感知內(nèi)部身體信號是生命的基礎(chǔ)。近日， Tahnée Engelen, Marco Solcà & Catherine Tallon-Baudry三人在心臟、呼吸、胃節(jié)律方面，回顧了以往對內(nèi)感與外部信號的交互的研究。綜合內(nèi)外感受體，這有助于揭示生物信息處理的模式。

他們的成果發(fā)表在最新一期的Nature Neuroscience雜志上，名為 “Interoceptive rhythms in the brain”

心臟跳動、肺部充氣、胃蠕動——生命的明證。這三器官持續(xù)向大腦傳遞信息，被感知與處理。內(nèi)感通常悄無聲息進行，但偶爾引起內(nèi)在知覺。內(nèi)感調(diào)節(jié)身體需求，保持穩(wěn)態(tài)和平衡，與外感環(huán)境交織。內(nèi)感與外感共同驅(qū)動生命功能，如進食行為，融合感官采樣、注意力、記憶、資源決策。核心內(nèi)感通路起源于感受器，通過顱神經(jīng)和內(nèi)臟感覺神經(jīng)傳輸信息，最終影響皮質(zhì)區(qū)（圖1）。這些身體節(jié)奏，如心臟、呼吸、胃，對感知、認知和行為產(chǎn)生多重影響，涉及振蕩同步、預(yù)測編碼和多感官整合機制。

圖1. 心臟、呼吸和胃節(jié)律的產(chǎn)生和機械感覺信號：核心內(nèi)感通路和體感、本體感覺、血管和嗅覺通路

1. 心臟內(nèi)感

心臟是維持血液循環(huán)的重要器官，具備自主的起搏器系統(tǒng)（圖1），負責(zé)生成心臟周期（見圖2b）。這一心臟周期的節(jié)奏由心臟內(nèi)的機械感受器轉(zhuǎn)導(dǎo)，然后通過核心傳遞到大腦（圖1）。

除了機械感受器，還有其他的心臟內(nèi)感途徑（圖1）。首先，心臟的收縮通過本體感覺或外周觸覺受體轉(zhuǎn)化為神經(jīng)信號，這些受體檢測血管的脈動或胸部體積的變化。其次，一些最近的研究發(fā)現(xiàn)星形膠質(zhì)細胞可能充當(dāng)顱內(nèi)氣壓感受器，與大腦中的神經(jīng)元相互作用，這可能與血流和交感神經(jīng)控制有關(guān)。另外，某些脈沖可能直接通過細胞內(nèi)的機械敏感通道傳導(dǎo)，這可能對大腦的信息傳遞產(chǎn)生深遠影響。

心臟參數(shù)如心率和心率變異性并不是固定不變的，它們受到皮質(zhì)區(qū)域的影響。情感、認知和外部刺激都可以改變心率和心率變異性。

心跳誘發(fā)的神經(jīng)響應(yīng)（HERs）是一種瞬時的神經(jīng)活動，與心跳同步（圖2c）。HERs可能與情感、預(yù)測編碼和自我有關(guān)，它們在大腦中的多個區(qū)域都可以觀察到（圖3）。HERs的理解有助于深入研究大腦與心臟之間的相互作用，以及它們對意識和主觀體驗的影響。

圖2. 測量心臟、呼吸和胃的內(nèi)感受

圖3. 大腦中的身體節(jié)奏：一個廣泛的網(wǎng)絡(luò)

2.呼吸

呼吸對大腦活動的影響，尤其是邊緣系統(tǒng)，主要是由鼻腔呼吸和嗅球中的機械感受器檢測氣流所致。但也存在其他途徑，可能影響不同的皮質(zhì)區(qū)域。例如，膈神經(jīng)傳遞了隔膜的張力變化，迷走神經(jīng)傳遞了肺部運動信息，而皮膚可能感知胸部的膨脹和收縮。

呼吸與大腦活動之間的耦合主要通過分析神經(jīng)激發(fā)或大腦節(jié)律的調(diào)制來確定，可以通過呼吸頻率搜索大腦活動，或者通過相位-振蕩耦合的原理來擴展腦體節(jié)律相互作用（圖2e）。這種耦合可能在感知、情感和認知優(yōu)化中發(fā)揮作用。

3. 胃內(nèi)感

胃在消化中起著關(guān)鍵作用，混合和研磨食物，感知胃含量、電活動和機械扭曲等刺激。它有自己的節(jié)奏，由非神經(jīng)元pacemaker cells產(chǎn)生，同時影響平滑肌和迷走傳入。胃節(jié)奏受腸神經(jīng)系統(tǒng)、中樞神經(jīng)系統(tǒng)和大腦的影響。不同的胃壁力作用會激活迷走神經(jīng)和脊柱神經(jīng)，然后遵循特定的神經(jīng)通路。人類胃擴張期間涉及多個大腦區(qū)域，包括體感皮層、ACC、海馬體、島葉、vmPFC和枕葉皮層的信號。

此外，在消化急性階段之外，胃仍然保持節(jié)奏，與大腦形成廣泛的耦合，包括大腦皮層、運動區(qū)域和一些默認網(wǎng)絡(luò)區(qū)域。

4. 在廣泛的皮質(zhì)網(wǎng)絡(luò)中觀察到身體節(jié)律

圖3是前三節(jié)報告的調(diào)查結(jié)果的圖形摘要，顯示了內(nèi)感處理的關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)。雖然存在一些局限性，如物種差異和采樣偏差，但圖3強調(diào)了內(nèi)感網(wǎng)絡(luò)的廣泛性。首先，它確認了邊緣區(qū)域在內(nèi)感處理中的重要性。其次，心臟、呼吸和胃與體感皮層之間存在聯(lián)系。令人驚訝的是，呼吸和胃節(jié)律與視覺、聽覺和（前）運動皮質(zhì)的神經(jīng)活動存在聯(lián)系，表明內(nèi)感信號的解剖起源尚需深入研究。

5. 將身體節(jié)奏與大腦動力學(xué)相結(jié)合：候選機制

如何將身體的生理節(jié)奏與大腦動力學(xué)和外部感知或認知處理相融合？這問題從振蕩同步、預(yù)測編碼和多感官整合三個不同角度進行研究（圖4）。

振蕩同步框架探討大腦區(qū)域間的振蕩同步如何在協(xié)調(diào)大腦活動和區(qū)域間通信中發(fā)揮作用。the scaffolding hypothesis進一步將振蕩同步與身體生理節(jié)奏相結(jié)合，提出不同區(qū)域的神經(jīng)活動與心臟、呼吸和胃的節(jié)律同步。這個框架強調(diào)身體節(jié)奏作為信息傳遞的載體，但仍需要更多實驗證據(jù)來支持。

此外，擴展的預(yù)測編碼框架突出了大腦的預(yù)測能力，以協(xié)調(diào)外部輸入和行為。多感官整合框架認為外感和內(nèi)感處理在身體自我構(gòu)建中起關(guān)鍵作用。

圖4. 大腦中的身體節(jié)奏：候選機制

總結(jié)

身體生理節(jié)律與神經(jīng)元活動的解剖聯(lián)系，影響感知認知，挑戰(zhàn)神經(jīng)編碼疑問。更多生物學(xué)角度或許能解開神經(jīng)編碼謎團、自我、意識與動物人類意識之鑰。

原文鏈接：

https://doi.org/10.1038/s41593-023-01425-1

參考文獻

Engelen T, Solcà M, Tallon-Baudry C. Interoceptive rhythms in the brain. Nat Neurosci. 2023;26(10):1670-1684. doi:10.1038/s41593-023-01425-1

編譯作者：Ayden（brainnews創(chuàng)作團隊）

校審：Simon（brainnews編輯部）






標簽：