,最後讓恐懼維持在一個居中的最優水平,也就是你維持健康生活所需要的水平。

Q:您的研究聚焦共同的恐懼表達,也就是凍結。我們也會因為心理恐懼誘發的戰鬥逃跑僵住反應(fight-flight-freeze response,以下簡稱戰逃反應)而經歷心率加速。哪些腦區在這一反應中起到了主要作用,內感作用(interoception)又是如何調節這些腦區的功能?

Klein:首先回答你的前半個問題,我同意在這個情況下心率降低是有違直覺的,但是有不少人已經對此做過很棒的綜述和研究,其中有位女研究員叫做卡琳 · 勒洛夫斯(Karin Roelofs),她提出的很多相關理論啟發了我。她提出,我們的心率會經歷副交感神經休憩(parasympathetic break),更像是凍結功能的反饋環路(feedback loop)。因為我們最後會期待刺激會催生恐懼,然後我們會經歷緊張的逃跑反應,心率會加快。但從另一方面來說,凍結並不是一種類似停止的消極反應,這是她的觀點,而我也認同。就好像,我心率加速了,我很害怕,但是我現在需要停止這種反應,需要下調我的過度反應。對動物和人類來說,更像是一個 「停下來想想」 的選擇。

然後,回答你的第二個問題,哪些腦區參與了這一過程,這可能牽涉很多腦區。首先,島葉皮層肯定是有參與其中。其次,我們有來自身體的反饋環路,比如從心臟釋放的信號會進入大腦,在腦幹中有許多細胞核,負責自主控制,比如孤束核(solitary nucleus)。

除了島葉皮層,有證據顯示大腦著名的情緒中心杏仁核,在受到刺激時,也與身體信號和反應關係緊密。兩者之間還可以相互作用由上至下的對心率進行強有力的控制。

Q:大腦和身體之間的互動在情緒調節中扮演了重要角色,這些發現為我們提供了新的視角。我們能夠用身體信號和行為來有效調節情緒嗎?

Klein:這也是讓我感到興奮的東西。我之前也提到過,因為我感覺這個領域目前沒有太多探索:你可以通過被動或主動地影響你的生理機能來影響你的情緒,並將之運用到臨床。

我在閱讀文獻時,備受啟發的一個發現是:迷走神經操控實際上可以對情感障礙有很大影響。舉例而言,可以用於已通過審批的臨床試驗,以治療抑鬱。這種治療對人們來說是不一定是侵入式的,現在可以通過耳朵來刺激迷走神經。此類刺激通過皮膚刺激耳部的迷走神經,對情緒影響巨大,並且可以實際改善相關病人的情緒。

另一方面,就我的實驗結果而言,我感覺我們也應該更謹慎一點。因為我已經展示過,在這些情景下,當我們干擾高恐懼水平病鼠的迷走神經活動時,也有可能產生相反的效果。所以,我認為我們應該實際了解病人的「參數和起始設置」,以及我們能夠如何影響這些因素。我覺得迷走神經刺激已經有點複雜了。我們知道,僅僅是影響你的心率和呼吸,就可以對情緒和情感產生強烈影響。所以,我真的認為主動刺激這些身體功能在臨床上有很大的潛力,能對你的情緒和情感產生治療效果。

Q:我想,實驗結果也支持了認知行為療法(cognitive behavioral therapy)在抑鬱或焦慮等疾病治療中的成功運用。

Klein:既然你特別提到了認知行為療法,有些研究也會將這種療法與β- 受體阻滯藥結合起來,看看會發生什麼,比如提高或者降低你的心率。我覺得現在也有一些研究將周邊生理學(peripheral physiology)、生理效應和行為療法結合起來,會產生什麼影響。

我認為我的研究絕對有支持其中強有力的關聯性,以及產生的有利影響。同時,另一方面,這也會產生負面影響。我們還是需要更多地了解實際基準,也就是這些病人的起點,他們在治療過程中的生理機能以及如何達到居中的水平。我認為我的研究至少提出了我們的目標是什麼。

Q:您認為情緒指紋(emotional fingerprints)存在嗎?我們能夠通過某些生理性特徵來識別特定情緒嗎?

Klein:這是我最喜歡的問題之一。但是我沒有一個絕對的答案,因為我認為這整個領域尚在研究這一問題。我認為,我們確實可以生理機能相關的資訊與大腦活動結合起來,以了解現有的情緒家族。但是這挺難的,因為你的心率加快,既有可能是因為害怕,也有可能是因為看見了你愛的人,對嗎?這兩者是完全相反的情緒。

我覺得,想要真正獲得情緒指紋,我們需要考慮的事情非常多,有很多甚至是目前尚未意識到的因素。但是我相信情緒是有一些生物基礎的,只是我不相信情緒有嚴格的分類。比如,總共有九種類型的情緒,這九種就包含了所有情緒。我不認同這種分類。我認為情緒有一個範圍,而且情緒的整個維度都是有生物基礎的。但是我們尚未完全了解究竟需要考慮哪些因素,才能真正地理解情緒。

Q:說起情緒指紋,有個問題是過往的經歷和情緒的概念對情緒反應來說是必要的嗎?

Klein:我覺得,如果涉及到記憶的部分,情緒認知的部分,那麼經歷確實會影響我們是如何體會情緒的。但是對我而言,情緒自身是具有生物學屬性的,像是一種本能。然後,情緒的經歷被我們稱之為感覺,對嗎?那就是我們體驗情緒的方式。有一種可能是,我們都有相同的基本情緒類型,但是我們的感覺可能有所不同。總體而言,我覺得情緒對我來講是一種本能的東西,人類的體驗都非常相似,各個物種之間也極其相似,因為情緒已被證明是會演化的且非常守恆。大腦回路也是可演化的,對情緒而言也是非常守恆的。

我的觀點是,既然如此,那麼就不是必要的,因為情緒絕對不是一種反射。我覺得,我們擁有情緒的部分原因是因為情緒能夠創造行為產出。當然,我們是人類。像是有意識的情緒體驗或是如上文所述的感覺,都是可以從上至下地調節我們對事物的反應、我們的行為還有身體反應。我相信,大腦回路對於情緒而言是非常守恆的。我認為,若要情緒對行為產生影響,有意識的情緒體驗並不是必要的。

Q:我們注意到,你的工作也包含科學交流與科普,你為什麼會對此感興趣?

Klein:謝謝你注意到了這一點!我非常享受傾聽優秀的科學對話,但是我必須承認,只是聽而不參與其中的話,有時候會讓我覺得別人 「偷走」 了我的時間。我覺得要做出優秀的科學陳述也是非常必要的。在某些情況下,我想做到的是努力提高自己的技能,也讓別人提高他們的技能,因為我覺得科研非常重要的一部分就是我們能夠傳達自己的發現,無論是與其他研究者交流還是向公眾進行科普。對我們來說,一個至關重要的任務是要向公眾科普自己的科學發現,因為大眾是不會查閱論文,仔細閱讀的。

我覺得,我們還可以從觀眾和公眾那裡獲得更多支持,尤其是做動物實驗。我覺得我們有義務像公眾科普自己的科學發現。對我們自己的事業而言,我認為能以清晰的方式向同僚們彙報自己的發現是非常關鍵的。由於我自己一直在做這件事,我非常享受跟同事們聊我的研究工作,當然我也很享受跟相關行業的非專業人士交流。

我讀高中的時候覺得,當你讀到一本科學書籍的時候,裡面寫的都是真理,無法被改變。但當我們自己開啟科學事業時,我們知道自己仍在創造許多知識,還有一些我們自以為了解的事物也許並非如此。然後,我們學習了科學的方法,像是如何創立一個假說,然後運用實驗等手段去驗證它。我認為是真理的東西也許並非符合實際情況。這也是人們需要銘記於心的,大家需要了解科學是如何運作的。

Q:您接下來的研究方向是什麼?

Klein:我很想了解身體與大腦是如何在這樣複雜的情況下相互作用的。其實對我來說,提到情緒調節,身體最有趣的生理機制是呼吸。我們都知道,通過修習正念和冥想,呼吸對情緒有很大的影響。我們不知道的是其實際的工作原理、涉及到了哪些腦區、這又是如何影響我們的情緒、對大腦有什麼反饋、以及大腦是如何利用資訊來影響我們的情緒和行為。我想要了解更多,尤其是因為與心率相比,我們其實可以有意識地控制呼吸。這一點讓我非常興奮。用小鼠做實驗的話會相對複雜一點,但這就是我每天去實驗室的動力,也是我要繼續做的事情。

Q:您在神經科學領域的畢生目標是什麼?

Klein:我可以畢生都繼續從事情緒相關的研究,因為我們知道的似乎太少,要做的又很多。總體來說,我對腦體互動很感興趣。比如,情緒領域的腦體互動改變會延續終生。我很想探索,他們是如何隨著年齡的變化而改變的。我更想探索內感的世界,比如我們是如何感受心跳,這種感受的改變是否會持續一生。這些領域都沒有太多研究。我覺得自己接下來 20 年都可以研究這些話題。

來自@Alexandra Klein的問題:

情緒是否有分類?情緒在大腦裡的表徵究竟是什麼?情緒活動是否會在大腦裡留下指紋?

針對Klein博士的問題,我們將邀請更多嘉賓探索答案,敬請關注。

嘉賓:Alexandra Klein

採訪:Jiahui

翻譯:Vicky

編輯:Jiahui,EY