當人類受到挑釁、威脅時,憤怒的情緒往往油然而生,甚至會伴隨一定的攻擊行為;自然界弱肉強食的生物鏈條中,追捕和獵殺也時常上演……攻擊行為是適者生存法則的核心策略,大部分動物都會演化出特定的神經環路來執行和控制攻擊行為。那么大腦是如何管理憤怒情緒,并精確調控攻擊行為呢?

2021年3月18日,浙江大學腦科學與腦醫學學院段樹民院士與虞燕琴教授團隊在國際知名期刊《Neuron》在線發表題為“A Substantia Innominata-midbrain Circuit Controls a General Aggressive Response”的研究論文。該研究聚焦于小鼠大腦杏仁核延伸區域——后側無名質(pSI),發現激活后側無名質可觸發情緒性攻擊,從而介導多種類型攻擊行為的表達,并揭示了其對多種攻擊行為的梯度式編碼方式,進一步揭開了“憤怒情緒”的神秘面紗。

戰斗前的“沖鋒號”來自哪里?

無名質縱貫人類大腦前后的腦區,其后半部分屬于杏仁核延伸區的一部分,該區域很長一段時間里都被大家忽視。但在小鼠中,它比外側下丘腦有更大的體積,比中央杏仁核有更多的細胞數量。研究團隊通過對無名質進行細胞活動的記錄,發現兩只小鼠在碰面并打斗后,無名質會變得異常活躍,類似于動員和調用“大腦中的武裝力量”,甚至戰斗前就響起了“沖鋒號”,提示著接下來將會發起攻擊行為。

圖1 小鼠后側無名質細胞在不同社交狀態的活動情況

團隊通過光遺傳方法,激活后側無名質的特定細胞,例如激活負責攻擊動作的中腦導水管灰質,被操控的小鼠瞬間由“平和狀態”切換為“戰斗狀態”,隨時準備發動攻擊。光遺傳學激活后側無名質后,小鼠還會有“怒目圓睜”、呼吸加快、心率增加、身體顫抖等反應憤怒情緒的生理變化;且在多達十三種不同的情境中,無論面臨強敵,還是對手改變,或是不同性別等情景,被激活后側無名質的小鼠都吹響了“沖鋒號”,以“戰斗模式”在給光的瞬間攻擊對手。

圖2 小鼠后側無名質細胞激活可觸發十三種類型的攻擊行為

揭開“憤怒情緒”的神秘面紗

從生理學的角度看,挑釁可喚起人類的憤怒情緒,甚至誘發暴力。研究團隊發現小鼠也是如此,多種威脅刺激都會提高小鼠攻擊的概率:越強的威脅刺激,引發攻擊也越強。通過鈣信號記錄,研究團隊發現后側無名質神經元編碼了不同強度的威脅刺激,結合不同程度的威脅與憤怒的相關性,提示我們或許可從后側無名質的興奮程度來感知“憤怒”的大小。

圖3 小鼠后側無名質細胞的狀態隨著對手的強大而增強

達爾文提出:“攻擊行為乃至憤怒在動物和人類中,可能是進化和保守的,適度的憤怒和攻擊能夠幫助人類生存。”人類不僅保留了表現形式多樣的攻擊本能,攻擊的表達也常常伴隨憤怒情緒的迸發。但一旦失控,則可能產生過度的憤怒和病態的攻擊,給社會和他人帶來巨大危害。

在實驗中,研究團隊通過對后側無名質的細胞進行光遺傳學抑制,本身暴躁愛打架的小鼠立刻變得溫和,不再發生攻擊,同時不影響小鼠其它的社交活動。而如何控制不合時宜的攻擊行為,將成為團隊研究的下一個重要目標。

浙江大學腦科學與腦醫學學院段樹民教授與虞燕琴教授是本文的共同通訊作者,博士生朱正剛、碩士生馬青青、博士生苗露、楊鴻斌是共同第一作者。該研究主要受國家重點研發項目、國家自然科學基金、中國醫學科學院醫學與健康科技創新工程項目、廣東省重點領域研發計劃項目、中央高校基本科研業務費等資助。

圖4 本課題模式圖