導(dǎo)讀

情緒是經(jīng)歷和行為的基礎(chǔ)，影響和激勵我們生活的方方面面。幾個世紀(jì)以來，各個學(xué)科的科學(xué)家都對情緒著迷，直至今天，關(guān)于如何定義情緒以及如何最好地研究其神經(jīng)基礎(chǔ)的激烈爭論仍然比比皆是。從進化的角度定義情緒，并認識其在支持生存方面的重要功能作用，有助于研究不同物種的情緒狀態(tài)。這種方法能夠利用行為、系統(tǒng)和回路神經(jīng)科學(xué)中的現(xiàn)代工具，從而精確地剖析模式生物中情緒過程背后的神經(jīng)機制和行為。本文綜述了跨物種情緒處理的神經(jīng)回路機制，并試圖確定趨同點，以及理解情緒如何從神經(jīng)活動中產(chǎn)生的后續(xù)。

前言

什么是情緒？每個人都對情緒有一種直觀的感覺；然而，在科學(xué)家中，情緒的定義仍然存在激烈的爭論。這種爭論的部分原因可能是試圖解釋不同的現(xiàn)象。從人類心理學(xué)的角度來看，情緒通常被定義為有意識感知的情緒體驗。然而，情緒也可以通過它們支持生存的假定功能來定義。從這種觀點來看，情緒是一種隱藏的內(nèi)在狀態(tài)，可以從對其原因和結(jié)果的認識中推斷出來，并且具有跨物種保守性。
在作者看來，定義情緒的爭論不應(yīng)該阻止不同學(xué)科和不同觀點的科學(xué)家共同解決情緒神經(jīng)科學(xué)中最迫切的問題：情緒的不同方面(意識體驗和功能狀態(tài))是如何在大腦中實現(xiàn)的？功能性情緒狀態(tài)是如何與有意識的、主觀的感覺聯(lián)系起來的？動物有情感嗎？如果有，它們在多大程度上體驗到了情感？深入探討這些問題也有助于我們了解潛在的情緒障礙機制，因而具有臨床意義。
本文希望倡導(dǎo)來自不同學(xué)科、研究不同物種的科學(xué)家之間的合作，并倡導(dǎo)制定明確、可驗證的假設(shè)，以幫助解決分歧。為此，本文首先回顧了一些關(guān)于特定的、離散的功能性情緒狀態(tài)下的神經(jīng)回路的一般見解，這些研究大多是在動物模型中進行的。然后，本文強調(diào)了在這些離散的功能性情緒狀態(tài)下，神經(jīng)回路的一些新出現(xiàn)的共同原則。本文進一步嘗試從動物研究中提取關(guān)于效價和離散情緒狀態(tài)的編碼，最后對情緒研究領(lǐng)域的未來方向提出建議。

定義和研究不同物種的情緒

本文將情緒視為對生物體具有適應(yīng)性的功能狀態(tài)(功能性情緒狀態(tài)，或簡稱情緒狀態(tài))，并將這些功能性情緒狀態(tài)與只能在人類身上評估的情緒的有意識感知(情緒的感覺)進行區(qū)分。目前，我們?nèi)匀徊恢肋@兩個概念是如何聯(lián)系在一起的，盡管我們相信它們通常(但可能并不總是)是聯(lián)系在一起的。事實上，一些大腦區(qū)域參與了功能性情緒狀態(tài)的加工和情緒感覺的產(chǎn)生，表明這兩種現(xiàn)象之間存在復(fù)雜的關(guān)系。另一方面，來自人類研究的證據(jù)表明，即使在沒有有意識的相關(guān)感覺情況下，閾下情緒刺激也可以引發(fā)無意識的情緒反應(yīng)和偏見行為，從而提供了情緒狀態(tài)和情緒感覺也可以作為獨立現(xiàn)象存在的證據(jù)。

認識到情緒是進化保守性的功能狀態(tài)，使我們能夠考慮從不同物種收集的科學(xué)證據(jù)，包括人類和非人類動物。功能性情緒狀態(tài)可以被概念化為由大量外部和內(nèi)部輸入產(chǎn)生的中樞大腦狀態(tài)，并影響行為、身體和大腦中的許多變量。根據(jù)這種觀點，一種情緒狀態(tài)的存在可以從對其原因和結(jié)果的觀察中推斷出來，情緒感覺可能伴隨它，也可能不伴隨它。此外，有人提出用某些特征來表征情緒狀態(tài)，這些特征可能有助于區(qū)分情緒狀態(tài)與其他行為狀態(tài)或反射狀態(tài)，并在不同物種之間識別這些狀態(tài)(圖1)。這些特征包括：

①全局協(xié)調(diào)和多效性：情緒狀態(tài)協(xié)調(diào)多種(多效性)行為、身體、生化(即激素、神經(jīng)化學(xué))和認知變化，從而對整個生物體產(chǎn)生全局影響。②效價：情緒狀態(tài)通常可以分為積極或消極。③強度：情緒是有等級變化的，從弱到強。④優(yōu)先級：情緒狀態(tài)比許多正在進行的過程(如意志或其他正在進行的行為)更重要。⑤泛化：情緒狀態(tài)可能由與初始觸發(fā)刺激相關(guān)的刺激或情境引起。

⑥持續(xù)性：情緒狀態(tài)通常比最初的觸發(fā)刺激更持久。

進化保守性的功能情緒狀態(tài)(黑盒子)是一種隱藏的內(nèi)在狀態(tài)，可以通過對其原因(輸入或觸發(fā)，左)和結(jié)果(情緒表達，右)的認識來推斷。不同的誘發(fā)因素和情境可以引起相似的情緒狀態(tài)(扇入)，這可以引起大量的有機體變化(扇出)。這種安排允許研究人員實驗性地控制和操縱行為情緒觸發(fā)的不同特征和情境，量化情緒狀態(tài)的結(jié)果表達，并測試這些表達是否符合情緒特征。刺激輸入的變化與機體反應(yīng)之間的關(guān)系可以幫助推斷情緒狀態(tài)的存在。
情緒狀態(tài)也被稱為行動計劃，以強調(diào)它們正在引起多效性變化，并將其與情緒感覺區(qū)分開來。需要注意的是，行動計劃這個術(shù)語也暗示著自動性。雖然情緒狀態(tài)觸發(fā)了協(xié)調(diào)有機體變化的循環(huán)模式，但它們也靈活地適應(yīng)了情緒觸發(fā)的環(huán)境和性質(zhì)。因此，情緒表達可以被認為是半靈活的，處于刻板反應(yīng)和意志行為之間。綜上所述，評估行為、生理和神經(jīng)活動模式是否至少遵循其中的一些特性，可能有助于識別跨物種的情緒狀態(tài)。此外，將情緒狀態(tài)的復(fù)雜性分解為可分離的特征，并單獨研究其潛在的神經(jīng)機制，可能有助于深入了解保守的神經(jīng)回路基序。

功能性情緒狀態(tài)下的神經(jīng)回路

過去的大多數(shù)研究將情緒視為不同的狀態(tài)，考慮情緒的明確功能(在動物模型中)或感覺(在人類中)。在這里，本文首先關(guān)注的是將情緒作為獨立狀態(tài)進行研究所獲得的見解。然而，應(yīng)該注意的是，情緒狀態(tài)是用離散狀態(tài)類別來表示，還是從連續(xù)變量維度上進行解碼，這在情緒神經(jīng)科學(xué)中仍然是一個尚未解決的問題。

恐懼和焦慮的神經(jīng)回路

從概念上講，恐懼是由現(xiàn)實的、嚴(yán)重的威脅引起的，而焦慮是由潛在的、推斷的或預(yù)期的威脅引起的。這些密切相關(guān)的概念是目前研究最多、最容易理解的情緒狀態(tài)，原因如下：恐懼和焦慮的表達在不同物種中被很好地保存下來，很容易檢測和量化。同樣，與行為相關(guān)的觸發(fā)刺激易于識別和實驗應(yīng)用。因此，非人類動物的研究為恐懼和焦慮背后的神經(jīng)回路提供了豐富的機制見解。本文建議讀者參閱對恐懼和焦慮的神經(jīng)基礎(chǔ)進行深入討論的綜述，并在這里重點總結(jié)了一些新觀點。
恐懼和焦慮具有重疊但又不同的回路機制。雖然恐懼刺激通常是感官上的，因此通過丘腦以及初級和聯(lián)想感覺皮層處理，但焦慮誘發(fā)因素更難定位到特定的輸入結(jié)構(gòu)，但可能通過感覺、內(nèi)感受(即與來自身體的感覺信息相關(guān))或認知路徑出現(xiàn)。通常，杏仁核、終紋床核(BNST)、腹側(cè)海馬(vHPC)和內(nèi)側(cè)前額葉皮層(mPFC)的協(xié)調(diào)活動被認為是評估威脅是否存在的關(guān)鍵。這些腦區(qū)緊密相連，因此威脅刺激由多個回路單元進行評估。這些宏觀回路包括從杏仁核到BNST、mPFC和vHPC，以及從mPFC和vHPC到BNST和杏仁核的前饋和反饋信號。盡管只有少數(shù)研究明確指出恐懼和焦慮之間的相互作用，但在這個宏觀層面上，恐懼和焦慮背后的神經(jīng)回路計算似乎是最重疊的。
一旦檢測到威脅并超過閾值，就會啟動觸發(fā)恐懼(或焦慮)表達的通路。這些回路包括導(dǎo)水管周圍灰質(zhì)(PAG)、中央杏仁核(CeA)、下丘腦、外側(cè)隔核(LS)和背側(cè)迷走神經(jīng)復(fù)合體。根據(jù)威脅的性質(zhì)和特征，會引起不同的適應(yīng)性防御行為。有趣的是，恐懼和焦慮表達的不同模式及其潛在的神經(jīng)關(guān)聯(lián)在不同物種中都非常保守。
恐懼和焦慮會導(dǎo)致不同的持續(xù)性狀態(tài)，并且可以在多個時間尺度上發(fā)生。有趣的是，在小鼠中，島葉皮層中的神經(jīng)元在高度焦慮狀態(tài)下表現(xiàn)出持久的活動增加，而這種活動對于維持防御狀態(tài)是必要的。同樣，小鼠腹內(nèi)側(cè)下丘腦中的神經(jīng)元亞群在暴露于捕食者威脅后表現(xiàn)出持續(xù)數(shù)十秒的活動，而這種活動是持續(xù)防御行為所必需的。在基底外側(cè)杏仁核(BLA)中也發(fā)現(xiàn)了類似的與焦慮相關(guān)的持續(xù)性活動變化。
恐懼和焦慮神經(jīng)回路研究中反復(fù)出現(xiàn)的一個研究主題是功能性拮抗。事實上，包括但不限于BLA、CeA和mPFC在內(nèi)的單個節(jié)點是由緊密交織或相鄰的回路單元組成的，這些單元對恐懼和焦慮有相反的影響。這種功能性的對立可以通過幾種方式來調(diào)解。一種方式涉及到投射特異性神經(jīng)元群，它們起源于相同的腦區(qū)，能夠相互作用，但卻能介導(dǎo)相反的效應(yīng)。例如，從BLA到CeA的興奮性軸突投射的選擇性激活具有抗焦慮性，而BLA到vHPC的興奮性軸突投射的激活具有焦慮作用。另一種調(diào)節(jié)對立的方式是在單個大腦結(jié)構(gòu)的亞區(qū)域中觀察到的。在BNST中，兩個相鄰的亞區(qū)被證明可以促進或阻礙焦慮。同樣，小鼠PFC的兩個主要亞區(qū)以相反的方式影響恐懼學(xué)習(xí)：杏仁核從前邊緣皮層接收的輸入促進了威脅反應(yīng)，而從下邊緣皮層接收的輸入則抑制了該反應(yīng)。這種緊密對應(yīng)的功能拮抗回路并不局限于恐懼和焦慮，這將在下文進一步討論。
從對恐懼和焦慮的研究中得到的另一個教訓(xùn)是，離散的情緒狀態(tài)不能用單個大腦區(qū)域或神經(jīng)元回路的活動來解釋。在很長一段時間里，杏仁核似乎是產(chǎn)生恐懼的充要條件。事實上，在著名的案例研究中，患有雙側(cè)杏仁核損傷的患者S.M.在處理和體驗由外部因素或觀察他人的恐懼面孔而引發(fā)的恐懼時表現(xiàn)出極度的缺陷。然而，后來的研究表明，患者s.m.以及其他有類似病變的患者在暴露于高濃度CO2時，仍然會感到恐懼甚至恐慌。這些數(shù)據(jù)表明，杏仁核并不是恐懼體驗的必要神經(jīng)基質(zhì)。對這些驚人發(fā)現(xiàn)的可能解釋包括，恐懼可能有依賴于杏仁核的狀態(tài)，也可能有獨立于杏仁核的狀態(tài)，杏仁核只是處理流的一部分，對于源自身體內(nèi)部的恐懼觸發(fā)可能是可有可無的，或者恐懼沒有固定的神經(jīng)關(guān)聯(lián)，恐懼的主觀體驗是通過從不同的神經(jīng)信號進行推斷而構(gòu)建的。
鑒于恐懼和焦慮神經(jīng)回路已經(jīng)被廣泛研究，那么人類和非人類動物之間是否共享潛在的恐懼加工神經(jīng)機制？最近的一些研究強調(diào)了不同物種在恐懼加工方面具有很大的相似性。一項人類神經(jīng)成像研究發(fā)現(xiàn)，人類的丘-枕-杏仁核回路編碼負面情緒，并且與之前在嚙齒類動物中描述的視覺威脅通路高度相似。Terburg等人(2018)的另一項研究發(fā)現(xiàn)，BLA中存在一種保守的回路機制，可調(diào)節(jié)嚙齒類動物和人類的逃跑行為。保守回路基序的識別填補了在模式生物和人類研究中快速獲得的精確神經(jīng)回路機制數(shù)據(jù)之間的關(guān)鍵空白。

憤怒和攻擊的神經(jīng)回路

憤怒可以被描述為一種由各種厭惡環(huán)境引發(fā)的消極功能性情緒狀態(tài)，例如沒有得到預(yù)期的獎勵，沒有實現(xiàn)某個行動目標(biāo)，或者他人的行動影響了個人的目標(biāo)或需求。表達憤怒的一種方式是攻擊；然而，尚不清楚是否所有的攻擊性行為都是由憤怒或單獨的攻擊性情緒狀態(tài)引起的。同樣，憤怒作為一種功能性情緒狀態(tài)，其表達方式也具有多樣性，包括身體、認知和不同的行為變化。很明顯，雖然憤怒從定義上看似乎是一種消極狀態(tài)，但至少在某些情況下，攻擊的效價可以是積極的。例如，有研究表明，小鼠通過紋狀體回路中的多巴胺能信號表現(xiàn)出對攻擊行為的偏好。
我們對潛在相關(guān)的憤怒和攻擊狀態(tài)背后的神經(jīng)回路的大部分知識來自動物模型，其中大部分工作都集中在社會背景下的攻擊行為。目前關(guān)于攻擊性的神經(jīng)基礎(chǔ)模型涉及幾個處理步驟。首先，檢測、處理和評估不同的感官輸入。表達攻擊行為的閾值受其他內(nèi)部狀態(tài)變量的調(diào)節(jié)，如壓力、生殖、晝夜節(jié)律或能量狀態(tài)。必要的處理過程被認為發(fā)生在所謂的核心攻擊回路(core aggressive circuit)中，包括幾個緊密相連的核，如內(nèi)側(cè)杏仁核、BNST、下丘腦腹內(nèi)側(cè)核和腹側(cè)乳頭體前核?？缥锓N和類群(包括小鼠、鳥類和靈長類動物)收集的證據(jù)發(fā)現(xiàn)，這些中樞的神經(jīng)活動與攻擊性行為相關(guān)，此外，在這些腦區(qū)內(nèi)的操作要么支持要么消除小鼠的攻擊性。最后一步，表現(xiàn)出物種特有的攻擊行為，其強度通常從威脅表現(xiàn)到公開攻擊。攻擊性運動輸出可通過直接投射到中腦運動前區(qū)或通過間接沖擊紋狀體運動回路和中腦神經(jīng)調(diào)節(jié)系統(tǒng)來觸發(fā)，采取攻擊性行動的一個關(guān)鍵部位是PAG。
雖然攻擊行為的處理被假設(shè)主要發(fā)生在皮層下區(qū)域，但這些回路受到前腦的嚴(yán)格控制。菲利普·巴德的早期實驗報告稱，切除大腦半球的貓表現(xiàn)出自發(fā)的攻擊性或假憤怒。Hess和Akert(1955)通過對下丘腦不同部位的直接電刺激證實了這些結(jié)果。目前的證據(jù)表明，mPFC和LS尤其強直抑制下丘腦，以阻止攻擊。事實上，前腦有損傷的人會表現(xiàn)出更高的攻擊性水平，相反，刺激PFC可能會降低攻擊性。mPFC的光遺傳激活減少了小鼠的攻擊行為。然而，mPFC神經(jīng)元的一個離散亞群反而促進了攻擊性行為。同樣，來自小鼠、大鼠和鳴禽的證據(jù)表明，LS病變也會導(dǎo)致攻擊性增加，稱為隔區(qū)狂怒。這些結(jié)果揭示了一個有趣的主題，即攻擊性似乎是通過強直性促進的，必須主動地抑制才能被遏制。
與攻擊相關(guān)的回路還有一個顯著的特征，那就是它們與調(diào)節(jié)性行為和由恐懼引起的防御行為的回路非常接近，甚至重疊。這種涉及不同情緒的大腦區(qū)域和神經(jīng)回路的重疊將在下面進行討論。

愉悅的神經(jīng)回路

包括人類在內(nèi)的動物都積極尋求欲求性刺激。在達到欲求目標(biāo)(如進食、擺脫困境或?qū)崿F(xiàn)社會目標(biāo))后，就會引發(fā)積極的情緒狀態(tài)。這種愉悅的狀態(tài)可能是為了強化有利于生存的行為，并激勵個體追求獎勵、關(guān)心自己和他人。
積極的情感狀態(tài)包括兩個可分離的過程：追求愉悅刺激和對愉悅(享樂)刺激的急性暴露。這兩個過程分別被稱為渴望和喜歡。雖然渴望和喜歡經(jīng)常同時發(fā)生，但它們潛在的神經(jīng)關(guān)聯(lián)是可分離的，這兩個過程可以暫時分離?？释臓顟B(tài)是由大量腦區(qū)進行調(diào)節(jié)的，通常涉及多巴胺信號。雖然多巴胺抑制會減少欲求，但同樣的操作不會減少味覺引起的喜歡或愉悅反應(yīng)。這一證據(jù)駁斥了長期以來的假設(shè)，即中腦邊緣多巴胺系統(tǒng)是快樂狀態(tài)不可或缺的組成部分。事實上，在小鼠和人類身上的證據(jù)清楚地表明，多巴胺既不是表達或體驗快樂的必要條件，也不是充分條件。
如何評估非人類動物的喜好或愉悅的情緒狀態(tài)？雖然人類研究通常涉及有意識的、主觀的快樂評級，但在不同物種中也證實了客觀可量化的享樂反應(yīng)。新生兒、猿、猴子以及大鼠和小鼠均有喜歡和不喜歡(或厭惡)的口面部表情。雖然腦干控制這些行為表達，但它們的啟動和調(diào)節(jié)卻受到前腦結(jié)構(gòu)的嚴(yán)格控制。
事實上，與口面部表情代表情緒狀態(tài)的表達而不是簡單的反射這一概念一致，它們受到饑餓、口渴和聯(lián)想學(xué)習(xí)等內(nèi)部狀態(tài)的調(diào)節(jié)，并且通過神經(jīng)化學(xué)物質(zhì)受到享樂增強的影響。此外，它們還表現(xiàn)出情緒特征，包括可擴展性、效價、靈活性和持久性。除口面部運動外，靈長類和嚙齒類動物在親社會互動或期待獎勵時表現(xiàn)出的叫聲也被認為是積極情緒的行為表達。
對嚙齒類動物的研究表明，利用口面部運動作為愉悅的解讀，激活大腦中的享樂熱點可以增強對甜味的喜愛反應(yīng)。這些熱點在大鼠的眶額葉皮層、島葉皮層、伏隔核內(nèi)側(cè)殼層(NAc)和腹側(cè)蒼白球(VP)中被發(fā)現(xiàn)。有趣的是，享樂熱點在功能上是相互連接的，所以阻斷其中一個的阿片功能會阻止另一個區(qū)域的喜好增強。
有趣的是，雖然刺激前額皮層和NAc足以增強喜歡，但它們都不是必要的；也就是說，損傷并不會導(dǎo)致享樂功能的喪失。到目前為止，只有一個區(qū)域被認為是喜歡的必要因素：VP。這個大腦區(qū)域的病變會產(chǎn)生從喜歡到不喜歡的逆轉(zhuǎn)，使甜味引起過度的厭惡反應(yīng)。
最后，盡管人類對快樂的感受有明顯的區(qū)別，但目前尚不清楚大腦中是否只存在一種或不同的快樂狀態(tài)。在人類中，許多不同的獎勵(包括食物、性和成癮藥物)激活了一組很大程度上重疊的腦區(qū)，動物模型的研究也強調(diào)了這一點。這些區(qū)域包括眶額葉、島葉和前扣帶回皮層，以及NAc、VP和杏仁核。

厭惡的神經(jīng)回路

厭惡是一種強烈的功能性情緒狀態(tài)，旨在避免潛在的疾病來源。通過人類的進化，厭惡可能已經(jīng)擴展到更抽象的刺激，如社會刺激或道德越界。厭惡引起的特征行為模式是按強度分級的。在哺乳動物(包括人類、大鼠和小鼠)中，苦味或極度的咸味會引發(fā)厭惡的口面部表情(如張大嘴巴和搖頭)。雖然厭惡和恐懼的情緒狀態(tài)均被認為是防御性狀態(tài)，但這兩種狀態(tài)的行為表現(xiàn)及其神經(jīng)關(guān)聯(lián)顯然是可分離的。事實上，對人類的研究表明，恐懼和厭惡以相反的方向調(diào)節(jié)感官習(xí)得：當(dāng)經(jīng)歷恐懼時，人類受試者會涵蓋更大的視野，表現(xiàn)出更快的眼球運動，并在呼吸時增加鼻容量和氣流速度，而厭惡則會引起相反的變化。
與厭惡相關(guān)的神經(jīng)元最近才開始出現(xiàn)，并在其他地方進行了研究。簡而言之，神經(jīng)成像研究發(fā)現(xiàn)島葉皮層和皮層下紋狀體回路的活動與人類的厭惡體驗相關(guān)。在小鼠中發(fā)現(xiàn)，島葉皮層神經(jīng)元的活動與厭惡表達相關(guān)。此外，通過光遺傳刺激后島葉可以誘發(fā)小鼠的面部厭惡表情。有趣的是，貝里奇實驗室的研究表明，VP中一個享樂熱點的小病變可以導(dǎo)致甜味引起過度的厭惡反應(yīng)。早前對整個端腦(包括VP和其他前腦結(jié)構(gòu))進行大范圍消融時，也進行了類似的觀察，結(jié)果顯示會引起厭惡和其他反感情緒。這些新的發(fā)現(xiàn)提示，剩余前腦中的負價回路的去抑制，類似于前腦損傷對攻擊行為的去抑制。
綜上所述，雖然厭惡的感覺觸發(fā)和行為表達與其他情緒狀態(tài)(如快樂或恐懼)明顯不同，但它們涉及到部分重疊的腦區(qū)，如VP、NAc和島葉皮層。

社會情緒的神經(jīng)回路

情緒的一個重要且保守的功能是促進社會行為，包括交配、配對結(jié)合、社會群體的一致性、嬰兒依戀和親社會行為。社會情緒表現(xiàn)出跨物種的可擴展性、持久性和效價等情緒特征，并受到需求和環(huán)境的強烈調(diào)節(jié)。目前尚不清楚社會情緒是否代表一種獨特的可分離狀態(tài)，是否可以解釋為其他情緒狀態(tài)的一部分(例如，快樂、攻擊或厭惡)，或是否被定義為連續(xù)變量。雖然社會情緒通常被作為獨立的現(xiàn)象進行研究，但社會情緒的腦區(qū)和大規(guī)?；芈放c潛在的自我中心情緒相似。例如，攻擊性、交配和親代行為都是由下丘腦中不同的回路單元進行調(diào)節(jié)的。對小鼠的研究表明，觀察性學(xué)習(xí)依賴于前扣帶回皮層和杏仁核等結(jié)構(gòu)。跨物種的共情和親社會行為被認為依賴于前額葉、扣帶回和島葉皮層以及杏仁核。

生理需求狀態(tài)或穩(wěn)態(tài)情緒的神經(jīng)回路

身體警覺和生理需求狀態(tài)(如疼痛、饑餓、口渴或疲勞)也被稱為穩(wěn)態(tài)情緒。無論是功能性情緒狀態(tài)還是與身體生理相關(guān)的內(nèi)在狀態(tài)，它們都清晰地表現(xiàn)出某些情緒特征，如復(fù)雜行為模式的可測量性、效價和全局協(xié)調(diào)性，通常旨在恢復(fù)內(nèi)穩(wěn)態(tài)。
最近對嚙齒類動物的研究表明，隱藏在恐懼、憤怒或快樂背后的神經(jīng)基質(zhì)與那些服務(wù)于穩(wěn)態(tài)情緒的神經(jīng)基質(zhì)常常相互交織，有時甚至重疊。例如，小鼠島葉皮層中的神經(jīng)元群編碼口渴和饑餓、恐懼和焦慮、疼痛，甚至是關(guān)于身體疾病的精確信息。有趣的是，單個神經(jīng)元的活動與情緒狀態(tài)(厭惡或快樂)密切相關(guān)(通過面部表情來評估)，這些神經(jīng)元位于對感官刺激(甜味、苦味、疼痛)作出反應(yīng)的島葉區(qū)域。同樣，人類成像研究表明，自我感知或觀察他人的疼痛或厭惡等情緒都在島葉皮層附近編碼，甚至部分重疊。在其他腦區(qū)也觀察到了類似的重疊。此外，在下丘腦中也觀察到類似的情緒和身體生理接近性，下丘腦涉及控制各種基本的生存功能，包括進食、代謝控制、飲水和排泄、體溫調(diào)節(jié)、發(fā)熱誘導(dǎo)、恐懼和攻擊等。
處理經(jīng)典情緒、社會情緒和穩(wěn)態(tài)情緒的神經(jīng)元群體的接近或重疊可能有利于比較和調(diào)整行動，以應(yīng)對同時出現(xiàn)的各種生存需求。

連接內(nèi)感受和情緒的神經(jīng)回路

內(nèi)感受是指對身體生理狀態(tài)的感知和體驗，以及大腦對身體功能的調(diào)節(jié)。內(nèi)感受與情緒之間的聯(lián)系構(gòu)成了一些情緒理論的基礎(chǔ)，如早期的詹姆斯-蘭格或坎農(nóng)-巴德的情緒理論，以及更近期的情緒理論。情緒感覺被假設(shè)強烈地依賴于內(nèi)感受。
迷走神經(jīng)是人體與大腦信息交換的主要途徑之一。通過迷走神經(jīng)傳遞的信號已被證明在動機和情緒狀態(tài)中發(fā)揮著重要作用。干擾迷走神經(jīng)傳遞可降低固有焦慮，并與PFC和NAc核區(qū)的去甲腎上腺素水平降低有關(guān)。最近的一項研究發(fā)現(xiàn)，與凍結(jié)相關(guān)的心率下降通過迷走神經(jīng)和門恐懼消退傳遞到島葉皮層，這表明凍結(jié)期間島葉皮層活動的內(nèi)感受調(diào)節(jié)是一種應(yīng)對過度恐懼的機制。在人類中，心血管信號會增強恐懼和焦慮的感覺，并影響恐懼處理和情緒學(xué)習(xí)。長期以來，人們一直認為內(nèi)感受、焦慮障礙和抑郁之間存在聯(lián)系，島葉皮層對內(nèi)感受信號的處理起著重要作用。迷走神經(jīng)刺激術(shù)已被批準(zhǔn)用于治療難治性抑郁癥，目前正在考慮迷走神經(jīng)刺激術(shù)在治療焦慮癥方面的潛在益處。另一種內(nèi)感受信號——呼吸中樞感覺，對恐懼也有很強的影響。事實上，從嗅球傳遞到背內(nèi)側(cè)前額葉皮層的呼吸信號對于維持小鼠的凍結(jié)狀態(tài)是必要的。
情緒狀態(tài)不僅受到身體感覺的影響或產(chǎn)生于身體感覺，它們還會顯著地引起身體的變化。情緒表達影響身體的所有系統(tǒng)和器官，包括胃腸道、心臟、肺、免疫系統(tǒng)和血管系統(tǒng)。事實上，多變量模式分類能夠在同時獲得的自主神經(jīng)系統(tǒng)參數(shù)(包括心血管、皮膚電、呼吸、體溫調(diào)節(jié)和胃活動的測量)中提取出情緒特異性變化。因此，身體信號影響情緒的不同方面，如情緒感覺、情緒表達和堅持。情緒狀態(tài)和感覺反過來又適應(yīng)性地調(diào)節(jié)身體功能。這種循環(huán)提供了一個有趣的反饋回路，但我們對其仍然知之甚少。

情緒神經(jīng)回路中的遞歸模式

大腦中與情緒有關(guān)的區(qū)域重疊

綜上可知，不同的功能性情緒狀態(tài)涉及的大腦區(qū)域在很大程度上是重疊的。事實上，似乎有一些情緒中樞區(qū)域在大多數(shù)情緒狀態(tài)中起著作用。其中包括皮層下區(qū)域，如下丘腦、杏仁核和NAc；皮層區(qū)域，如島葉、前扣帶回、mPFC；以及像PAG這樣的腦干區(qū)域。圖2強調(diào)了不同的功能性情緒狀態(tài)是如何重疊地參與整個腦區(qū)。

值得注意的是，這些區(qū)域中的大多數(shù)都是緊密相連的，并形成了對情緒的出現(xiàn)和控制至關(guān)重要的功能網(wǎng)絡(luò)。

分層、并行處理流和反饋回路

不同的情緒狀態(tài)涉及分布式重疊的大腦區(qū)域，這一觀點并不新鮮。80年前，Papez(1937)和MacLean(1949)提出了情緒的全腦回路模型。Panksepp(2011b)提出情緒狀態(tài)是在三個不同的層次上處理的，這些層次是由嵌套的解剖層次定義的。Panksepp認為，情緒的原始特征在腦干、基底神經(jīng)節(jié)、丘腦、下丘腦和杏仁核等皮層下深部結(jié)構(gòu)中加工，這些結(jié)構(gòu)在許多物種中都是保守的。支持這一觀點的是，即使在完全沒有新皮層的情況下，人類和非人類動物也會表現(xiàn)出情緒表達。此外，對特定下丘腦(和其他皮層下)神經(jīng)元的活動操作驅(qū)動了不同物種(包括無脊椎動物)的情緒表達。位于邊緣系統(tǒng)(由海馬、下丘腦、丘腦和杏仁核組成的腦網(wǎng)絡(luò))中的次級過程可能支持情緒學(xué)習(xí)以及對多層面刺激的評估和整合。事實上，大量關(guān)于恐懼條件反射的文獻強調(diào)了邊緣系統(tǒng)在情緒學(xué)習(xí)中的重要作用。最后，第三級過程，包括認知和對感覺的主觀評價，被認為是由新皮層區(qū)域介導(dǎo)的。
盡管這種分層模型總體上是合理的，但最近的證據(jù)表明，情緒的處理并不是單向的，而是在多個前饋和反饋回路中流動，這些回路將不同的處理層次相互連接。這種復(fù)雜的排列可以將各種感覺、認知、身體和外部信息組成部分整合在一起。有研究表明，不同的層次可能反映了進化史，在非常簡單的生物中可能已經(jīng)存在原始的情緒加工過程，并且情緒處理步驟隨著大腦復(fù)雜度的增加而多樣化。

情緒神經(jīng)回路以多種尺度組織

功能性情緒狀態(tài)涉及大規(guī)模和局部微回路。大規(guī)?；芈穼⒄麄€大腦的不同區(qū)域連接起來，形成具有強相互連接的網(wǎng)絡(luò)。微回路作用于亞核內(nèi)，由不同的輸入或輸出定義的神經(jīng)元亞群組成，通常介導(dǎo)沖突的情緒狀態(tài)。微回路就像開關(guān)板一樣，在一系列決定中選擇下一步，以確定效價分配和適當(dāng)?shù)那榫w反應(yīng)模式。

效價解碼的神經(jīng)回路

功能性情緒狀態(tài)的一個核心計算方法是對事物好壞的評估。解碼正負效價可以通過專用的神經(jīng)元亞群或投射發(fā)生，也稱為標(biāo)記線。例如，先天效價被歸因于外圍獨立的觸覺和味覺感受器，這些感受器負責(zé)向島葉皮層輸送不同的信息流。此外，食欲或厭惡味覺激活島葉皮層的不同亞區(qū)域，并通過分離的投射傳遞到不同的杏仁核亞核。所有外部感覺模式都存在專用于效價與非效價信息的不同投射流。效價感覺信息通常繞過初級感覺丘腦和皮質(zhì)區(qū)域，直接針對腹內(nèi)側(cè)PFC、島葉、眶額葉和前扣帶回皮層等高階皮層結(jié)構(gòu)。因此，有人假設(shè)，效價的超模態(tài)表征可能是從更簡單的生物體模態(tài)組織中的感覺信號進化而來。
然而，這種對立效價的嚴(yán)格分離并沒有提供靈活性，這是情緒狀態(tài)的一個基本特征。效價的靈活性可以通過不同的回路基序來實現(xiàn)，從而實現(xiàn)效價決策。在這里，傳入的刺激在一個轉(zhuǎn)換點被評估為積極或消極，然后根據(jù)內(nèi)部評估食欲或厭惡投射的激活?；蛘?，通過相反的組件基序，不同效價的輸入到達單個神經(jīng)元，該神經(jīng)元將這些不同輸入的信息整合并計算效價。最后，效價也可能歸因于神經(jīng)調(diào)節(jié)增益。該基序是作為其他回路基序的補充，可以在更長的時間尺度上起作用。

驅(qū)動不同情緒狀態(tài)的神經(jīng)回路

目前尚不清楚情緒是由諸如效價和覺醒等簡單變量定義的，還是由特定的神經(jīng)回路確定不同的情緒類別。思考情緒狀態(tài)的一種方法是將其定義為決策過程。在這個框架中，大腦使用一系列部分預(yù)編程的算法來提供最優(yōu)解決方案，即特定的情緒行為表達模式。這些決定可能不限于解碼某件事是積極的還是消極的，而是可能包括關(guān)于效價和類別的決定。
支持這一觀點的證據(jù)來自最近的幾項研究。例如，嚙齒類動物的島葉被劃分為不同的效價域。當(dāng)整體激活時，島葉皮層的亞區(qū)域驅(qū)動厭惡或食欲行為。然而，引發(fā)的厭惡行為是多種多樣的，包括恐懼、厭惡和類似疼痛的反應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)，特定的傳出投射調(diào)節(jié)厭惡體驗的不同方面，如促進恐懼表達或抑制進食。在BNST中也有類似的發(fā)現(xiàn)，其中不同的亞核對焦慮產(chǎn)生相反的影響。綜上所述，這些發(fā)現(xiàn)強調(diào)了一種分層實現(xiàn)，其中效價在全腦區(qū)域的不同亞區(qū)進行評估，而關(guān)于特定情緒動作模式的微調(diào)決策則在這些亞區(qū)內(nèi)的投射定義的神經(jīng)元亞群中進行計算。
最后，與決策過程的理念一致，強烈的情緒狀態(tài)比其他競爭狀態(tài)優(yōu)先可能是有利的。理想情況下，這種“贏者通吃”的情緒模型可以通過處理不同情緒狀態(tài)的神經(jīng)基元緊密交織并能夠相互作用的回路來實現(xiàn)。

未來發(fā)展方向

一個全面而準(zhǔn)確的術(shù)語

在這篇綜述中，當(dāng)談到所有動物的研究結(jié)果時都使用了涉及人類情緒的詞匯。這一選擇并不是為了強調(diào)非人類動物必然具有類似人類經(jīng)驗的有意識的感覺，而是承認人類和非人類情緒之間存在聯(lián)系。我們相信，對情緒的有意識感知是潛在情緒狀態(tài)的一個小方面，在人類和非人類動物中，情緒觸發(fā)、適應(yīng)功能、情緒表達及其潛在的大腦關(guān)聯(lián)之間存在明顯的重疊。
雖然我們提倡“情緒”一詞的包容性用法，但我們相信，更精確的語言可能會有助于正確定義和分類的討論。這里回顧的證據(jù)表明，情緒可能由許多具有不同神經(jīng)基礎(chǔ)的處理步驟組成。情緒過程可能包括特征提取(例如效價、接近度、強度的解碼)、觸發(fā)解釋(與習(xí)得的效價和價值的比較)、情境評估(競爭需求的評估、環(huán)境因素)、適應(yīng)性表達模式的選擇(身體上、行為上、認知上)，有時還包括情緒學(xué)習(xí)、情緒的有意識感受等等。因此，更清晰地定義所調(diào)查的實際處理步驟有助于對情緒的研究。

需要對情緒進行多維的行為和生理解讀

情緒研究很大程度上依賴于對情緒的精確解讀。然而，跨越多種情緒狀態(tài)并足夠靈敏地揭示情緒特性(包括強度、效價或持久性)的解讀卻很少。有趣的是，最近一項使用機器視覺方法的研究表明，面部表情可能是精確量化小鼠各種情緒狀態(tài)的一種有前景的方法。將面部表情解讀與高分辨率的神經(jīng)回路分析相關(guān)聯(lián)，可能是未來研究不同情緒狀態(tài)如何在模式生物的大腦中表現(xiàn)的一個令人興奮的途徑。本文認為，為了充分捕捉情緒狀態(tài)的復(fù)雜性，未來的研究應(yīng)該以一種綜合的方式評估多種行為、生理和神經(jīng)元活動的測量，并根據(jù)強度和效價改變刺激。這些方法不僅可以改進情緒的分類和測量，而且為研究不同物種之間情緒的共性和差異，以及解決長期以來關(guān)于情緒維度或分類的問題提供了機會。此外，許多生理和行為變量可以在人類和非人類物種中進行評估，并有助于解決人類自我報告和客觀表達的情緒與非人類情緒體驗之間的關(guān)系。

邁向多尺度、跨物種的情緒科學(xué)

情緒是在整個大腦的分布式網(wǎng)絡(luò)中處理的。因此，除了研究單個腦區(qū)或回路單元內(nèi)的神經(jīng)元機制外，還需要研究與情緒過程相關(guān)的全腦活動。雖然許多人類神經(jīng)成像研究考慮了整個大腦的活動，但在健康人類受試者中不可能以更高分辨率的侵入性活動進行記錄。另一方面，在非人類動物中，侵入性技術(shù)允許精確的回路解剖，但全腦成像技術(shù)，如功能性磁共振成像，很難應(yīng)用于清醒的行為動物。最近在嚙齒類、鳥類、雪貂和猴子等清醒行為動物中建立的功能性超聲成像作為一種全腦成像技術(shù)，這可能代表了一個前所未有的機會，可以實時發(fā)現(xiàn)全腦情緒過程，并將其與動物模型中神經(jīng)回路機制的深入剖析相結(jié)合。對人類和非人類動物全腦活動進行平行觀察，可能使我們對不同物種之間情緒編碼的潛在相似性和差異產(chǎn)生非凡的見解。

結(jié)論

情緒是一個龐大、復(fù)雜而又迷人的話題。本文試圖概述影響情緒狀態(tài)的神經(jīng)回路。最近評估神經(jīng)回路機制以及追蹤和分類模式生物行為的技術(shù)進展，徹底改變了我們回答有關(guān)情緒狀態(tài)下的回路機制問題的能力。最后，如果我們能將目前對情緒定義的不同觀點轉(zhuǎn)化為可驗證的假設(shè)，整個情緒領(lǐng)域就能更好地協(xié)調(diào)人類和非人類動物的研究，并在試圖確定情緒的神經(jīng)基礎(chǔ)方面取得巨大進展。

原文：Meryl Malezieux, Alexandra S. Klein, Nadine Gogolla..(2023). Neural Circuits for Emotion.?Annual Review of Neuroscience, 46:211-31.

https://doi.org/10.1146/annurev-neuro-111020-103314

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