恐懼消除的相關腦機制*

何靜文 尚志蕾 劉偉志 王 偉

恐懼體驗是一種防御性的情緒過程，對動物和人類具有重要的適應意義，但是，缺乏對恐懼情緒的有效抑制機制會導致恐懼情緒過分表達和相應心理障礙的發(fā)生。研究表明，PTSD的發(fā)生和持續(xù)與PTSD患者對創(chuàng)傷記憶的恐懼情緒持續(xù)有很大的關系。大量流行病調(diào)查表明，61%的男性和51%的女性在其一生中至少遭受一次心理創(chuàng)傷事件，創(chuàng)傷后應激障礙(PTSD)的發(fā)病率為5% ～50%，平均約為20%，約1/3的PTSD患者終生不愈［1-2］。現(xiàn)階段PTSD治療的重點和難點在于，患者的創(chuàng)傷性記憶一旦形成，就很難消除，或者40%的患者在采用基于消退原理的暴露療法后，其療效不能維持，已經(jīng)消退的恐懼反應很快再現(xiàn)。因此，對恐懼消除相關腦機制的理解，對PTSD及相關焦慮障礙的治療有極大的幫助。

1 各腦結(jié)構(gòu)與恐懼消除

1.1 杏仁核(Amygdala)與恐懼消退 大量動物和人類研究結(jié)果表明，杏仁核是恐懼消退的重要位點。它還可能是條件性恐懼消退記憶獲得過程的關鍵腦區(qū)。杏仁核內(nèi)多種系統(tǒng)和介質(zhì)參與了恐懼消退，其中N－甲基－D－天冬氨酸受體(NMDA受體)系統(tǒng)、內(nèi)源性大麻類(Endocannabinoid)物質(zhì)系統(tǒng)和γ－氨基丁酸(GABA)介質(zhì)突觸傳遞在恐懼消退中的作用。NMDA受體與學習和記憶的突觸可塑性有關。藥理性促進或阻斷NMDA受體的活動能夠加強或延遲恐懼的消退［3］。但是，杏仁核在恐懼消退過程中NMDA受體依賴可塑性的確切機制仍不明確。此外，大麻素(Cannabinoid)受體1消除的大鼠顯示恐懼消退的中止，并且在消退訓練過程中外側(cè)杏仁核(LA)和基底杏仁核(BA)內(nèi)的內(nèi)源性大麻肽水平升高。理論上用脂肪酸酰胺水解酶(FAAH，一種控制內(nèi)源性大麻素水平的酶)的抑制，能通過增加杏仁核內(nèi)源性大麻類信號和增強突觸神經(jīng)的可塑性治療S1小鼠的恐懼消除受損［4］。

杏仁核內(nèi)的恐懼抑制和消退記憶情境依賴型表達的另一個重要媒介是GABA介質(zhì)突觸傳遞。海馬通過調(diào)節(jié)杏仁核GABA介質(zhì)突觸傳遞，實現(xiàn)情境門控消退記憶表達的作用。恐懼的消退訓練后在基底外側(cè)核(BLA)注射GABAa受體激動劑可以促進恐懼消退記憶的提取，說明消退學習后BLA中GABA介質(zhì)突觸傳遞的增強促進恐懼記憶的鞏固。杏仁核內(nèi)的GABA介質(zhì)突觸傳遞的可塑性變化很可能是短時恐懼消退的重要存儲位點。GABA介質(zhì)突觸傳遞參與了杏仁核內(nèi)部恐懼信息的傳遞，在恐懼表達過程中發(fā)揮橋梁作用，并且向杏仁核外側(cè)核(LA)和中央核的內(nèi)側(cè)部(CeM)等恐懼記憶表達的重要結(jié)構(gòu)發(fā)出抑制投射，承擔恐懼消退中抑制執(zhí)行的角色［5］。此外，還有研究表明，GABA能的傳遞會阻斷新的消退記憶的形成［6］。幸存者的CD3水平可以作為PTSD的生物標記，而CD4、CD8的值則可以作為PTSD的高警覺癥狀的生物標記［7］。

1.2 前額葉皮質(zhì)(mPFC)與恐懼消除 杏仁核主要參與條件性恐懼的早期消退記憶獲得過程，而從不同方面的研究發(fā)現(xiàn)，mPFC主要在消退后的測試中起作用。mPFC的活動與條件性恐懼反應成負相關。從一些損毀的實驗中發(fā)現(xiàn)，mPFC與恐懼消退過程有關。在恐懼消退學習前電損毀大鼠的腹側(cè)mPFC會使大鼠對恐懼消退產(chǎn)生抵抗，從而需要更多的學習天數(shù)完成恐懼消退過程。損毀mPFC的邊緣下區(qū)(IL)使得恐懼消退學習的讀出過程受損［8］。最新有研究表明，在恐懼消退后，IL能抑制恐懼反應的表達。

電生理方面的實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)mPFC與消退的再現(xiàn)或鞏固有關。高頻電刺激背側(cè)丘腦區(qū)域使其向前額葉投射的纖維興奮，可記錄到前額葉皮層場電位出現(xiàn)長時程增強效應(LTP);相反，低頻刺激背側(cè)丘腦區(qū)可記錄到前額葉皮層場電位出現(xiàn)長時程抑制效應(LTD)。誘導LTD的低頻刺激能夠削弱恐懼消退過程，引起過多的條件化恐懼反應;誘導LTP的高頻刺激對恐懼消退的學習沒有影響，但一周以后的檢測結(jié)果顯示加強了消退記憶的鞏固，表明mPFC突觸效能的變化介導了恐懼消退記憶的保持過程［9］。Milad等發(fā)現(xiàn)在消退訓練時在內(nèi)側(cè)前額葉皮層邊緣下區(qū)內(nèi)給予300ms的電刺激可以顯著降低大鼠的條件性恐懼反應。對IL區(qū)做進一步的研究發(fā)現(xiàn)，在恐懼消退后的3～7天內(nèi)，IL內(nèi)的NMDA受體2B亞基水平與消退記憶保持一致［10］。此外，受NMDA受體2B亞基和活化的α鈣調(diào)素依賴性蛋白激酶Ⅱ(αCaMKⅡ)的ATP結(jié)合結(jié)構(gòu)域等多種物質(zhì)調(diào)節(jié)的αCaMKⅡ的活性，在恐懼消退后的3～7天內(nèi)，與恐懼記憶消退訓練有關［11］。對PTSD患者的研究也發(fā)現(xiàn)背側(cè)杏仁核(dlPFC)內(nèi)給予10 Hz的rTMS能夠改善患者的閃回與回避等核心癥狀，且能夠減輕患者的焦慮程度。Garcia研究小組觀察到，在丘腦背中部輸入到mPFC的部位給予誘導LTP產(chǎn)生的高頻刺激，產(chǎn)生突觸可塑性的感應現(xiàn)象與消退的保持有關，而與消退的形成沒有關系。最新研究還發(fā)現(xiàn)，在重獲恐懼記憶后，立即對IL進行高頻電刺激，會使消退訓練中的凍結(jié)反應減少。這暗示高頻電刺激IL是治療習得性恐懼的有效方法。神經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，在恐懼條件化及其消退過程中記錄大鼠IL神經(jīng)元的發(fā)放，結(jié)果顯示，CS僅在恐懼消退學習后的讀出期間引起IL神經(jīng)元的發(fā)放顯著增加;在行為上，當CS呈現(xiàn)時，IL神經(jīng)元發(fā)放頻率最高的動物表現(xiàn)出的恐懼反應最少，表明IL依賴的神經(jīng)機制影響到恐懼消退的長時記憶［12］。此外，還發(fā)現(xiàn)小鼠體內(nèi)IL神經(jīng)元活動減弱與恐懼消除能力低下有關。重要的是，這個結(jié)論在人類中也得到驗證［13］。腦成像的結(jié)果也表明，被試mPFC的活動在恐懼消退學習的讀出檢測之后明顯增加。在大鼠IL區(qū)域微注射絲裂原活化蛋白激酶抑制劑或者蛋白質(zhì)合成抑制劑，會使mPFC內(nèi)蛋白質(zhì)的合成也會阻斷消退學習的讀出［14］。

1.3 海馬與恐懼消除 海馬是參與恐懼消退調(diào)節(jié)的重要結(jié)構(gòu)。在消退訓練之前，局部給予背側(cè)海馬Muscimol(一種GABA能神經(jīng)元抑制劑)，最終導致已消退的恐懼行為再度出現(xiàn)(即消退習得受損)，這表明海馬參與了恐懼消退記憶的習得。其中細胞周期依賴性蛋白激酶(CDK5)通路、突觸結(jié)構(gòu)、神經(jīng)細胞及一些受體分子在恐懼消退中起作用。

Sananbenesi研究發(fā)現(xiàn)，海馬CDK5可調(diào)節(jié)恐懼消退。他們在海馬微量注射CDK5抑制劑，有利于消除特定環(huán)境造成的恐懼記憶，增加海馬CDK5活性會損害消退記憶在海馬的暫時儲存，而持續(xù)產(chǎn)生恐懼。在消退訓練后不同時間(消退后第1，3，7天)進行消退保持測試。采用免疫組織化學方法檢測各組大鼠海馬CA1區(qū)CDK5表達情況，用圖像分析軟件計數(shù)CDK5免疫反應陽性細胞，發(fā)現(xiàn)海馬CDK5在消退訓練后的7天內(nèi)有作用［15］。此外，還發(fā)現(xiàn)恐懼消退訓練后海馬突觸功能增強，這有利于消退記憶的長期保持。條件性恐懼及消退訓練可以引起海馬CA1區(qū)突觸間隙寬度顯著降低，突觸的間隙降低可能有助于消退記憶的長期保存［16］。在其他實驗中，向大鼠海馬內(nèi)微注射NMDA受體的抑制劑MK－801，發(fā)現(xiàn)大鼠恐懼消退記憶的鞏固過程被損壞。

最新的研究表明，海馬的神經(jīng)再生在恐懼消除學習和長時記憶過程中起著關鍵性作用［17-18］。對成年腦神經(jīng)細胞再生的促進或抑制會增強或破壞海馬依賴的學習行為［19］。通過比較BrdU注射后2小時神經(jīng)細胞的增殖和BrdU注射后28小時神經(jīng)細胞的存活，證實了條件性恐懼的消退過程能夠增加海馬神經(jīng)細胞的增殖和存活。

2 腦結(jié)構(gòu)間的相互作用與恐懼消除

2.1 海馬－杏仁核與恐懼消除 mPFC的腹背側(cè)內(nèi)有兩個作用相對的腦區(qū)。mPFC的邊緣前區(qū)(PL)的作用是控制恐懼情緒的表達，在消退訓練后，IL能抑制這些恐懼反應的表達。在條件性恐懼反應中，這兩個腦區(qū)都是通過纖維投射于杏仁核的亞區(qū)上進行信息傳遞的。研究認為海馬－杏仁核(特別是BLA)間神經(jīng)聯(lián)系的突觸效能的長時程增強(LTP)可能是應激導致焦慮的神經(jīng)基礎，也是條件性恐懼的神經(jīng)基礎。長期束縛應激(CIS)導致大鼠海馬CA3區(qū)神經(jīng)元樹突萎縮，BLA神經(jīng)元樹突棘增加，動物焦慮水平提高。直接損毀或失活海馬也能夠破壞條件性恐懼的獲得與鞏固過程。這可能是因為在條件性恐懼的獲得與鞏固階段，海馬為BLA提供環(huán)境信息。如果在此階段損毀海馬，則破壞條件性恐懼的獲得與鞏固;但是在長期或高強度的應激后，海馬向BLA傳遞的信息已經(jīng)得到鞏固，即使海馬功能發(fā)生改變，恐懼記憶依然能夠得以保持。

2.2 前額葉－杏仁核與恐懼消除 mPFC與杏仁核間存在緊密的纖維聯(lián)系。有研究表明，mPFC的功能活性和杏仁核的活性呈負相關。與解剖結(jié)果相一致的是，電生理研究發(fā)現(xiàn)，IL和PL可以分別直接激活LA和BA區(qū)內(nèi)抑制性GABA中間神經(jīng)元，從而抑制LA和BA區(qū)的神經(jīng)纖維輸出。針對這些研究，目前對mPFC與杏仁核之間的相互關系提出了兩種模式。兩種模式分別認為，消退學習可能包括mPFC激活LA/BA內(nèi)的抑制性中間神經(jīng)元;或者是mPFC激活ITC到CE的抑制性投射［20］。

2.3 海馬－前額葉皮質(zhì)與恐懼消除 海馬－mPFC通路也影響消退過程。海馬CAI區(qū)有大量纖維投射到mPFC，主要形成興奮性突觸。電生理的研究顯示恐懼消退與海馬－mPFC通路突觸效能的增加有關。Sandrine等在消退訓練后，立即在腹側(cè)海馬給予低頻電刺激損害海馬－mPFC通路LTP，則損害了消退記憶。提示海馬－mPFC通路LTP是消退記憶保持所必需的。此外，Hobin等發(fā)現(xiàn)恐懼消退訓練后，CS引發(fā)的LA神經(jīng)元的激活只有在消退環(huán)境中被抑制［21］。此外，這些位點與激活LA的mPFC位點相一致，也可能有ITC位點。這些解剖、電生理以及行為學研究結(jié)果揭示海馬與mPFC之間的神經(jīng)聯(lián)系可以促進對于具體刺激引發(fā)的恐懼消退再現(xiàn)的約束。

2.4 前額葉－杏仁核環(huán)路與恐懼消除 目前，也有不少研究關注前額葉－海馬－杏仁核環(huán)路在恐懼消除中的作用。解剖和電生理研究顯示BA和海馬之間以及BA和mPFC之間存在大量相互投射。BA被認為是在環(huán)境提示條件反射中輸入到杏仁核的位點。綜合文獻，BA能在LA、海馬和mPFC之間起到信息綜合的作用。事實上，海馬對恐懼消退環(huán)境依賴特異性的表達是必需的，盡管存在有爭議的報道。深部腦刺激(DBS)腹背側(cè)紋狀體(Dorsal－VS)，會使前額葉皮質(zhì)的前邊緣PL和下邊緣IL，以及杏仁核中央核側(cè)部的Fos表達增加，并會使恐懼反應減少。此外，DBS背側(cè)紋狀體會增加前額葉皮質(zhì)的前邊緣PL和下邊緣IL內(nèi)的腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(BDNF)的表達，并強化消退記憶［22］。另外，在有條件性恐懼的老鼠模型上，觀察其各個腦區(qū)的局部場電位和單位記錄，發(fā)現(xiàn)CA1－LA－mPFC環(huán)路的聯(lián)結(jié)上有高頻的變化。在重獲條件性恐懼時，所有的聯(lián)結(jié)都會加強;在恐懼消退時，都會減弱。在消退被喚起時，LA－mPFC和CA1－mPFC內(nèi)有部分聯(lián)結(jié)會被反彈，CA1－LA間的聯(lián)系處于一個較低的水平。

目前的研究主要集中在條件化恐懼的獲得和表達過程，比較缺乏對條件化恐懼消除過程的研究。而且大多數(shù)的結(jié)論還只是在動物被試中獲得。對人類情緒的腦機制，消退過程中杏仁核、前額葉皮質(zhì)以及海馬神經(jīng)元神經(jīng)信號、神經(jīng)生理反應特性以及神經(jīng)回路可塑性變化等神經(jīng)機制問題仍沒有解決，尤其是其分子和細胞機制，還處于比較初級的階段。在消退的每一方面(形成、鞏固、再現(xiàn))這些腦結(jié)構(gòu)是如何相互作用，如何產(chǎn)生聯(lián)系的，仍需要更多研究來進一步理解。

［1］李則宣，黃任之，李凌江.精神創(chuàng)傷記憶形成與消退過程的整合機制［J］.中華精神科雜志，2012，45(1):59-61

［2］李鏗，蔣霞，王成，等.舟曲泥石流災區(qū)居民創(chuàng)傷后應激障礙癥狀調(diào)查［J］.中國健康心理學雜志，2013，21(2):181-183

［3］Davis M，Ressler K，Rothbaum B O，et al.Effects of D － Cycloserine on extinction:Translation from preclinical to clinical work［J］.Biol Psychiatry，2006，60:369-375

［4］Gunduz－ Cinar O，MacPherson K P，Cinar R，et al.Convergent translational evidence of a role for anandamide in amygdala－mediated fear extinction，threat processing and stress－ reactivity［J］.Mol Psychiatry，2013，18(7):813-823

［5］孔令志，吳璽宏，李量.杏仁核內(nèi)的GABA介質(zhì)傳遞及其在恐懼消退中的作用［J］.生理科學進展，2009，40(1):63-66

［6］Makkar S R，Zhang S Q，Cranney J.Behavioral and neural analysis of GABA in the acquisition，consolidation，reconsolidation，and extinction of fear memory［J］.Neuropsychopharmacology，2010，35:1625-1652

［7］彭樹增，陳純，李鳳珍，等.汶川地震幸存者創(chuàng)傷后應激反應與細胞免疫的關系［J］.中國健康心理學雜志，2012，20(12):1866-1868

［8］Quirk G J，Russo G K，Barron J L，et al.The role of ventromedial prefrontal cortex in the recovery of extinguished fear［J］.J Neurosci，2000，20(16):6225-6231

［9］Herry C，Garcia R.Prefrontal cortex long － term potentiation，but not long－ term depression，is associated with the maintenance of extinction of learned fear in mice［J］.J Neurosci，2002，22(2):577-583

［10］韋美，李敏，李培培，等.條件性恐懼消退早期大鼠邊緣下區(qū)NR2B 的動態(tài)變化［J］.第三軍醫(yī)大學學報，2010，32(3):220-223

［11］焦東亮，許華山，宋紅梅，等.條件性恐懼消退大鼠內(nèi)側(cè)前額葉皮層邊緣下區(qū) αCaMKⅡ的變化［J］.蚌埠醫(yī)學院學報，2013，38(4):381-383

［12］Milad M R，Quirk G J.Neurons in medial prefrontal cortex signal memory for fear extinction［J］.Nature，2002，420(6911):70-74

［13］Holmes A，Singewald N.Individual differences in recovery from traumatic fear［J］.Trends in Neurosciences，2012，36(1):23-31

［14］Barrett D，Shumake J，Jones D，et al.Metabolic mapping of mouse brain activity after extinction of a conditioned emotional response［J］.J Neurosci，2003，23(13):5740-5749

［15］張麗麗，李敏，李培培，等.條件性恐懼消退早期海馬CA1區(qū)細胞周期依賴性蛋白激酶5的變化［J］.中華行為醫(yī)學與腦科學雜志，2010，19(4):293-295

［16］張麗麗，李培培，李敏，等.消退訓練對大鼠條件性恐懼行為及海馬CA1區(qū)突觸超微結(jié)構(gòu)的影響［J］.第三軍醫(yī)大學學報，2012，34(6):496-499

［17］Pan Y W，Chan G C K，Kuo C T，et al.Inhibition of adult neurogenesis by inducible and targeted deletion of ERK5 mitogen－activated protein kinase specifically in adult nurogenic regions impairs contextual fear extinction and remote fear memory［J］.J Neurosci，2012，32(19):6444-6455

［18］鄧揚，李輝.突發(fā)災難事件相關的PTSD及其危機干預研究進展［J］.中國健康心理學雜志，2009，17(7):885-886

［19］Lin C H，Yeh S H，Lu H Y，et al.The similarities and diversities of signal pathways leading to consolidation of conditioning and consolidation of extinction of fear memory［J］.J Neurosci，2003，23(23):8310-8317

［20］Hobin J A，Goosens K A，Maren S.Context－ dependent neuronal activity in the lateral amygdala represents fear memories after extinction［J］.J Neurosci，2003，23(23):8410-8416

［21］侯彩蘭，李凌江.前額葉－杏仁體神經(jīng)環(huán)路在恐懼消退中的作用［J］.中國行為醫(yī)學科學，2006，15(5):472-474

［22］Do － Monte F，Rodriguez－ Romaguera J，Rosas－ Vidal L，et al.Deep brain stimulation of the ventral striatum increases BDNF in the fear extinction circuit［J］.Frontiers in Behavioral Neuroscience，2013，7:102-108