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幼年时不可预测环境信号是影响情绪脑回路建立的重要因素 精选

已有 6029 次阅读 2022-6-7 13:40 |系统分类:海外观察

幼年时不可预测环境信号是影响情绪脑回路建立的重要因素

所谓不可预测环境信号,就是所谓的一惊一乍的信号,这种信号对于年幼个体来说,可能会是一种恐惧信号,年幼个体经常接受这种不安全的环境信号,会导致这种个体成年后情绪异常。这一发现和观点对于如何看护婴幼儿,了解精神异常疾病的发生的环境因素,都是比较重要的。

哺乳动物的大脑由重叠的、嵌套的神经回路组成,大量的研究信息集中在感觉(视觉、听觉)和运动回路运行过程。然而,关于情绪脑回路的工作原理,包括控制奖赏、压力和恐惧相关行为的原理,我们所知甚少。有证据表明,在出生后的早期敏感时期,来自环境的感官输入对情绪回路的发展有着重要的影响,就像负面或正面的图像、气味和声音会影响成年后的感觉和行动一样。情绪回路的中断是精神疾病的基础。因此,加强对这些回路形成规则的认识对人类健康非常重要。

整个发育过程中,感觉回路的建立涉及到基因和分子驱动事件的初始阶段,包括神经元迁移和突触重塑。随后突触强化或修剪是一个网络运行依赖的过程,它塑造了成熟的回路。对这一过程至关重要的网络活动反过来是由回路特定的感觉输入(例如,音调、光线或触摸序列)驱动的。此外,感官信号驱动的网络活动必须发生在关键或敏感时期。

然而,人类和其他哺乳动物执行复杂行为——包括促成这些行为的计算、决策和情绪——需要额外的大脑回路。它们从编码和处理环境信号的网络和传递身体内部状态的神经投射中接收汇聚信息(见图)。这些高阶回路,根据它们对人类行为的主要参与程度(例如,记忆可能是认知的,而本能可能是情感的)被认为是情感的认知的,裁决大量的信息流来驱动复杂的行为。尽管关于情感回路的结构和功能的发现越来越多,但它们的发育形成过程,特别是环境信号对其成熟的影响,仍然知之甚少。围绕出生后生活早期感觉信号对情绪回路成熟的影响,提出了不可预测的环境信号序列影响情绪回路的发展和完善,促进情绪疾病的脆弱性。

 

情绪回路包括前额皮质区域、丘脑核、海马体、杏仁核和下丘脑核,以及其他皮层下区域。这些回路的协调活动需要其组成部分的成熟和其整合连接的进一步细化。虽然许多关于情感回路成熟的本质问题还没有完全解决,但感官和记忆回路发展的信息是有指导意义的。这两个过程的共同之处是层次的概念:在视觉、感觉运动和听觉回路中,发展从外周信号接收神经元到第一阶丘脑核到皮层,然后是第二阶丘脑核和皮层区域,它们依次参与高阶情绪和认知回路。值得注意的是,每个感觉回路的适当环境信号指定了一阶神经元的基因表达和细胞身份,这些神经元的活动指定了其皮层目标的身份和功能。

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情感回路(例如,奖赏)中的神经元作为感觉回路输出的目标细胞,因此它们的身份和活动可能由插入感觉回路的输入驱动。为了支持这一观点,剥夺感觉输入会扰乱初级感觉中继神经元和属于情绪整合回路的高阶神经元的突触连接。一旦基本回路建立,对情绪回路的进一步雕琢包括突触数量和/或强度的定量变化,以及细胞类型特异性神经元投射对回路关键大脑区域(枢纽节点)神经元突触补体的相对贡献的变化。在该模型中,整合情绪回路的层次发展始于环境信号依赖的感觉网络的成熟,再加上传递体内状态的中继神经元的成熟。

 

在学习和记忆的海马体回路中,也发生了受感觉环境信号影响的类似层次的回路发展。在这里,来自环境的感觉信号通过皮层的关联区域传递到内嗅皮层的表层神经元,这是该网络分层时空成熟的第一个阶段。它们的突触信号(活动)序列反过来驱动回路的后续成熟阶段,包括沿着三突触通路的海马神经元,然后是深层外侧内嗅皮层细胞。为了支持这种逐步依赖活动的学习和记忆回路发展进程,沉默小鼠神经网络任何阶段的兴奋性活动会损害下游神经元的成熟,但不会损害上游神经元的成熟。

因此,来自感觉和记忆回路发展的信息表明,在敏感时期发生的几种类型的感觉信号,需要建立新生情绪回路的一阶和高阶组件的突触连接。参与执行情绪网络复杂行为输出的功能神经元连接的后续细化是否依赖于感觉信号,以及这些信号的来源和特征尚不清楚。

人类研究支持早期生活中来自环境的感觉信号对情感回路的发展和功能有很大的影响。这些输入的潜在来源和特征尚不清楚,但有新证据支持的基础研究,表明情绪回路成熟的显著感觉输入来自于一个发展中的人类(或啮齿动物)的邻近环境。敏感时期这些情感回路develop-shown罗马尼亚孤儿收养的随机对照研究在不同年龄段(9)和最近的研究在人类和啮齿动物(8)包含生命的前2,2,分别主要由父母直接环境。因此,来自父母的感觉输入可能是影响情绪成熟及其潜在回路的一个显著参数。

父母和其他环境感觉信号促进或破坏情绪脑回路的成熟,这一特性吸引了一系列丰富的观察和机制研究。在人类研究中,大多数注意力集中在与婴儿需求相关的父母信号的存在、数量和质量(例如,敏感性、响应性),特别关注母亲的行为,而不是父亲的行为。受听觉网络成熟启发的研究支持,在情感回路成熟过程中,父母信号的正效价或负效价以及它们的模式或序列不仅起主要作用。在人类中,母亲向婴儿发出的不可预测的感官信号序列可以产生持久的不良情绪结果,包括较差的情绪和行为控制,这是一个已建立的预测心理脆弱性和创伤后应激障碍风险的指标。值得注意的是,在控制小鼠和大鼠的研究中,不可预测性行为模式直接导致了异常的情绪回路成熟,从而破坏了幼崽的快乐类行为。

来自父母的可预测或不可预测的感官信号序列调节特定大脑回路的成熟的机制现在才刚刚出现。例如,老鼠母性关怀行为的不可预测的序列会影响大脑关键节点的突触连接,这些节点会导致压力和其他情绪回路。具体来说,在出生后敏感的早期阶段,由母鼠饲养的小鼠表现出不可预测的照顾顺序(但总体上给予相同数量的照顾),它们在表达应激敏感和调节促肾上腺皮质激素释放激素(CRH)的下丘脑神经元上的功能性兴奋突触密度增加。这种异常的突触连接导致在以后的生活中对急性和慢性压力的行为和激素反应中断。CRH细胞上兴奋性突触旺盛持续的机制涉及到相邻小胶质细胞对这些兴奋性突触正常发育剪枝的衰减。目前尚不清楚这是由于不可预测的信号对小胶质细胞的直接影响,还是由于向小胶质细胞发送的神经元信号被干扰。

对人类的研究表明,在婴儿和儿童中,不可预测的感觉信号序列及其对脑回路成熟的潜在影响可能解释了情绪结果的很大一部分差异。美国和芬兰的前瞻性研究发现,母亲不可预测性行为模式预示着努力控制的缺陷,尽管对其他重要的早期生活变量进行了纠正,但这些影响仍然存在,包括母亲对婴儿需求的敏感性(一种衡量母亲护理行为质量的常用标准)、社会经济地位和母亲抑郁症状。早期生活信号的不可预测序列对情感回路功能成熟的持久影响的研究结果为未来的研究指明了道路。例如,感觉信号序列可能会在已经发展的情感网络中驱动神经元活动。与感觉和记忆回路类似,在特定的情绪回路中,突触的细化和成熟是否有分层的进展也是未知的。需要对最易受不可预测的感觉信号序列影响的细胞群(如下丘脑CRH细胞)进行进一步的研究。此外,由不可预测的早期生活信号导致的情感回路运作中的持久缺陷能否得到预防或改善?

新技术,包括无创光遗传学,将允许交付可预测和/或不可预测的信号序列,在敏感期或更晚的不同时间点激活特定的细胞群。这种动物模型的实验可以测试,对可预测的信号序列进行管理是否可以克服在不可预测的环境中养育所导致的类情绪行为的缺陷,并可能为儿童的行为干预提供信息。的确,这里描述的概念框架带来了巨大的潜在好处:如果早期生活中不可预测的感觉信号模式破坏了情绪回路的正常成熟,导致精神疾病的脆弱性,那么这些异常模式可能会通过预防或干预行为方法得到缓解。




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