情緒記憶的神經基礎

摘要 情緒記憶具有強烈、持久的特點，在記憶中具有優勢地位。杏仁核是情緒記憶的關鍵腦區，其外側核被認為是情緒回路建立的中心部位。恐懼條件反射是情緒記憶，特別是情緒回路研究的有效手段。情緒記憶的編碼，儲存與提取受到杏仁核與各相關腦區共同影響，其中激素調節在這些過程中發揮重要作用。文中結合最新的研究成果對情緒記憶的神經機制進行討論。

關鍵詞 情緒記憶，杏仁核，恐懼條件反射，激素。

分類號 B845

情緒刺激的加工在大腦中享有優先權，這種加工優勢主要體現在注意的分配上，當情緒材料在閾下呈現時人類被試在生理上也會出現相應的應激現象，這一機制保證了個體能夠對情緒刺激作出又快又準的反應，體現了生物在進化上對環境的適應。記憶一直是認知心理學所關注的重要課題，最常用分類方法是被根據內容本身是否可以被有意識的提取，將記憶分為陳述性和非陳述性記憶。根據記憶材料是否具有情緒維度和喚醒度，記憶又可以情緒記憶(emotional memory)和中性記憶(neutral memory)。自從Kleinsmith和Kaplan在1963年首次報告了情緒在記憶中的優勢地位后，情緒記憶一直得到心理學界的廣泛關注，情緒與記憶之間的作用機制則成了當前研究的熱點。

情緒記憶往往持久而強烈，這也就造成一些消積的經歷久久難以忘卻以至于形成心理疾病，例如創傷后應激失調(post-traumatic stress disorder，PTSD)。一些日常行為也會促進情緒記憶的鞏固，如有研究證實情緒事件后隨即發生的睡眠能夠特定地加深大腦對該事件的記憶。是什么原因讓情緒記憶能夠在大腦中得到特別關照呢?一般情景記憶的神經成像顯示，除相關感覺皮層外，大腦中還有內側顳葉和前額葉處于激活狀態，而當情緒記憶發生時，除上述區域外，杏仁核(amygdala)也被激活了。這暗示情緒記憶的優勢地位可能來自于杏仁核與內側顳葉和前額葉等的相互作用。本文將以杏仁核為中心，結合其他相關腦區對情緒記憶發生的神經基礎進行討論。

1 恐懼條件反射

情緒記憶的神經基礎重點在杏仁核，其中的杏仁核回路是情緒調節的關鍵。鑒于目前很多關于杏仁核回路的研究都是在以恐懼條件反射為背景的基礎上發展起來的，在這里需要對恐懼條件反射的一些內容先行介紹，以便其后的討論。

說到條件反射，我們一定會想到巴甫洛夫那個著名的生理學實驗。然而有趣的是，他的這種條件訓練現在被廣泛引入到恐懼和焦慮等情緒相關的研究中，雖然更多的是用動物作為研究對象。按照這一范式，條件刺激一般使用中性的聲音，非條件刺激則通常是輕微的電擊，經過一段時間聲音與電擊的搭配，實驗動物會對聲音產生恐懼，即使是沒有電擊的伴隨，也會發生條件反射，生理表現為心跳加快，血壓上升等，行為上表現為顫抖。現在，也有不少研究將條件反射的范式運用到了人類被試中。

恐懼條件反射可以視為情緒記憶的一部分，與人類生活中的恐懼和焦慮失調等心理疾病有密切聯系。當條件刺激連續多次的單獨出現，而未伴隨非條件刺激時，由條件刺激引起的條件反射會逐漸減弱，這一過程被稱為消退(extinction)。現在眾多研究目光正投向條件反射中的消退階段，因為心理學界認為這一研究可能為減輕如PTSD等情緒障礙提供思路。除此之外，恐懼條件反射也是我們研究大腦中情緒記憶相關腦區活動的重要手段，許多利用條件反射范式設計的實驗為腦結構功能的研究提供了線索。例如，Bechara等對腦損傷病人的研究發現，杏仁核損傷的病人不能建立起條件反射，但卻能夠清楚地知道條件刺激是伴隨著非條件刺激這一事實；相反，海馬損傷的病人能夠建立起條件反射，但不能說明原因；杏仁核與海馬都損傷的病人則既不能建立條件反射，又不能解釋實驗過程。一些動物研究發現，腹側海馬損傷的老鼠對非條件刺激的應激反應受到破壞，而且在條件恐懼記憶消退后，海馬能夠調節杏仁核對特定條件背景的沖動，這些都成為研究海馬功能的證據。綜合當前研究進展看來，恐懼條件反射是研究內隱性情緒記憶神經機制的一個行之有效的手段。

2 杏仁核與情緒回路

早在1956年，Weiskrantz在實驗中破壞猴子大腦中的雙側杏仁核，引起了實驗動物表現出一系列綜合癥狀，包括口動，情緒消沉，反常的飲食行為以及高冒險傾向。同年，Rosvold等人在另一個實驗中發現被去掉杏仁核的猴子的社會行為發生了永久性改變，并通常伴隨社會地位的降低。動物實驗的研究結果暗示杏仁核在情緒處理中發揮重要作用。隨后的一系列人類大腦成像研究顯示當情緒性刺激發生時，杏仁核處于激活狀態。1995年，Cahill和他的同事發現一個杏仁核損傷的病人對情緒故事的記憶并沒有得到加強。他們隨后的PET研究發現右側杏仁核中葡萄糖代謝的水平可以預見數周后情緒事件的回憶的成功與否。這些實驗結果將杏仁核與情緒記憶聯系在了一起。在此以后，多個利用fMRI的研究也證明當情緒記憶發生時，激活了杏仁核與內側顳葉。目前，杏仁核在情緒記憶中的關鍵作用已經得到一致認可。

杏仁核是大腦中情緒相關最重要的腦區之一，在情緒性社會信號的加工，情緒條件刺激的建立和情緒記憶的鞏固中發揮關鍵作用雖然現今研究文獻習慣于將這個多核團的集合體稱為杏仁核，但實際在解剖學上這種叫法沒有任何意義。傳統觀點將杏仁核按不同的細胞類型分為外側核(lateral nuclei)、基底核(basal nuclei)和附屬基底核(accessory basal nucle)三部分，現在又將它們合起來稱基底外側杏仁核(basolateral amygdala)。中央核(central nuclei)、內側核(medial nuclei)和皮質核(cortical nuclei)組成了周邊附屬結構，被稱為杏仁狀復合體(amygdaloid complex)。基底外側杏仁核與其周邊結構合起來就是我們所熟知的杏仁核(the amygdala)，但是它們無論是在組成還是在功能上都有很大的差異，因此在研究情緒的神經傳導通路時理應將杏仁核的各部分區分開來看。

大腦對于情緒事件的加工可以分為意識與非意識兩種，也就是說對于情緒刺激的某些反應(如皮電)可能在我們并沒有意識到該刺激存在的情況下就發生了。意識上的情緒加工涉及大腦皮質中的背側前額區(DLPFC)，以及眶額皮質(OFC)，前扣帶回(ACC)等，以及皮層下的杏仁核，外界信息途經丘腦一皮層一杏仁核通路。這種皮層參與的加工方式具有復雜的認知過程，因此速度較慢。而意識下的情緒加工能夠以最迅速的方式對危險刺激作出反應，被認為是動物在進化中適應環境的表現，這種加工是在皮層下進行的，由丘腦與杏仁核直接發生聯系，較符合條件反射的特征。可以發現在皮層與皮層下兩條通路中，杏仁核都伴演著重要角色。雖然現有研究發現前額葉會對杏仁核的情緒加工進行調控。例如，Stalnaker等人的動物研究發現，眶額皮質的損傷會削弱情緒事件的倒序學習能力，而如果同時損傷杏仁核的基底外側核則不會出現這種學習的缺陷，但不可否認杏仁核在情緒加工中的樞紐地位。

在恐懼條件反射建立的過程中，杏仁核中的外側核(LA)、基底核(B)、附屬基底核(AB)以及中央核(CE)是最為相關的區域。從當前主流的模型看來，LA是信息傳遞中轉站，接受來自丘腦、海馬和皮質的信息，然后根據這些信息的不同性質來激活不同靶區。LA具有高度的可塑性，帶有多種類型的細胞受體，如GABA(γ氨基丁酸)受體、阿片受體、糖皮質激素受體和M型乙酰膽堿受體等，因此LA是記憶中發生長時程增強效應(long-term potentiation，LTP)的主要區域。當條件刺激傳入時，LA突觸后細胞電壓門控通道打開，鈣離子流入，引起胞內級聯反應，誘導基因轉錄，導致蛋白質的合成。實驗證明向LA注射蛋白質合成抑致劑會干擾條件反射的建立。傳統觀點認為CE是LA的靶點，經LA處理的信息被投射到CE，再由CE傳送給下游腦區。但是也有新觀點認為CE并不只是被動地接受外側核的投射，其本身也具有可塑性，可以直接接受并處理來自感覺區的信息：而且LA與CE之間的聯系并不是直接的，而是通過一類稱為中間細胞(intercalated cell，ITC)的群體介導。AB和B主要在場景相關的條件反射中接受來自海馬的信息，并將其傳送到CE，此過程似乎不需要LA的參與。

綜上所述，以聲音為條件刺激的恐懼條件反射為例描述杏仁核回路：作為條件刺激的聲音信息由聽覺丘腦和聽覺皮質傳送到LAI這時作為非條件刺激的電擊帶來的痛苦感受也由脊髓一丘腦(spino-thalamic tract)通路到達了LA。LA中一部分細胞對條件刺激和非條件刺激同時發生反應，并且可能引起LTP，這構成了條件反射建立的物質基礎。發生可塑性變化的LA細胞通過激活ITC，將信息傳送到CE，最后信息經過腦干到達身體各部的效應器，引發條件反射。如果此過程中帶有場景信息，則LA會同時與海馬發生聯系，并且在海馬誘發LTP，形成較為穩定的場景情緒記憶；反過來海馬也能夠通過激活杏仁核中的AB和B來影響下游的信息傳導。

3 杏仁核與周邊腦區的相互作用

雖然在研究情緒記憶時人們通常將目光聚焦在杏仁核上，但眾所周知，海馬是大腦中與學習和記憶相關的重要腦區，它與其周邊的其他內側顳葉結構對于陳述性記憶必不可少，前額葉是大腦認知控制的重要部位，而且記憶材料的知覺當然少不了感覺皮層的參與。因此討論情緒對記憶的促進作用時需要關注杏仁核與大腦中其他相關腦區的相互作用。

Rieardson等人用IMRI檢測左側海馬或杏仁核不同程度損傷病人在詞匯編碼任務中的腦區活動，發現左側海馬的損傷程度可以預測病人在中性記憶和情緒記憶中的表現，而杏仁核只與情緒記憶相關(一般認為海馬在功能上具有偏側性，左側海馬負責語言一類的敘述性材料的編碼與儲存，而右側海馬則與空間關系的編碼有關)。并且對于能夠被成功回憶的情緒性材料，編碼階段左側海馬的活性與左側杏仁核的損傷程度有關；同樣的，杏仁核的活性與左側海馬的損傷程度也表現出了關聯。而Dolcos等也在對情緒記憶和中性記憶編碼階段的fMRI研究中發現，情緒性圖片與中性圖片相比，杏仁核與內側顳葉的DM效應(記住與沒有記住的材料在編碼階段相關腦區活性的差異)都增強了，并且在激活成度上顯示出更強烈的關聯。以上的實驗都給出了這樣一個證據：至少在情緒記憶的編碼過程中，海馬與杏仁核發生了相互作用。

情緒對于記憶的促進是否只發生在編碼階段?儲存和提取過程中，是否也存在這種類型的相互作用呢?Anderson等人首先向被試呈現一些中性的面孔和房屋的圖片，之后經過不同的時間間隔再讓被試看一組具有情緒喚醒度的圖片，然后進行中性圖片的回憶測試。結果發現，較短時間間隔內情緒圖片促進了中性圖片的記憶，而長時間間隔的被試組沒有觀察到這一現象。另外將情緒圖片更換為容易記住的非喚醒圖片后，也沒有出現顯著的記憶增強。這個實驗證明了在一定時間窗口內，情緒能夠促進記憶的鞏固。那么這跟杏仁核與海馬有關嗎?已有實驗證明向杏仁核的基底外側核與海馬注射蛋白質合成阻斷劑都能夠干擾記憶的鞏固，間接的為杏仁核和海馬在記憶鞏固中的作用提供了證據。

Doleos等為了探索在情緒材料提取中的腦區活動，讓被回憶一年前看過的情緒和中性圖片，同時進行fMRI掃描。結果發現，情緒圖片的成功提取較之中性圖片引起了杏仁核，海馬和內嗅皮質(entorhinal cortex，與海馬、嗅緣皮質、海馬旁回同屬內側顳葉)更強烈的激活。Greenberg等人在一項關于自傳式回憶的fMRI實驗中發現，與普通的語義提取任務相比，在自傳式事件提取中杏仁核，海馬和右下額回(right inferior frontal gyms)發生了更明顯的激活。而我們知道自傳式回憶中的內容多是帶有情緒的。

以上的這些實驗至少證明了無論在情緒記憶的編碼，儲存還是提取階段都少不了杏仁核與海馬等腦區的參加，這也幫助情緒記憶打敗了眾多競爭對手而在記憶體系中取得了統治地位。但僅知道這些還不夠，我們要明確各腦區之間是怎樣相互作用來促進情緒記憶的?Sharot等通過研究認為中性記憶依賴知覺細節的再認，與海馬旁回(parahippocam-pal gyms)有關：而情緒記憶依賴的是喚醒的感受以及更強的知覺連貫性，這與杏仁核有關。這提示是杏仁核向內側顳葉記憶系統施加了某種影響，使原本零碎的知覺細節變得更加流暢，且更容易被喚起。多個實驗提示杏仁核對于記憶編碼的影響主要在于其與感覺皮層之間的聯系，使得情緒性的材料得到更多的注意分配。因為前邊的論述已經提到，情緒(特別是負性情緒)能夠以最迅速的方式激活杏仁核，之后杏仁核可能將信息反饋到知覺區和控制區，保證大腦將更多的注意資源投向情緒材料，以至改變了記憶在海馬中的編碼方式。

4 情緒記憶的激素研究

上面的這些解釋雖然有道理，但是在我們看來還是不夠詳細，這也似乎是腦成像研究的一個通病。關鍵的問題在于已知情緒記憶中杏仁核與周邊腦區會發生相互作用，但是是以什么方式作用還尚未解答。本文在前面講到了杏仁核中的情緒回路，著重關注外界信號在神經系統中的傳替。我們知道人體生理調節分神經和體液兩種調節方式，前者具有作用迅速、準確，范圍小，持續時間短的特征，因此在情緒記憶中常與條件反射一起討論(當然條件反射的建立過程也必需包括激素的作用)；而后者效應較緩慢，但持續時間長，作用范圍廣，鑒于情緒記憶強烈、持久的特點，在其生理機制的研究中激素也是一個必須考慮的因素。

事實上，我們早已知道杏仁核能夠調節大腦中壓力相關激素(腎上腺素、糖皮質激素等)。腎上腺素(Adrenaline或epinephrine，E)和糖皮質激素(glucocorticoids，G)分別由腎上腺髓質和。腎上腺皮質分泌，由下丘腦－垂體－腎上腺軸(hypothalamic-pituitary-adrenal axis)系統調節。當人類接受到來自外界的壓力時，體內壓力相關激素的水平上升。腎上腺素和糖皮質激素分別通過與大腦結構中的腎上腺素受體和糖皮質激素受體作用，影響中樞去甲腎上腺素(norepinephrine，NE)系統，進而起到調節記憶的作用。眾多實驗也證明了這一點。例如，Cahill等在人類被試中的進行實驗得到與此前許多動物實驗相同的結果：腎上腺素能夠促進記憶的鞏固。Buchanan等人進行的一項編碼前口服氫化可的松(cortisol，糖皮質激素的一種)的實驗證明，糖皮質激素也能促進記憶的鞏固。而Quirarte等向老鼠杏仁核中注射心得安(propranolol，可作為一種β-腎上腺素受體拮抗劑)破壞了記憶在老鼠大腦中的保持。

以上實驗的結果暗示杏仁核是情緒激素作用于記憶的一個關鍵結構，但尚不能提示杏仁核與內側顳葉記憶系統有相互作用。我們知道海馬等內側顳葉結構中存在豐富的糖皮質激素受體，其離子流動，單胺能神經傳遞，突觸可塑性和細胞成活率均受到激素的影響。Roesler等的一項實驗顯示了杏仁核與內側顳葉系統之間的激素聯系。實驗人員向老鼠的內嗅皮質中注射一定量的8-Br-cAMP(一種cAMP類似物。cAMP：細胞信號傳替中的第二信使，可以由激素等作用于胞外受體產生，誘發細胞合成下游產物，在此實驗中可能起到促進記憶的效果)，結果強化了記憶的保持。而當用NMDA(N-乙酰-D-天冬氨酸)損傷同側杏仁核的基底外側核后。盡管同樣注射了8-Br-cAMP，但老鼠卻未表現出記憶的強化。在另一項重要的研究中，Strarlge等用fMRI觀察被試在情緒詞編碼與提取中的腦區活動，發現相對于中性詞，情緒詞匯編碼時杏仁核被激活，而提取時海馬被更強烈的激活。但如果學習前讓被試服用40mg的心得安，則編碼時的杏仁核與提取時的海馬均未表現出更顯著的激活，盡管在提取時血液中心得安的含量已經降到正常水平。這些實驗結果強烈的提示我們這樣一個可能：體內壓力相關激素傳入到大腦之后，首先作用于杏仁核中的腎上腺素受體和糖皮質激素受體，使其神經可塑性發生變化，促使杏仁核向包括海馬在內的周邊腦區釋放去甲腎上腺素等激素，最終導致了記憶的增強。而杏仁核是記憶中激素調節的核心部位。

腎上腺素與糖皮質激素對于情緒記憶提取的影響目前還存在一定的爭論。不少項研究證明這些壓力激素會破壞情緒材料的提取，例如Kuhlmann等人在回憶任務前誘發被試產生壓抑情緒(可從唾液中檢測出氫化可的松含量的提升)，在他們的另一項研究中直接讓被試服用氫化可的松，結果都破壞了被試對情緒材料的記憶，而中性材料未受到影響。但是同樣也有相反的報道，以致于很難確定激素在記憶提取中的作用。除此之外，腎上腺素和糖皮質激素等雖然受到下丘腦—垂體—腎上腺軸系統的調節，但反過來下丘腦又受到杏仁核的影響，這一過程涉及對情緒刺激反應迅速的杏仁核回路。因此杏仁核通過皮質下通路以最快速的方式接收到情緒信息后，便通過下丘腦—垂體—腎上腺軸引起血液中壓力激素水平的上升，隨后這些激素又反過來作用于杏仁核，進而誘發更為復雜的生理事件，這樣就形成了一條以杏仁核為中心的激素反饋回路，只有徹底弄清這其中每一步所發生的具體生理變化，才能從神經機制上真正的理解情緒記憶。

5 結論

本文側重于情緒記憶的神經生理機制，在以杏仁核為中心的基礎上討論了神經調節系統，以及在以腦區相互作用的基礎上討論了激素調節。前者是人體及高等動物生理調節的主要方式，具有迅速、準確的特點，在條件反射等涉及內隱記憶，并需要快速反應的心理生理活動中發揮重要作用，此過程中杏仁核的外側核是介導神經回路的關鍵部位。然而鑒于情緒記憶強烈、持久的特點，激素調節是必須考慮的一個重要方面。主要的情緒(壓力)相關激素是腎上腺素和糖皮質激素，都由下丘腦—垂體—腎上腺軸控制，有各自不同的作用受體。杏仁核是情緒記憶中激素調節的中心，能夠對血液中腎上腺素等激素水平的提升作出反應，自身可塑性發生長期改變，并且向周邊腦區釋放去甲。腎上腺素等激素，影響其他腦區的可塑性。因此激素調節能夠解釋為什么情緒記憶能夠長久的保持下去。總的說來，我們認為情緒記憶的建立是以杏仁核為核心的神經和激素調節共同作用的結果，神經回路使大腦能夠以最迅速的方式接受到來自外界的情緒信息，并且是高等生物應激反應的基礎；激素調節作用長久、廣泛，是情緒刺激最終能夠形成長時記憶的關鍵因素，也是情緒記憶研究的重點。當情緒記憶發生時，大腦中杏仁核，海馬以及其他相關區域通過神經回路和激素交流相互作用，最終導致了情緒事件被長期，深刻的記在了腦海中。