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神经科学实验:压力如何使人崩溃

来源: 作者: 发布时间:2013-6-15|  浏览:849 我要评论  “即使是轻微的压力,大脑中负责自我控制的神经回路都十分敏感。当这个回路在压力下陷入停顿时,我们的原始冲动就不受控制……”

即使是轻微的压力,大脑中负责自我控制的神经回路都十分敏感。当这个回路在压力下陷入停顿时,我们的原始冲动就不受控制……

美国医学院校的入学考试,内容总是十分庞杂,应试者至少需要5个小时,才能做完上千道试题,即使准备得再充分,考生也会被弄得焦头烂额。对于即将成为内科医生的人来说,持续的压力往往导致逻辑思维能力减弱,甚至可能完全丧失。当我们搞砸了演讲,写作时遇到障碍,写不下去,或是拼命想完成长时间的考试时,憋闷、紧张、思维停顿、烦躁不安、眉头紧锁、尖叫等种种症状,就会随之而来。

 

全新的认识

 

几十年来,科学家都认为已经弄清楚了,当人们在考试或在前线打仗时,大脑是怎样工作的。但最近,一种崭新的实验方法,让科学家对压力状态下的人体生理活动有了全新的认识。这些研究表明,人们在压力下的反应,不仅仅是由于一种原始的神经冲动影响了大脑中的某些部位(这种原始反应存在于从蜥蜴到黑猩猩再到人类等许多动物中),实际上,压力还会影响灵长类动物大脑中最发达的部位,严重削弱最高级的大脑功能。

较早的教科书认为,当人们面对压力时,位于大脑底部的下丘脑(一种较早进化出现的大脑结构)会迅速作出反应,并诱导脑垂体和肾上腺素分泌一系列激素,这些激素能加速心跳、升高血压、降低食欲。而现在,在这个过程中,科学家发现前额叶皮层扮演着意想不到的角色。前额叶皮层邻近头部前额,能作为控制中心协调注意力、判断力、决策能力、洞察力、计划能力、回忆能力等高级认知功能。前额叶皮层是大脑中较晚进化出来的部位,它甚至对暂时性、日常性的焦虑和担忧都很敏感。

平时,一切正常时,前额叶皮层作为控制中心,能够调控我们的基本情绪和冲动。但是,最近的研究表明,巨大的、不可控制的压力会引发一系列神经化学反应,不仅会减弱前额叶皮层的控制力,还会加强那些在进化上比较古老的大脑区域的影响力。也就是说,大脑将思维和情感的控制权从前额叶皮层转移到了比较原始的区域。一旦这些比较古老的区域接管了控制权,我们就会发现自己处于深度焦虑的状态,或者无法抑制平时很好约束的冲动:沉溺于食物、酒精、毒品,或是在专卖店大肆挥霍。简单地说,我们失控了。

人们逐渐认识到,过度的压力会严重损伤大脑中高级执行区域的功能,这也引起了越来越多的科学家的兴趣。现在,他们不仅想弄明白,当我们不知所措时大脑里发生了什么,而且正在努力寻找行为和药物干预的方法。

 

前额叶皮层的作用

 

多年来,科学家对于人们为什么会失控表现出了极大的兴趣。第二次世界大战后,科学家分析了为什么在和平时期训练有素的飞行员,在激战中往往会犯下简单却致命的错误。直到近些年,随着大脑成像技术的广泛应用,人们才逐渐了解到大脑中发生了什么。大脑扫描发现,前额叶皮层中的神经活动非常密集,这说明大脑的这个控制中枢非常容易受到影响。

     在复杂的大脑结构中,前额叶皮层所处的特殊位置决定了它对压力具有很强的敏感性。它是大脑中进化最完全的区域,占了人类大脑皮层的三分之一,这个比例高于其他任何灵长类动物。前额叶皮层的成熟过程也比其他大脑区域缓慢,青春期后才能发育完全。这个区域包含许多负责抽象思维的神经回路,能使我们集中注意力,坚持完成工作任务,同时将信息储存在我们的工作记忆里。由于储存了短时工作记忆,我们在做加法运算时,前额叶皮层可以帮助我们记住上一步运算结果。而作为一个心理活动的控制单元,前额叶皮层还能抑制不适宜的想法和行动。

前额叶皮层的功能是通过一种锥体细胞(pyramidal cell,一种锥形神经元)组成的庞大内部网络来实现的。这种神经元还会与控制情绪、欲望和日常习惯,距离相对较远的大脑区域相连。当我们平时比较放松时,上述网络里的神经回路会正常运行:工作记忆会提醒我们,要及时着手于下周就该完成的任务;而某些神经回路将向大脑的低级部位发出信号,提醒我们不要贪杯;还有的神经回路会发出信息,传递到位于大脑深处、控制恐惧反应的杏仁核,让我们不至于担心正要停靠在人行道边上的大卡车会迎面撞来。

 

压力引起的反应

 

要使这个网络一直正常运行是很困难的,每当压力增大时,即便是神经化学环境发生细微变化,都会阻碍网络的信号传输。一旦面对压力,大脑中就会充满让人兴奋的激素,比如去甲肾上腺素和多巴胺,它们是由脑干的神经元释放出来的,这些神经元伸出的轴突贯穿整个大脑。前额叶皮层中,这类化学物质的增加会弱化神经元间的连接点——突触的功能,使神经元不能正常放电。于是,神经网络变得不那么活跃,我们调节自身行为的能力开始减弱。当下丘脑控制的肾上腺将应激激素皮质醇释放到血液,并由血液输送到大脑时,情况会变得更糟糕。在这种情况下,自我控制将依赖于一种很微妙的平衡。

沉着冷静实际上是对我们一种基本生理现象的描述。前额叶皮层中的神经回路,可以让工作记忆始终专注于我们当前的任务,防止大脑深处产生的大量神经递质引发恐慌。

20年前,我们曾开展过一项研究,希望弄清楚屏蔽前额叶皮层的功能到底难不难。安斯顿(本文作者之一)和耶鲁大学帕特里西亚·高曼-拉希克(PatriciaGoldman-Rakic,已故)在一项动物研究中首先阐明,在紧张状态下,神经化学信号的改变,是如何快速关闭前额叶皮层功能的。该研究表明,在前额叶皮层中,当神经元受到大量神经递质或应激激素的刺激时,神经元间的连接就会中断,神经元的活性也会受到抑制。

与此相反,大脑深处的区域这时会对行为有着更强的控制力。多巴胺会被传送到大脑深处的一系列结构(统称为基底神经节)中,它们能调控我们的欲望、日常情绪和运动反应。基底神经节可以让我们在骑自行车时,不会从车上摔下来,但也会让我们对一些东西上瘾,比如挡不住冰激凌的诱惑。

2001年,荷兰格罗宁根大学的本诺·卢森达尔(Benno Roozendaal)和美国加利福尼亚大学欧文分校的詹姆斯·麦高(James McGaugh)及同事在大脑的另一个古老区域——杏仁核中,也发现了相似的变化。当受到去甲肾上腺素、多巴胺和皮质醇刺激时,杏仁核不仅会提醒神经系统中的其他部位作好准备,应对威胁,还会加强和恐惧等情绪相关的记忆。

 

压力与大脑

 

大脑中,控制力的执行中枢紧贴在前额的背面。这个部位是前额叶皮层,它让我们有抑制冲动的能力。通常,压力较大时,我们基本的自控能力会受到影响,让我们变得更情绪化、更冲动。

在没有压力的状态下,前额叶皮层产生的信号被传递到大脑深处:控制日常习惯的纹状体、调节食欲和性欲等基本欲望的下丘脑、调控情绪的杏仁核。前额叶皮层还控制着脑干对压力的反应,这些反应包括产生去甲肾上腺素和多巴胺的神经元的活动。适量的去甲肾上腺素和多巴胺可以结合上一些受体,后者能够强化与前额叶皮层的连接。上图呈现的正是这一情形。

而在压力下,控制情绪的杏仁核在压力状态下能够导致去甲肾上腺素和多巴胺的过量生成。这会让前额叶皮层丧失功能。比如,过量的去甲肾上腺素将会导致前额叶皮层中神经元的离子通道打开,中断神经连接,削弱前额叶皮层控制情绪和冲动的能力。

科学家正在探索急性应激反应的生理机制,并寻找行为和药物治疗的方法,让我们在压力下能够保持镇定。

 

为何有的人更脆弱

 

科学家现在已经将研究延伸到人类。这些研究表明,由于遗传因素或者曾受到了较大的压力,一些人要比别人更加脆弱。当多巴胺和去甲肾上腺素关闭了前额叶皮层掌管高级认知功能的神经回路时,这两种神经递质将通常会被酶分解,以保证神经回路不会关闭很长时间。于是,当压力减小时,神经回路就可以恢复正常。但有一种基因突变会削弱这些酶的功能,让携带这种突变的人更易受到压力的影响,甚至患心理疾病。同样,一些环境因素也会让人变得更脆弱,例如铅中毒时,人会意识模糊,就像受到了较大的压力。

还有一些研究则想弄清楚,当前额叶皮层连续几天甚至几周受到刺激,会发生什么反应。在长期压力下,低级情感中枢的神经网络似乎有所扩张,而负责逻辑推理的区域则开始萎缩。在这些情况下,杏仁核神经元中用来接收信号的树突逐渐变大,而前额叶皮层中的神经元树突则萎缩了。美国西奈山医学院的约翰·莫里森(John Morrison)和同事发现,一旦压力消失,前额叶神经元的树突会再生,但如果压力过大,这种再生能力就会消失。辛哈(本文作者之一)在人类中找到的证据表明,大脑前额叶灰质的萎缩程度与我们承受的压力有关。

一系列分子水平上的变化,使得我们在压力面前更加脆弱,还可能导致抑郁、上瘾和焦虑等症状,包括创伤后应激障碍等。性别也可能是一个重要因素,决定了我们如何应对压力。女性体内的雌性激素可能会增强她们的敏感性。例如马绪尔(本文作者之一)和同事发现,面对生活压力时,女性往往比男性更容易意志消沉。和男性相比,她们更难摆脱成瘾行为,比如吸烟。对于男性来说,压力的作用更多体现在让欲望加剧,以及诱发不良习惯,后者是由基底神经节所调控的。


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