編者按：

相信不少人看過美國(guó)探索頻道制作的寫實(shí)電視節(jié)目《荒野求生》，英國(guó)冒險(xiǎn)家貝爾·格里爾斯每集都會(huì)在沙漠、沼澤、森林、峽谷等不適合人類生存的境地以模擬在極為惡劣的環(huán)境下如何脫險(xiǎn)。節(jié)目中，貝爾在野外活捉幼蟲、蝎子等生吃，又示范在荒漠中尋求生存的方法。

然而，生活中困難的環(huán)境是否真的有這樣的魔力，可以讓遭遇它的人在逆境中前行呢？

寫實(shí)電視節(jié)目《荒野求生》

各種來源的壓力與應(yīng)激是物種在其進(jìn)化過程中所必須面對(duì)的，也是我們?nèi)祟愒谌粘９ぷ魃钪胁豢苫乇艿摹?/p>

人們都希望遠(yuǎn)離壓力，遠(yuǎn)離各種不愿意接受的現(xiàn)實(shí)，但是，想要生存或者有所進(jìn)步，就必須勇敢面對(duì)一些“逆境”，可以說，逆境是強(qiáng)者的試金石，正如嚴(yán)冬成就了寒梅的芬芳。

“迎寒獨(dú)自開”是梅花的堅(jiān)韌品質(zhì)，而用來衡量一個(gè)人面對(duì)逆境時(shí)處理問題能力高低的特質(zhì)，人們稱其為逆境商（Adversity Quotient），它也是一個(gè)人成功的內(nèi)在保證。

在面對(duì)“逆境”的過程中，大腦的積極“心態(tài)”不僅可以幫助人們順利擺脫“逆境”，而且還可以在很大程度上增強(qiáng)大腦的學(xué)習(xí)能力。

那么，在我們復(fù)雜的大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，到底隱藏著怎樣的秘密，使得我們可以從容地面對(duì)“逆境”，增強(qiáng)我們適應(yīng)環(huán)境和學(xué)習(xí)記憶的能力呢？

美國(guó)心理學(xué)家保羅·艾克曼（Paul Ekman）于1972年提出人類的六大基本情感假說，包括恐懼、喜悅、悲傷、厭惡、憤怒、驚訝，按其性質(zhì)又可分為積極的正性情緒和消極的負(fù)性情緒。

人的情緒變化對(duì)認(rèn)知行為會(huì)有什么影響呢？

澳大利亞的研究人員在實(shí)驗(yàn)中通過讓受試者觀看電影和回憶高興或悲傷的往事使其產(chǎn)生積極或消極的情緒，隨后他們要求實(shí)驗(yàn)對(duì)象判斷流言的真實(shí)性。

結(jié)果顯示，與那些心情愉快的人相比，情緒低落的人不易沖動(dòng)，也不容易輕信流言。

我們已經(jīng)知道，在正常情況下，大腦的獎(jiǎng)勵(lì)中心會(huì)受天然獎(jiǎng)勵(lì)性刺激和積極預(yù)期的影響。這樣說來，積極情緒和期望都會(huì)激活大腦中的獎(jiǎng)勵(lì)回路，可以激勵(lì)人們對(duì)未來目標(biāo)產(chǎn)生積極預(yù)測(cè)從而提升自我的行動(dòng)力。

另外積極情緒還能激發(fā)個(gè)體的創(chuàng)造力、適應(yīng)能力和自信心等，從而使個(gè)體即使在逆境中也保證了前行的動(dòng)力；相反，悲觀情緒使我們對(duì)未來目標(biāo)產(chǎn)生負(fù)面預(yù)測(cè)，降低自我的行動(dòng)力，容易沮喪甚至放棄。

然而，人們對(duì)其相關(guān)的神經(jīng)環(huán)路和作用機(jī)制卻不清楚，以上兩項(xiàng)針對(duì)人類的研究成果由于研究對(duì)象的特殊性，也不可能精細(xì)到環(huán)路或細(xì)胞水平。

好消息是，來自華中科大同濟(jì)醫(yī)學(xué)院王建枝課題組、中科院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院王立平課題組和中科院物理與數(shù)學(xué)研究所徐富強(qiáng)課題組合作，在研究中發(fā)現(xiàn)了一條全新的情緒影響空間學(xué)習(xí)記憶的神經(jīng)通路，并認(rèn)識(shí)到該通路可以借由正性或負(fù)性情緒相應(yīng)地雙向調(diào)節(jié)動(dòng)物空間學(xué)習(xí)能力。

那么，激活或抑制這條通路會(huì)導(dǎo)致什么樣的后果？其作用的具體細(xì)胞和分子機(jī)制是什么？是否可以幫助我們研發(fā)新一代針對(duì)工作記憶衰退疾病如阿爾茲海默癥的診斷技術(shù)和治療方法？這些都需要我們深入了解。

在了解以上問題之前，我們要先清楚海馬體與記憶的關(guān)系，以及杏仁核與情緒的關(guān)系。

海馬體與記憶

海馬體（Hippocampus）是大腦邊緣系統(tǒng)的重要組成部分，由于形狀和海馬相似而得名，主要負(fù)責(zé)學(xué)習(xí)和記憶。

紅色為海馬部位

海馬體的功能是負(fù)責(zé)個(gè)體當(dāng)前正在進(jìn)行的工作記憶（例如你正在記憶新的單詞），有點(diǎn)像是計(jì)算機(jī)的內(nèi)存，將數(shù)小時(shí)或數(shù)天的短時(shí)記憶暫時(shí)留存，以便快速存取。

日常生活中的短期記憶都儲(chǔ)存在海馬體中，如果一個(gè)記憶片段，比如一個(gè)單詞或者一件事在短時(shí)間內(nèi)被重復(fù)執(zhí)行的話，海馬體就會(huì)將其轉(zhuǎn)存入大腦皮層，成為長(zhǎng)期記憶。

海馬體受損后就會(huì)造成記憶受損，比如阿爾茲海默癥，俗稱老年癡呆。

在過去數(shù)十年，科學(xué)家們?cè)诳臻g記憶和導(dǎo)航的研究中，廣泛地將海馬體作為一個(gè)主要腦區(qū)來研究。

在針對(duì)嚙齒類動(dòng)物海馬體的研究中，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)只有當(dāng)動(dòng)物到達(dá)一個(gè)特定位置時(shí)，其海馬體中的某類神經(jīng)元才會(huì)活躍，表現(xiàn)為高頻放電，這類細(xì)胞被定義為位置細(xì)胞（place cell）。動(dòng)物通過各種感官?gòu)沫h(huán)境中獲取外界的特征信息，而位置細(xì)胞則能夠與海馬體中的其它細(xì)胞合作，將那些輸入的特征信息與過往記錄到的不同位置的特征信息加以比對(duì)。一旦信息能夠匹配上，與那個(gè)位置相對(duì)應(yīng)的特定位置細(xì)胞就會(huì)變得活躍。

通過這種方法，我們的大腦能夠?qū)⑻囟ǖ奶卣餍畔⑴c特定的空間位置聯(lián)系起來，形成空間位置記憶。

杏仁核與情緒

杏仁核（Amygdala）附著在海馬體的末端，呈杏仁狀，是邊緣系統(tǒng)的另一個(gè)重要腦區(qū)。

紅色為杏仁核部位（圖片來源：Tavistock Institude China）

杏仁核是產(chǎn)生情緒，識(shí)別情緒和調(diào)節(jié)情緒的大腦中樞，也是控制情緒學(xué)習(xí)和記憶的主要腦區(qū)，具有情緒意義的刺激會(huì)引起杏仁核電活動(dòng)的強(qiáng)烈反應(yīng)，并形成長(zhǎng)期的痕跡儲(chǔ)存于腦中。

因此，觸動(dòng)人情緒反應(yīng)強(qiáng)烈的事件會(huì)給人留下長(zhǎng)期的記憶，甚至終身。

當(dāng)杏仁核功能正常時(shí)，老鼠天生就怕貓，又例如一聽到有人說狼來了，其余的人就會(huì)逃跑或者拿起武器去戰(zhàn)斗，而如果杏仁核被損傷，個(gè)體就會(huì)出現(xiàn)恐懼喪失甚至情感淡漠。

近年來，杏仁核各亞區(qū)及其神經(jīng)元亞型與負(fù)性情緒包括焦慮、抑郁和恐懼等的調(diào)制關(guān)系的相關(guān)研究已比較深入。

人類和動(dòng)物的情緒狀態(tài)如何影響認(rèn)知行為，是一個(gè)廣受熱議的公開話題。

目前，大部分實(shí)驗(yàn)室運(yùn)用抑郁、焦慮等動(dòng)物模型來研究負(fù)性情緒對(duì)認(rèn)知行為的影響，例如通過實(shí)驗(yàn)操作使動(dòng)物產(chǎn)生抑郁癥狀，然后檢測(cè)到其記憶能力受損。

但是，仍然缺少壓力狀態(tài)下的樂觀動(dòng)物模型來研究積極的正性情緒如何改變認(rèn)知行為。

前面我們提到的王建枝團(tuán)隊(duì)在研究中首次建立了壓力狀態(tài)下仍抱有希望情緒的動(dòng)物模型（learned hopefulness，LHF）。

研究人員采用足底電擊的方式給予小鼠惡性刺激。小鼠在一個(gè)絕緣平臺(tái)會(huì)被安置在電擊場(chǎng)景內(nèi)，通過反復(fù)引導(dǎo)和訓(xùn)練，能主動(dòng)尋找并攀爬至平臺(tái)之上，成功終止（躲避）足底電擊。

相反地，如若移除了平臺(tái)，反復(fù)的不可逃避的足底電擊會(huì)顯著導(dǎo)致小鼠絕望的情緒反應(yīng)，以此建立絕望情緒動(dòng)物模型（learned helplessness，LHL）。

而對(duì)照組動(dòng)物放入同樣場(chǎng)景，但不給任何電刺激。

“希望”組在電擊平臺(tái)上放有絕緣的逃生平臺(tái)，而“絕望”組動(dòng)物陷入困境，無處可逃。數(shù)天訓(xùn)練完成后，兩種經(jīng)典的迷宮用于檢測(cè)動(dòng)物的空間學(xué)習(xí)能力。（圖片有所修改，來源：Nature Communications）

實(shí)驗(yàn)人員使用了兩種行為學(xué)范式——莫里斯水迷宮和巴恩斯迷宮來檢測(cè)以上三組動(dòng)物的空間學(xué)習(xí)能力差異。

該團(tuán)隊(duì)意外地發(fā)現(xiàn)：相較于對(duì)照組，“希望”小鼠能更快地找到逃生場(chǎng)所，這個(gè)過程足足縮短了約三分之二時(shí)長(zhǎng)，而“絕望”小鼠則相反，成功找到避難所的延遲時(shí)間幾乎加倍。

這些數(shù)據(jù)顯示：“希望”情緒可以有效促進(jìn)小鼠的空間學(xué)習(xí)以及記憶能力，而“絕望”情緒明顯損傷小鼠的空間學(xué)習(xí)及記憶能力。

在以上基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)又對(duì)“希望”和“絕望”情緒模型動(dòng)物進(jìn)行活體情況下的全腦掃描。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，“希望”組動(dòng)物腦內(nèi)存在時(shí)間依賴性的杏仁核至海馬區(qū)激活，而“絕望”組僅有杏仁核區(qū)激活。這說明，生物體內(nèi)可能存在著杏仁核至海馬的神經(jīng)環(huán)路參與情緒對(duì)空間認(rèn)知功能的調(diào)控。

緊接著，來自中科院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院王立平團(tuán)隊(duì)和武漢物數(shù)所徐富強(qiáng)團(tuán)隊(duì)針對(duì)動(dòng)物大腦內(nèi)部的神經(jīng)環(huán)路工作機(jī)制展開研究，從結(jié)構(gòu)和功能上解析出這條神經(jīng)環(huán)路。

首先，他們運(yùn)用獨(dú)特的嗜神經(jīng)病毒環(huán)路示蹤技術(shù)證實(shí)了結(jié)構(gòu)上存在著從大腦中負(fù)責(zé)情緒的杏仁核亞核團(tuán)到負(fù)責(zé)記憶的海馬區(qū)亞核團(tuán)的單突觸聯(lián)系；

具體地，逆向示蹤研究顯示更多的纖維聯(lián)系主要是從基底外側(cè)杏仁核后部（BLP）的錐體神經(jīng)元發(fā)出投射到腹側(cè)海馬CA1區(qū)（vCA1）。

接著，與王建枝團(tuán)隊(duì)一起，利用中科院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院王立平研究團(tuán)隊(duì)的開放的光遺傳技術(shù)研發(fā)平臺(tái)，結(jié)合光遺傳技術(shù)和多通道同步光刺激與電記錄技術(shù)，研究人員向BLP的興奮性神經(jīng)元內(nèi)注入了一個(gè)光依賴的發(fā)動(dòng)機(jī)——光敏感通道蛋白（Channelrhodopsin2, ChR2）。

當(dāng)用藍(lán)光照射這些細(xì)胞時(shí)，它們被激活，將神經(jīng)電沖動(dòng)向下傳遞并在突觸連接處釋放出興奮性的神經(jīng)遞質(zhì)——谷氨酸，后者與下游vCA1神經(jīng)元上的相關(guān)受體結(jié)合而使細(xì)胞興奮，表現(xiàn)為電極記錄到的神經(jīng)元放電率上升。

這樣，通過這兩種技術(shù)，我們從結(jié)構(gòu)和功能上發(fā)現(xiàn)了一條從BLP到vCA1的興奮性神經(jīng)傳導(dǎo)通路。

光遺傳學(xué)技術(shù)（optogenetics）：ChR2是一個(gè)7次跨膜的非選擇性陽離子通道，當(dāng)藍(lán)光照射時(shí)，通道打開，陽離子進(jìn)入細(xì)胞，驅(qū)動(dòng)細(xì)胞興奮；NpHR和Arch分別是氯離子泵和質(zhì)子泵，當(dāng)黃光照射時(shí)，向胞內(nèi)泵入負(fù)電荷的氯離子或從胞內(nèi)泵出正電荷的質(zhì)子，從而抑制細(xì)胞的活動(dòng)。（圖片來源：Nature Methods, 2010.）

接下來，研究團(tuán)隊(duì)迫切想要知道的是BLP-vCA1谷氨酸能興奮性神經(jīng)環(huán)路的雙向改變與“希望/絕望情緒”反向調(diào)控空間認(rèn)知功能的因果關(guān)系。

于是，利用光遺傳技術(shù)選擇性抑制“希望”小鼠BLP-vCA1通路，“希望”情緒的正性促進(jìn)作用被“掐滅”。

而對(duì)應(yīng)地，激活該通路讓動(dòng)物“重拾信心”，修復(fù)了“絕望”小鼠空間學(xué)習(xí)能力缺陷，也就是說BLP-vCA1興奮性神經(jīng)環(huán)路介導(dǎo)了“希望”和“絕望”對(duì)空間認(rèn)知功能的雙向調(diào)控作用。

有趣的是，不進(jìn)行訓(xùn)練的正常組小鼠，僅僅是光遺傳刺激反復(fù)激活這條通路就能提高其空間學(xué)習(xí)能力，似乎該通路的激活就是為動(dòng)物點(diǎn)燃了“希望”的火花，模擬出“希望”情緒對(duì)空間學(xué)習(xí)的正向促進(jìn)作用。

運(yùn)用光遺傳學(xué)技術(shù)在離體腦片和活體動(dòng)物兩個(gè)層次來解析和調(diào)控BLP-vCA1神經(jīng)通路。當(dāng)激活這條通路時(shí)，可以顯著增強(qiáng)腹側(cè)海馬CA1區(qū)神經(jīng)元放電，并模擬希望學(xué)習(xí)，引起一系列神經(jīng)可塑性變化，從而增強(qiáng)動(dòng)物的空間學(xué)習(xí)能力。（王立平團(tuán)隊(duì)供圖，圖片來源：Nature Communications）

研究組還發(fā)現(xiàn)，接受“希望”訓(xùn)練的小鼠的腹側(cè)海馬神經(jīng)元變得更加復(fù)雜。

如果將神經(jīng)元比作一棵大樹，神經(jīng)突就是大樹的樹枝，而樹突棘則是樹枝上的葉片，“希望”小鼠vCA1神經(jīng)元的神經(jīng)突分枝數(shù)量、樹突棘的生成和成熟度顯著高于對(duì)照組，這些大樹遠(yuǎn)比其他兩組茂盛，而“絕望大樹”反而有些枯萎，葉片凋零。

同時(shí)，分子生物學(xué)檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)“希望”小鼠vCA1神經(jīng)元突觸后膜上AMPA受體數(shù)目明顯增多，而后者作為一種離子型谷氨酸受體，介導(dǎo)中樞神經(jīng)系統(tǒng)快速興奮性突觸傳遞，其在突觸后膜的動(dòng)態(tài)表達(dá)與長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)、長(zhǎng)時(shí)程抑制的誘發(fā)和維持有關(guān)，參與調(diào)節(jié)學(xué)習(xí)記憶活動(dòng)。

一般認(rèn)為長(zhǎng)時(shí)程增強(qiáng)（記憶產(chǎn)生的基礎(chǔ)）伴隨AMPA受體上膜，數(shù)量增加，而在絕望組動(dòng)物中，這些指標(biāo)是下降的。

也就是說，“希望”和“絕望”訓(xùn)練過程中產(chǎn)生的正性或負(fù)性情緒確實(shí)改變了腹側(cè)海馬的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，大腦的網(wǎng)絡(luò)連接是復(fù)雜又動(dòng)態(tài)變化的。

這項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)了一條從基底外側(cè)杏仁核到腹側(cè)海馬CA1區(qū)的興奮性神經(jīng)通路，通過調(diào)控該通路的突觸可塑性和海馬中突觸后膜的AMPA受體數(shù)量，這條通路可以雙向調(diào)控“希望”和“絕望”情緒關(guān)聯(lián)的空間記憶能力。

由于老年癡呆癥患者也廣泛表現(xiàn)出杏仁核和海馬的損傷，并且臨床表現(xiàn)為空間學(xué)習(xí)能力和海馬依賴的短時(shí)記憶缺陷，因此，這項(xiàng)研究成果可能為該疾病的深部腦刺激療法指明新的干預(yù)方向。