孤独感可以被关闭?科学家或已找到相应大脑神经回路,原理竟与饥饿感类似

科学
孤独感可以被关闭?科学家或已找到相应大脑神经回路,原理竟与饥饿感类似
麻省理工科技评论 2020-09-14

2020-09-14

孤独会加速癌症的扩散,加快心脏病的发作,甚至耗尽我们继续活下去的意志。
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孤独会加速癌症的扩散,加快心脏病的发作,甚至耗尽我们继续活下去的意志。

孤独是一种普遍现象。如果在街头问人们,“你们知道孤独是一种什么样的感觉吗?”可能 99% 甚至 100% 的人都会说,知道。

但再往下细究,当你感到孤独时,你对社交的渴望是不是就像饥饿的人看到食物一样?能在你的大脑神经回路中检测并量化这种 “饥饿感” 吗?

实际上,我们对于孤独的认识,既熟悉,又陌生。它是一种神经学概念,貌似有理可循;但大家都不知道怎么来检测这种现象,并将之定位到特定的细胞上。

凯 · 泰伊(Kay Tye)是美国索尔克生物科学研究所(Salk Institute of Biological Sciences)的神经科学家,这正是她的研究团队在做的事情。

近年来,大量科学文献认为孤独与抑郁、焦虑、酗酒和药物滥用有关,甚至有越来越多的流行病学研究表明,孤独会让你更容易生病:它会促进长期释放荷尔蒙,从而抑制正常的免疫功能。孤独引起的生化变化会加速癌症的扩散,加快心脏病和阿尔茨海默病的发作,甚至直接耗尽我们继续活下去的意志。

孤独感可被关闭?科学家找到相应大脑神经回路,原理与饥饿感类似

如果可以检测和测量孤独,我们就可以识别出那些有风险的人,并为新的干预措施做好准备。

许多人警告说,未来几个月,我们可能会看到新冠病毒对心理健康的影响遍及全球。精神病学家已经开始担心,美国自杀率和药物过量不断上升可能是由社交隔离以及焦虑和慢性压力造成的。泰伊说道:“人人很快会意识到,社交隔离对其他心理健康也有影响。我认为这对心理健康的影响是非常强烈和十分直接的。”

然而,量化甚至定义孤独是一个很大的挑战。事实上,由于太具挑战性,神经学家们一直回避这个话题。

从本质上来说,孤独是主观的。一个人独处一天,安静沉思的同时也能感到精力充沛;身处大城市的中心被一群人包围,或者即使有亲朋好友的陪伴,也有可能会沉浸在内心孤独的痛苦之中;与另一个城市的亲人打视频电话,可能会感觉联系更紧密了,也可能会感觉比打电话前还要孤独。

这种对孤独的认识是相当模糊的。直到 2016 年,泰伊发表了第一篇有关孤独的神经学原理的科研论文。在此之前,她在心理学文献中搜索与这个主题相关的其他论文时,发现包含 “细胞”“神经元” 或“大脑”等词的论文数量为零。

尽管长期以来,哲学、文学和艺术领域一些佼佼者深陷孤独中,但神经学家一直认为,孤独如何在人脑中运作的问题,无法用数据驱动型实验来解答。因为他们都没想清楚,如何量化这种体验?以及从大脑的哪个部分入手来找到这种主观感受带来的变化?

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图|索尔克生物科学研究所的神经科学家凯 · 泰伊 (来源:MIT TR)

泰伊希望通过建立一个全新的领域来改变这一现状:该领域旨在分析和理解我们的感官知觉、过往经历、遗传素质和生活状况是如何与外界环境相联系的,从而产生一种具体可测量的生物状态,即孤独。她想要确认这个看似不可言喻的经历在大脑中被激活时是什么样子的。

如果泰伊成功了,这可能会催生一种新工具,用于识别和检测那些因孤独而病情加重的人,同时有更好的方法应对这场由新冠病毒引发的紧急公共卫生危机。

寻找孤独神经元

泰伊的研究对象是啮齿类动物大脑中特定的神经元群,这些神经元似乎与社交互动需求有关。为了精确定位 “孤独” 神经元,泰伊借助了她在斯坦福大学卡尔 · 戴瑟罗斯实验室做博士后时开发的一项技术。

戴瑟罗斯是光遗传学的先驱,光遗传学是一项将基因工程的光敏蛋白植入脑细胞的技术;然后,研究人员只需通过光纤把光照在神经元上,就可以打开或关闭单个神经元。这项技术需要向大脑中注射蛋白质,还需要将光纤穿过头骨,直接植入大脑,由于侵入性太强,目前不能用于人体,但研究人员可以在活动自如的啮齿动物体内调节神经元,然后观察它们的行为。

于是,泰伊开始在啮齿动物身上展开研究。她发现,激活一个神经元,然后监测对该神经元发出的信号做出反应的大脑其他部分,就可以追踪出协同工作、执行特定功能的细胞离散电路。泰伊仔细追踪了杏仁核的外部联系,杏仁核是一组杏仁状的神经元,是啮齿动物和人类释放恐惧和焦虑的部位。她还正试图在大脑的神经回路中检测和量化孤独感。

科学家们早就知道,刺激整个杏仁核会让动物因恐惧而蜷缩。但是,通过研究杏仁核内外部错综复杂的联系,泰伊证明了大脑的 “恐惧回路” 传递的感官刺激千差万别,比之前认为的更细微。事实上,勇气也因此得到了调节。

2012 年,泰伊在麻省理工学院的皮考尔学习与记忆研究所(Picower Institute for Learning and Memory)建立了自己的实验室,当时她正在研究杏仁核与前额皮层(被称为大脑执行机构)以及海马体(负责情景记忆)之间的神经连接。其目标是构建大脑回路路线图,这是我们理解世界,让我们的即时体验变得有意义,并对不同情况做出反应的手段。

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孤独感可被关闭?科学家找到相应大脑神经回路,原理与饥饿感类似

图 | DRN 神经元显示在多巴胺系统和下游回路中。(来源:MIT TR)

泰伊开始研究孤独,多半是出于偶然。在物色新的博士后的过程中,泰伊偶然发现了吉莉安 · 马修斯(Gillian Matthews)的成果。她是伦敦帝国理工学院的一名研究生,在一次实验中,她把老鼠分开研究时有了一项意外发现:隔离似乎改变了一种叫做 DRN 神经元的脑细胞,从而推测这种脑细胞可能与孤独感有关。

泰伊立马看到了这种可能性,社交隔离的迹象可以追溯到大脑的某个特定部位。她回忆道:“天哪——这太不可思议了!”尽管做过很多神经元研究,但泰伊以前从未遇到过与社交隔离有关的神经元研究。

泰伊意识到,如果她和马修斯能构建一个孤独感的回路图,她们就能在实验室里准确回答她想探索的那些问题:大脑是如何赋予孤独意义的?换句话说,独来独往的客观体验是如何以及何时变成感到孤独的主观体验的?第一步是要弄清楚 DRN 神经元在这种心理状态中发挥的作用。

泰伊和马修斯注意到的第一件事就是,当她们刺激这些神经元时,这些老鼠想要与其他老鼠有社交互动的可能性要更大。她们在后面一个实验中发现,老鼠在有选择余地的情况下,会主动避开笼子那一块,因为一进入笼子就会激活 DRN 神经元。这表明,它们渴望社交互动更多是出于避免痛苦的想法,而不是为了获得快乐——一种类似于孤独 “厌恶” 的体验。

在后续实验中,研究人员将一些老鼠单独囚禁 24 小时,然后再把它们放回群体中。正如所预料的那样,这些老鼠会找其他同类,而且花了很多时间与其他老鼠互动,就好像它们之前感到很“孤独”。然后,泰伊和马修斯又把之前那些老鼠隔离开来,等它们单独生活一段时间后,利用光遗传学方法让它们的 DRN 神经元安静下来。这一次,这些老鼠不再想要社交,就好像它们的大脑并没有感知到社交隔离一样。

科学家们早就知道,大脑里有一种类似于汽车燃油表的生物系统——一种复杂的稳态系统,可以让灰质追踪我们的基本生理需求状态,如食物、水和睡眠。该系统是为了让我们做出旨在维持或恢复自然平衡状态的行为。

泰伊和马修斯似乎找到了一种类似于调节啮齿动物基本社交需求的稳态调节器,因此,下一个问题就是:这些发现对人们意味着什么?

渴望微笑

为了回答这个问题,泰伊与丽贝卡 • 萨克斯(Rebecca Saxe)实验室的研究人员展开合作。萨克斯是麻省理工学院的认知神经学教授,专攻人类社会认知和情感研究。

人体实验的设计要困难得多,因为不能选用光遗传学所需的脑外科手术。但是,可以让孤独的人看到友善的人提供社交暗示(比如微笑)的照片,然后用磁共振功能成像监测和记录流向大脑不同部位的血量变化。而且,由于之前的实验,科学家们非常清楚要观察大脑中的哪个区域——类似于马修斯和泰伊在老鼠身上研究的那个区域。

去年,一直在萨克斯实验室监督这项研究的博士后利维娅 • 托莫娃(Livia Tomova)招募了 40 名志愿者,这些志愿者自认为拥有庞大的社交网络,很少感到孤独。托莫娃把实验对象关在实验室的一个房间里,在 10 小时内禁止他们和人接触。为了形成对比,托莫娃要求这些志愿者再参加一个 10 小时的实验,有大量社交,但没有食物。

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孤独感可被关闭?科学家找到相应大脑神经回路,原理与饥饿感类似

图 | 托莫娃使用磁共振功能成像扫描仪来测量禁食和隔离一段时间后,大脑对食物和社交互动的反应。右侧的扫描显示了与奖励相关的中脑活动。(来源:MIT TR)

实验结束时,研究对象需要爬进磁共振功能成像扫描仪,观看不同的图像:一些是提供非语言社交提示的图片,另一些是食物的图片。

与泰伊和马修斯不同,托莫娃无法定向追踪单个神经元,但她可以在扫描的更大范围内追踪血流量的变化,即体素;每个体素可以显示出数千个神经元离散群体的活动变化。托莫娃重点研究了中脑的一些区域,众所周知,这些区域富含与生成和加工神经递质多巴胺有关的神经元。

其他实验已经证明,大脑中的这些区域与 “想要” 或“渴望”某种东西的感觉有关。当一个人在饥饿时看到食物的图像,或者上瘾时看到与毒品相关的图像,这些区域就会发光。那么,给孤独的人看微笑的图片,也会发生同样的现象吗?

答案很明显:在经历社交隔离后,实验对象看到有社交提示的图片时,他们的大脑扫描显示,中脑要活跃得多。当实验对象感到饥饿但没有被社交隔离时,他们对食物图像的反应同样也很强烈,但对社交提示的图片则反应不大。

托莫娃说:“无论是出于对社交的渴望,还是对食物等其他事物的渴望,表现出来的方式都非常相似。”

大流行病实验

了解大脑是如何产生社交需求的,可能会帮助我们更加深入了解社交隔离在某些疾病中扮演的角色。

例如,客观测量大脑中的孤独感,而不是询问人们的感受,就可以阐明抑郁症和孤独之间的关系。哪个才是因——是抑郁导致孤独,还是孤独导致抑郁?在适当的时机进行社会干预是否有助于治疗抑郁?

深入研究大脑中的孤独回路,可能也会为研究上瘾提供一些线索,而孤立的动物更容易上瘾。这一迹象在即将发育的动物身上表现尤为明显,它们似乎比年龄更大或更小的动物更容易受到社交隔离的影响。16-24 岁的人最容易感到孤独,这也是许多心理健康障碍开始显现的年龄。这两者之间有联系吗?

但是,当前最明显的需要可能是应对新冠病毒大流行造成的社交隔离。一些网络调查报告称,自大流行病开始以来,从整体来说,孤独人数并没有增加,但那些最容易出现心理健康问题的人呢?他们被隔离时,哪种程度的隔离会开始危及他们的心理和生理健康呢?可以采取什么样的干预措施来保护他们免受这种风险呢?一旦可以测量孤独,就可以弄清楚这些问题,从而设计更有针对性的干预措施。

托莫瓦和泰伊在她们 2020 年 3 月底发表的论文预印本中写道:“未来研究的一个关键问题是,多大程度以及哪些积极的社交互动足以满足这种基本需求,从而消除神经渴望反应。”她们提出,大流行病“强调深入了解人类社会需求和构成社会动机基础的神经机制的必要性。目前的研究向这个方向迈出了第一步。”

用通俗易懂的科学语言来说,这标志着一个全新研究领域的诞生——不是你经常能看到的,更不用说参与其中。

这让泰伊很兴奋,因为这些都是研究者在心理学中听过一百万次的概念,但却是第一次找到可以连接到这个系统的脑细胞。一旦你找到了一个细胞,你就可以向后追踪,向前追踪;你可以弄清楚哪个是上运动神经元,上运动神经元在做什么,发送了什么信息。泰伊说,“现在可以找到整个神经回路,知道从哪里开始。”

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