恐惧性条件反应和杏仁核

人和动物的杏仁核在情绪加工上有5方面的作用：内隐性情绪的学习和记忆、记忆的情绪性调制、对注意和知觉的情绪性影响、情绪和社会行为、情绪抑制和调节［9］。对于恐惧、恐惧消退、焦虑和相关的防御性行为的神经回路，早已有所了解。近年来，由于应用了许多新技术——遗传学和病毒工具、光遗传学、活体脑成像技术，因而对神经回路的细节了解得更加清楚，如特定细胞类型的活性、连接关系和功能等。现在，对神经回路工作机制的了解更为深入［10］。

恐惧条件反应的研究是有关杏仁核在情绪加工方面作用的一个重要研究突破。

近年来，由于建立并充分利用了合适的动物模型，恐惧情绪研究有了快速的进展。该模型对动物采取听觉刺激与电击的结合，让动物形成逃避性条件反射，称为“恐惧条件反射（反应）”。实验发现，杏仁核在恐惧情绪的表达方面，即恐惧的行为方面，起着至关重要的作用［9］。实际上，这也就是对实现恐惧条件反应的神经分布系统的一个分析。如果恐惧不是由听觉引起的，也可能会有不同的分析结果［3,4］。

在进行恐惧条件反应实验的时候，一个无意义的刺激会变得具有诱导恐惧的特点，如果在无意义刺激发生的同时，伴有一个自然条件下威胁性的恐怖事件，例如电击。实验中，如果让大鼠听一个声音，随之以一个电击，经过这样少数几次的配对给予之后，大鼠将以恐惧方式对声音作出反应，显示自主性反应（心跳及血压的变化）、内分泌和运动反应的改变（例如冻结反应，freezing reaction）、镇痛，以及发生躯体反射，例如增强的惊吓反应（图16-5）［1］。电生理学研究也证实，恐惧条件反应建立以后，杏仁核的神经元反应有所增强（图16-6）。

图16-5　听觉恐惧条件反应传导路图解

听觉的条件性刺激（CS）和躯体感觉（疼痛）的非条件性刺激（US）汇聚到外侧杏仁核（LA）。LA从丘脑和皮层两个系统接受输入。CS-US的汇聚诱导LA的突触可塑性。这样，经过条件化以后，CS冲动通过LA，经过杏仁核的内部连接激活杏仁中央核（Ce）。Ce的输出调控情绪反应的表达，这包括行为（冻结）反应、自主性反应和内分泌反应。它们是恐惧反应的组成部分。简写：B，基底杏仁核；CG，中央灰质；LH，外侧下丘脑；ITS，杏仁核的插入性细胞；PVN（即PVH），下丘脑室旁核。（图引自［11］）

图16-6　恐惧条件反应中外侧杏仁核神经元的电反应（彩图见图版此处）

恐惧条件反应诱导了条件刺激（CS）诱发的杏仁核神经元锋电位放电的增加。（a）电极放在背侧（LAd）和腹侧（LAv）的外侧杏仁核。AB：副基底核；AST：杏仁核-纹状体转变区；B：杏仁基底外侧核；Ce：杏仁中央核；EN：内嗅核。（b）8个同时记录外侧杏仁核（LA）单位放电的围绕事件的时间直方图。每个直方图代表10个CS（黑横杠）给予后的总和，在恐惧条件反应之前或之后。每个单位的代表性锋电位波形在小插图上用绛红色线条表示。（c）LAd神经元显示条件反应性的锋电位放电，其潜伏期比听觉皮层神经元的要短一点（从CS开始点）。（图引自［12］）

这种巴甫洛夫式恐惧条件反应特别有用。在这种作业中，接受试验的动物学习把原来中性的感觉刺激，也即条件刺激（CS），如纯音、光线或气味，或CS的环境，与同时发生的、令人厌恶的刺激［厌恶刺激就是非条件刺激（US），例如简短电击］结合在一起。于是形成了记忆。这样，如果以后再暴露于CS或者条件性环境下，就会引起条件性恐惧反应（CR）。特别有利的是，这种模型可能应用于不同种动物，包括人类。此外，这种作业的学习是快速而强大的，而且很容易定量化，从而允许准确得到恐惧记忆的调控参数，例如刺激特异性及可预见性、应激水平。为了鉴定驱动恐惧反应的关键性遗传因素及神经元系统，为了研究它们是如何受环境影响调节的，这些特征使得巴甫洛夫式恐惧条件反应成为接近理想的实验模型。事实上，过去20多年来见证了对于实现相对简单形式学习机制的爆炸性兴趣［13］。

对恐惧条件反应的广泛研究（多数在动物里面），弄清楚了一些问题。介导此条件反应涉及杏仁核两条传入途径的作用。第一条途径是直接的丘脑-杏仁核途径，它可以加工传入刺激的粗糙感觉方面，直接把信息转导至杏仁核，允许早期条件性恐惧反应的产生，只要粗糙感觉元素中的一个是进行打击的危险信号。此结果与关于情绪激活的心理学观点互相印证，特别是R. B. Zajonc关于情绪的看法，他认为情绪是没有认知的。第二条途径是丘脑-皮层-杏仁核途径，这条途径允许对传入刺激进行更复杂的分析，发出较慢的条件性情绪反应［1］。

对人类恐惧条件反应的研究较少，然而也有几个重要发现。有研究描写了一个病人的情况，此病人有着广泛的右侧杏仁核损伤，病人显示出对突然出现的一阵白噪声的惊恐反应的减弱。病人似乎相对地不受恐惧条件反应的影响，因为这个惊恐反应不由于所提供的情绪背景即破坏性图片的出现而增强（这种技术有效地增强了健康受试者的惊恐反应）。另有研究描述了一个具有双侧杏仁核损伤的病人，此病人不能对令人厌恶的刺激发生恐惧条件反应，但病人能够报告条件性经验的事实。相比之下，有海马损伤的另一个病人，他能够成功地获得条件性恐惧反应，但他没有关于条件程序的外显记忆，表明恐惧条件反应是依赖于杏仁核的。有实验显示，如果事先曾把那张发怒的脸孔与令人厌恶的噪声配合在一起，作为对恐惧条件性怒的脸孔的反应，杏仁核可以被差别性地激活；而如果发怒的脸孔没有跟噪声配对，则没有被激活。LeDoux认为，功能性神经成像也有证据表明，这类脸孔条件反应，其操作是通过皮层下的丘脑-杏仁核途径。最后，如同在恐惧条件反应中的作用一样，杏仁核也被认为参与了食欲性（appetitive）条件反应［1］。

但有意思的是，由非听觉途径引起人的恐惧，也可以在人杏仁核的脑功能成像上有所反映［3,4］。

恐惧和焦虑是适应性反应，它是动物或人在预见或存在刺激的条件下产生的，如果这种刺激威胁到它们，会扰乱它们的内环境稳定。恐惧一般由一个特定的情景暗号引起，焦虑可以在没有这些触发因素的条件下发生。所有哺乳动物都有恐惧和焦虑，包括人类，它似乎是普遍存在的存活策略的一部分。不足为奇的是，这些状态是由有层次的神经系统所调控的，神经系统决定反应的效率，以及允许作出什么样的动态适应，从而保证合适的情绪反应；然后，威胁一旦过去，又回到基础活动。非常极端的扰乱或变异的种种机制可以导致——相对于触发刺激而言——时间延长（甚至是不可逆的）且不按比例的状态、刺激去掉后持久存在的焦虑，或者无处不在的普遍性焦虑。极端病理的形态包括惊恐障碍（panic disorder）、恐惧症（phobia）以及创伤后应激障碍（posttraumatic stress disorders，PTSD）。这些都是常见疾病，估计一生中发病的流行病学百分比可高达18%，成为对健康生活的一大挑战，也是一笔大的医疗经费支出。大量证据提示，在发育早期及生命晚期，这些状态受遗传的和环境因素的调控，决定了各个体之间的变异。通过基因组连锁分析及相关研究，真的鉴定出了几个遗传因素，这些因素决定焦虑疾病的可遗传性。但是迄今为止，由于症候的广谱性及病例数的有限性，工作进展有限［13］。

发展恐惧和焦虑动物模型有两方面的目的。第一，利用动物模型可以在很好规定的基因背景、可调控的环境条件下，研究单基因修饰，这样就部分克服了人类基因组研究的固有困难。第二，由于恐惧在进化中是很好保留下来的，它接近于理想的模型系统，可以用来研究基因因素、所操控的神经回路及行为之间的相互作用。这种结合可以让人们揭露环境性影响的冲击、学习和记忆的调节原理［13］。

有关恐惧条件反应的研究在急剧增加，其背后起作用的因素是：人们认识到，恐惧学习机制可能参与了人类焦虑疾病的病因学。的确，动物实验中的发现包括损伤及生理学的研究，都在对人的研究中得到了验证。此外，具有焦虑疾病的人类对象，他们在条件性恐惧反应的获得及消退方面显示了异常情况。虽然还有些争论，比如焦虑疾病是否代表正常恐惧学习机制的病理表现，但已有一点共识，那就是，正常参与此学习机制的神经结构，在焦虑症病人当中展示异常的活性型式。另一因素也增强了这种研究恐惧条件反应的持续兴趣，因为大家认识到，这个作业是完全适合于研究学习记忆形成的。的确，这个模型允许关键性的神经元回路可以被鉴定，包括神经化学组成以及实现恐惧记忆形成的突触事件。因此，在各种动物包括人类中，杏仁核已经被鉴定为加工令人厌恶信号及恐惧学习的关键脑区。这个知识转过来又提供了强有力的基础，以检测特定基因产物在某一功能情景下的作用。例如现在已有共识，记忆巩固过程，也就是记忆从暂时状态（被称为短时程记忆）转变到稳定形态（被称为长时程记忆），这个转变需要基因的表达，需要新蛋白质的合成。然而，长时程记忆并不是按照正规意义被巩固下来的，它仍然处于可变状态，或者说处于巩固以后的可变状态，也就是说，可以遭受变化和破坏，例如在恐惧回放以后需要“重新巩固”。恐惧条件反应的研究也为更好地了解消退铺平了道路。消退是一种简单恐惧行为的调节形式。在消退时，提供CS而不给予US，条件性恐惧反应就减弱。恐惧消退机制吸引了相当多的兴趣，因为它有潜在的临床应用意义［13］。

近些年来已经出现了一些关键性进展，例如在确定了恐惧条件反射的巩固以后，那种短暂的突触修饰是如何稳定下来的，以及在恐惧记忆的消退中，这些过程是如何受调节的。有了这些进展，现在人们认识到，为了这些事件可以发生，远隔部位的神经元网络一定是协调着起作用的。本章将会讨论有关的机制。一方面要讨论，能够导致持久恐惧记忆之协调的神经网络活动、分子级联活动，另一方面要讨论这些记忆如何消退。我们将聚焦于以巴甫洛夫式恐惧条件反应作为模型，并以杏仁核作为条件性恐惧反应的关键组成部分。杏仁核与条件性恐惧反应的问题很多，例如理论及行为学的讨论、恐惧条件反应及消退、情景相关影响的作用、恐惧记忆的巩固、有关GABA能系统的作用或单胺类及应激激素等的相关神经调制系统、有关焦虑状态的神经生物学、有关实验动物的模型、有关基因的研究途径等［13］。

杏仁中央核（CeA）是一个源自纹状体的脑区，此区在恐惧调制中起重要作用。此区的加压素（VP）和催产素（OT）对恐惧行为起相反的调制作用，邻近脑区有它们受体的表达，而这些邻近脑区之间又通过抑制性GABA能神经回路连接起来［14］。

近年来发现OT可以明显影响社会行为（详见19章），它作用在前脑脑区包括杏仁核，影响不同的社会行为，而杏仁核在介导恐惧反应方面起关键作用。然而，关于神经肽OT是怎么到达杏仁核脑区的，却是一个有争论的问题。H. S. Knobloch和A. Charlet等人显示，OT阳性的下丘脑神经元轴突可以到达许多前脑脑区。来自这些神经元轴突的OT释放，可以到达CeA，能够降低恐惧反应［15］。

为了研究OT是怎么到达前脑的，实验者先制作了一个重组的腺相关病毒，让这个病毒的荧光标记物Venus处于催产素启动子控制之下。研究者们然后将此病毒转染大鼠下丘脑室旁核（PVH）、视上核（SON）和大细胞神经核，这些都是OT产生的主要位点。接下去他们考察标记物的分布。有趣的是实验发现，Venus阳性纤维可以伸展到不同的前脑结构包括CeA，以及形态上相类似的轴突，荧光标记物在OT阳性神经元轴突和突触上的表达都获得证实，标记物是在轴突上。还发现，在CeA的外侧亚区（lateral subdivision of the CeA，CeL），这种神经元之间有接触，它们的树突之间也有接触［15］。

这个发现提示，长距离的下丘脑OT能轴突可以投射到CeA和其他前脑结构。为了对此种看法提供进一步证据，作者们又应用光遗传学方法，把蓝光敏感的通道视紫质2（CHR2）表达于大鼠催产素阳性下丘脑神经元。在CeL水平切片上，蓝光照射可诱导动作电位频率增加。这些CeL神经元能够释放GABA到内侧CeA（CeM）神经元，而且使抑制性突触后电流（IPSC）频率增高。当CeM接受蓝光光照的时候，也可以看到CeL神经元的活性增加；应用OT受体拮抗剂后，CeM的大部分IPSC可以被阻断。这表明，从轴突来的催产素（OT）激活了CeL神经元［15］。

研究者们接着考察了下丘脑轴突释放OT对行为的影响。他们在雌性大鼠的OT阳性下丘脑神经元中表达了CHR2，事先在动物颅内埋藏套管，通过套管内的光导纤维，可以用光遗传学方法刺激CeA。让这些老鼠先进行2 d的情景恐惧条件训练，此后当老鼠接触恐惧条件箱时，会显示冻结反应。当这种老鼠在蓝光照条件下暴露于恐惧性条件时，冻结反应可以降低。重要的是，如果把OT受体拮抗剂注射到CeA，蓝光就不再能减弱恐惧反应了。这表明，该脑区OT的局部释放，介导了上述反应［15］。

最后，应用经修饰的、表达增强蓝色荧光蛋白的狂犬病毒，研究者们逆向标记了轴突OT阳性末梢。实验显示，OT阳性末梢的细胞来源是在下丘脑核。这样就证实了以前的结果，即OT神经元可以被追踪到下丘脑核［15］。

把这些事实加在一起，可以说明OT如何从它的发源脑区来到CeA，实现其对恐惧反应的效应。按照研究者们的看法，所采用的这种研究方法也可以用来研究外源性OT在其他脑区的作用，研究其他社会性行为［15］。

类似的方法在下丘脑研究中也可以见到，如17.7.2。