科普贴 | 脑科学：面对挫折时的乐观情绪有助空间学习记忆功能
2017/7/7 科普助力大健康
科普贴 | 脑科学：面对挫折时的乐观情绪有助空间学习记忆功能
记得在2014年，网络上流传着一段很红的演讲视频叫《寒门贵子》，讨论的是在当下这个社会里，寒门的小孩是否可能出人头地、获得成功。
至今，我还清楚地记得演讲者那慷慨激昂、激动人心的名句：当在人生中遇到很大困难的时候，你能做的就是单枪匹马地在这个社会上杀出一条路来。我们大部分人都不是出身豪门，我们都要靠自己。所以你要相信，命运给你一个比别人低的起点，是想告诉你，让你用你的一生，去奋斗出一个绝地反击的故事。
这个故事关于独立，关于梦想，关于勇气，关于坚忍，它不是一个水到渠成的童话，没有一点点人间疾苦。这个故事是有志者事竟成，破釜沉舟，百二秦关终属楚，这个故事是苦心人天不负，卧薪尝胆，三千越甲可吞吴!
确实，人生不可能一帆风顺，事事如意。在学习、生活中我们难免会遇到挫折。面对挫折和逆境，有的人只会一味地逃避、意志消沉，成为挫折的奴隶。他们就如同是活在这个精彩世界的行尸走肉，没有精神的空壳。相反，有的人则直面挫折，怀有像陆游“山穷水复疑无路，柳暗花明又一村”的自信，像郑燮“千磨万击还坚韧，任尔东西南北风”的坚毅。
然而，在逆境中所秉持的“正性情绪”的物质基础是什么呢？逆境中的“正性情绪”又是如何影响人们认知能力的呢？
王建枝教授领导的团队从神经科学的角度找到了部分答案
为了回答这一问题，王建枝团队首次建立了压力状态下仍抱有希望情绪的动物模型，即“习得性希望(learned hopefulness，LHF)”。
实验者采用足底电击的方式给予小鼠厌恶性刺激，巧妙的是，将一个绝缘平台安置在电击场景内。通过多次变化场景、绝缘平台的放置位置及实验人员对小鼠的反复引导及训练，成功建立起了“平台”与成功脱逃“希望”的相互关联。
最终，小鼠能够在正性情绪动机—“希望”的驱使下，主动寻找并攀爬至平台上，成功终止(躲避)足底电击。相反，若移除平台或放置非绝缘平台，反复不可逃避的足底电击将显著减少小鼠的逃跑行为，导致小鼠“绝望”情绪反应，即以此建立“习得性绝望”(learned helplessness, LHL)情绪动物模型。
随后，实验者采用莫里斯水迷宫(Morris water maze)和巴恩斯迷宫(Barnes maze)空间行为学范式检测并比较“希望”小鼠和“绝望”小鼠的空间认知能力差异。
令人意外的发现是：“希望”情绪动机能显著促进小鼠(和大鼠)的空间学习及记忆能力，而“绝望”情绪动机损伤空间认知功能。
这听起来非常的有趣!不禁让我想起了深受小朋友们喜爱的一部电影《头脑特工队》。
在电影中，孩子的脑内住着五种情绪精灵，她们决定着孩子的喜怒哀乐、决定着孩子乐观或悲观的性格。
我们的研究就好比在动物的脑内安置了“希望”精灵和“绝望”精灵。安全平台的出现唤醒的是“希望”精灵，而反复的不可控制的电击召唤的是“绝望”精灵。随着二位精灵的掌权，他们或增强或损伤小鼠的空间认知能力。
事实上，脑内是没有情绪精灵的。这只是童话故事里的桥段而已。
科学家发现，脑内神经细胞间的相互沟通才是实现情绪表达和空间认知的物质基础。借助正电子发射型计算机断层显像(Positron Emission Computed Tomography，PET)，王建枝团队和谢庆国团队发现“希望”组动物脑内存在杏仁核(脑内边缘系统的一部分，是产生情绪、识别情绪和调节情绪重要核团)至海马区(主要负责空间学习和记忆功能，形似海马而得名)呈时间依赖性的序列激活，而“绝望”组动物仅有杏仁核区激活却明显缺乏海马区激活。
因此，上述PET实验发现提示：杏仁核—海马神经环路可能参与正负性情绪对空间认知功能的双向调控作用。
病毒示踪技术是目前广为运用的神经环路追踪方法。2013年，Felix–Ortiz等科学家利用顺向示踪技术研究发现并首次报道：杏仁核基底外侧核(BL)有直接的纤维投射到腹侧海马的CA1区域(vCA1)，激活这条通路可以导致小鼠的焦虑样行为。
通过正向示踪，王建枝团队也证实了BL-vCA1神经环路的存在。随后，通过与中科院武汉物数所徐富强团队合作，利用独特的嗜神经病毒环路示踪技术进一步证实了BL-vCA1单突触联系的物质存在。
意外的是，逆向示踪研究显示：更多的纤维联系主要是从基底外侧杏仁核后部(BLP)的锥体神经元发出投射到vCA1。
紧接着，通过与王立平团队合作，运用光遗传技术向BLP的兴奋性神经元内注入一个光依赖的发动机—光敏感通道蛋白(Channelrhodopsin2, ChR2)，当用蓝光照射这些细胞时，它们被兴奋，并将神经冲动以生物电的形式向下传递并在突触连接处释放出兴奋性的神经递质—谷氨酸，后者与下游vCA1神经元上的相关受体结合而兴奋细胞，表现为神经元放电率上升。
这样，联合在体示踪技术和在体电生理记录，研究团队从结构和功能上发现了一条从BLP至vCA1的兴奋性神经传导通路。
随后，通过联合使用神经环路特异性标记和电生理技术，研究团队对“希望”和“绝望”情绪下BLP-vCA1神经环路的形态、功能改变进行了系统的检测。
结果发现：“希望”可增强BLP-vCA1谷氨酸能兴奋性神经环路的突触前及突触后功能，而“绝望”情绪则损伤该环路的结构和功能。
接下来，研究团队迫切想要知道的是BLP-vCA1谷氨酸能兴奋性神经环路的双向改变与“希望”和 “绝望”情绪反向调控空间认知功能的因果关系。通过利用光遗传技术选择性抑制“希望”小鼠BLP-vCA1通路，发现“希望”情绪对空间认知功能的促进作用明显减弱；同时，激活BLP-vCA1通路能改善“绝望”小鼠空间学习能力缺陷。即BLP-vCA1兴奋性神经环路介导了“希望”和“绝望”对空间认知功能的双向调控作用。
突触相关蛋白是执行认知功能的效应分子。在随后环路耦联的信号分子通路检测中，研究团队发现：“希望”情绪通过激活BLP-vCA1环路上调CREB-AMPAR通路，从而增强vCA1锥体神经元突触结构和功能可塑性，增强小鼠空间学习记忆功能；相反，“绝望”情绪则抑制BLP-vCA1环路损伤CREB-AMPAR通路，降低vCA1锥体神经元突触结构和功能可塑性，最终造成空间认知功能受损。 对上述研究发现简单通俗的解释是：生理情况下，基底外侧杏仁核后区神经元借助其伸出的“电缆”(即神经元轴突)与海马vCA1区神经元进行信息交流。“希望”情绪能够显著增多增粗这个“电缆”从而高效活化vCA1区神经元，启动其相关重要蛋白质的表达，最终增强海马依赖的空间认知功能。相反，“绝望”情绪明显减少削弱这个“电缆”的信息传递功能，从而阻碍vCA1区神经元活化，最终损伤海马依赖的空间认知功能。
说了那么多，还是那句话：人生有苦有甜、有顺境有逆境。面对逆境，请练就一颗坚强、积极、乐观、睿智的心!因为，消极不能改变现实，它只会让你停滞不前；唯有满怀激情、主动出击，才能智慧地成为登顶成功的王者!
此研究是由华中科技大学同济医学院王建枝团队，中科院深圳先进技术研究院-MIT麦戈文联合脑认知与脑疾病研究所王立平团队、中科院武汉物理与数学研究所徐富强团队和华中科技大学生命科学与技术学院谢庆国团队联合攻关完成；杨莹副教授、王志昊博士和靳森博士为论文的共同第一作者；王建枝教授和王立平研究员是论文的共同通讯作者；华中科技大学为第一完成单位。该研究工作得到国家自然科学基金委和中科院战略先导专项等项目的资助。
王建枝华中科技大学同济医学院教授、博士生导师，病理生理学专家。
教育部长江学者特聘教授、国家杰出青年科学基金获得者、国家教学名师、全国师德标兵获得者，教育神经系统重大疾病重点实验室主任、教育部神经系统重大疾病创新团队牵头人、国家重点学科病理学与病理生理学负责人。现为华中科技大学教授、博士生导师，兼任华中科技大学同济医学院基础医学院副院长、病理生理学系主任、湖北省暨武汉市病理生理学会理事长、中国老年性痴呆科学家协会副主席、中国病理生理学会副理事长等。
研究方向：从事老年性痴呆症的发病机制和防治策略的研究 主要学术贡献： (1)提出神经退行性变是细胞逃逸凋亡的结果，为揭示退行性变的本质提供了实验和理论依据； (2)创新建立了脑脊液微量p-tau蛋白的检测技术，为老年性痴呆症的临床诊断奠定了基础； (3)阐述了GSK-3b在tau蛋白过度磷酸化中的关键作用和调节机制，系列研究结果为GSK-3b作为老年性痴呆症药物开发的靶点提供了科学依据； (4)发现磷酸酯酶-2A是使异常tau蛋白去磷酸化的关键磷酸酯酶，建立了相关研究实验模型。发表SCI论文70余篇，被正面引用1000余次。
科研成果： 2000年获湖北省自然科学二等奖(第一完成人)； 2002年获中华医学科技奖一等奖(第一完成人)； 2004年获教育部提名国家自然科学一等奖(第一完成人)； 2008年获高等学校科学研究优秀成果奖自然科学一等奖(第一完成人)； 2010年获国家自然科学二等奖(第一完成人)[2] 。 主编国家规划教材《病理生理学》中、英文版，培养的青年教师中有3人获教育部新世纪人才，培养的博士研究生分别获2008年和2003年全国百篇优秀博士论文提名奖。
编辑：王盼盼 郭凌云 徐国纲
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