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大脑享乐系统

音乐、爱情、药物、美食,每一种愉悦体验看起来都独一无二。

然而,科学家却发现,不同的享乐激活了许多相同的脑区。从大脑底层的脑干,一直到顶层的新皮层,都有享乐的影子。这些分散于大脑的享乐热点,共同构成了大脑享乐系统,被所有愉悦体验所共用。

享乐,可以划分为内在体验和外观表达。在一般情况下,内在体验和外观表达是一致的,特定的内在体验会引发固定的外在表现。但在某些情景下,例如喜极而涕、强颜欢笑,内在感受也会脱离外观表现。

因此,科学中最靠谱的研究对象应该是享乐的内在体验,最理想的实验对象是人类,因为人类可以将内在的愉悦感相对客观地报告给科学家。

然而,由于伦理原因,人体实验只能做相关性研究,不能做因果性研究。即,科学家只能用脑成像等手段观察哪些脑区会跟随享乐变得活跃,但无法损毁或者激活某一个脑区,证明该脑区可以改变享乐的主观体验。

因此,对于享乐的研究,科学家一方面在人脑内寻找享乐相关位点,另一方面在实验动物脑内做损毁和激活的因果性实验。

此外,由于动物无法报告内在的享乐体验,科学家只能观察享乐的外观表现,例如,享乐的表情和行为等。这也是动物实验的一个缺陷。

我们先来看一下人脑功能核磁共振的实验发现。

来自功能核磁共振人脑成像的实验结果

利用功能核磁共振脑成像,科学家发现,食物、性、成瘾药物、喜欢的人、音乐、艺术都可以在几个固定脑区产生兴奋。这些脑区可分为两部分,一部分位于大脑皮层,包括眶额叶(OFC)、岛叶(insula)和前扣带皮层(anterior cingulate cortex)。另一部分位于皮层之下,包括伏隔核(NAc)、腹侧苍白球(VP,vental pallidum)以及杏仁核等

人脑享乐系统

正如上面讲诉,脑成像实验只能说明相关性,即愉悦时,这一脑区也处于活跃状态。相关性的背后机制很复杂。我们执行一个愉悦相关的任务时,会调用相当多的认知功能,例如记忆、注意力、抉择等,在我们体验愉悦时,那些脑区之所以活跃,可能只是因为它在回忆以往的愉悦记忆,也可能它在帮助我们把注意力集中于味蕾传递的信息,以更好地品味愉悦。

也有可能,活跃的脑区和真正的享乐中心有投射连接,当享乐中心激活时,这些脑区可能也会跟着活跃起来。但这里的活跃,可能只是被动的跟随,也可能只是激活该脑区真正功能所必经的一小步。还有很多其他的可能性,都跟愉悦的产生和调控无关。

但特别值得一提的是眶额叶的中前部(mid-anterior orbitofrontal cortex),它是皮层里最能反映主观愉悦的地方。

橘红色部分为眶额叶内能最好地编码愉悦感觉的位置

当你饥肠辘辘,品尝第一口炸鸡时,愉悦感最强烈。而当你吃完一大桶炸鸡,打着饱嗝时,你对炸鸡的愉悦感下降到最低点,甚至会觉得有些腻味。中前部的眶额叶能够完美地反映这一愉悦体验的变化,而眶额叶内的其他脑区却不能。

虽然大多数的人脑数据都是基于相关性的,但科学家还是在一些特殊的病人身上,拿到了一部分因果性的证据。

来自脑损伤病人的数据

在神经科学以及诺贝尔奖的历史上,有一段特别的黑暗。上千名精神错乱患者为了减轻症状,接受了前额叶损毁的手术。这一非常野蛮粗鲁、不科学的手术居然还得了诺贝尔奖。

前额叶损毁术

虽然这些病人的整个前额叶都被没有了,包括眶额叶,但他们仍然具有和正常人类似的愉悦体验。

更彻底的损毁来自近几年报道的一位病人,他的眶额叶、前岛叶、前扣带皮层以及颞叶的海马和杏仁核都被损坏了,但他仍然能体验到社交过程中的乐趣。

更极端的例子来自于脑积水儿童(hydranencephalic children )。这些儿童在子宫发育时期,由于意外伤害或者遗传因素,神经系统发育不正常。这些儿童先天就没有可见的大脑皮层,颅腔内被脑脊液充斥着。科学家发现,即便是这些儿童,也能在脸上表达各种情绪。玩耍时,他们会咯咯地笑。伤心时,他们也会哭泣。

脑积水儿童几乎没有大脑

这些来自人类病人数据都表明,也许大脑皮层并不是愉悦的最初产生之地,皮层下的古老脑结构才是。但即便这一结论成立,也不能说明大脑皮层和愉悦没有因果性的关系。因为即使大脑皮层不生产愉悦,它依旧可以放大或抑制皮层下脑结构产生的愉悦,即大脑皮层可以调节愉悦感。

更加精细和严密的因果实验,只能在实验动物上进一步验证。

两种因果性操作

在分子生物学领域,科学家经常用两种手法来研究某一基因的功能。

一种为功能缺失(loss of function),是指将基因敲低或敲除,让基因的表达产物减少或消失,然后观察细胞或生命体出现哪些变化。

另一种为功能获取(gain of function),是指将基因敲入或过表达,让基因的产生从无到有,或从有到过量,然后观察细胞或生命体的变化。

类似的,当脑科学家研究某一个脑区的功能时,也会采用这两种方法。

我们回到大脑的享乐功能。要弄清楚某一个脑区是否和享乐有因果性联系,科学家也会做两类实验。一类实验称为功能缺失实验,即不可逆或可逆地失活目标脑区,然后观察动物的享乐表达是否受影响。另一类实验为功能获取实验,激活脑区,然后看享乐表达是否增加。

有的脑区对于享乐是必须的,即失活这一脑区,动物无法再表现出享乐。而有些脑区并不是享乐所必须,失活它们,享乐照样可以产生,但它们激活时却可以增强享乐。可以推测,产生享乐所必须的脑区要少,而锦上添花的脑区相对来说会很多。

还有些脑区可能更少,它们既是享乐所必须的,激活时又可以增强享乐体验。这些脑区更像是享乐之源、之根。

我们先来看能增强享乐的热点,下面的实验都是在啮齿类动物上进行的。

享乐增强热点

科学家发现,大脑内存在许多个享乐热点(hot spot),激活这些热点,啮齿类动物的享乐表达更加强烈。

这些热点分散于大脑边缘系统内,位于伏隔核、腹侧苍白球、岛叶、眶额叶以及脑干的臂旁核。它们体积很小,在小鼠脑内,只有1立方毫米左右。如果按大脑体积换算到人脑,也只有1立方厘米。

小鼠脑内的享乐热点和冷点

我们着重来介绍下研究最多的伏隔核热点和腹侧苍白球热点,以及享乐冷点(cold spot)。

  • 伏隔核享乐热点和冷点

伏隔核是腹侧基底神经节的一部分,具体来说是腹侧纹状体的一部分,分为核心和外壳两部分。

小鼠伏隔核的外壳和核心

而伏隔核内的享乐热点就位于外壳的前背侧(rostrodorsal )。享乐热点只占伏隔核很小的一部分,约10%。

伏隔核内的享乐热点和冷点

当阿片肽(opiod)或内源性大麻素(endocannabinoid )注射进伏隔核享乐热点,激活其中神经元后,小鼠对糖水表现出更多的享乐反应。而阿片肽在伏隔核内其他位置则不能增强小鼠的享乐反应。实际上,伏隔核外壳后部,紧挨着享乐热点的区域,是一片阴冷的享乐抑制区。在这里注射阿片肽,非但不能增强享乐,反而会减少享乐表达。科学家称这些区域为享乐冷点。

享乐冷点并不是享乐的产生之地。冷点激活时会抑制享乐,给享乐降温。而真正的享乐之源激活时享乐会增加,抑制时享乐会消失。享乐冷点更像是一个享乐调控位点,类似于热点。

伏隔核会投射至腹侧苍白球(VP, ventral pallidum),科学家发现,腹侧苍白球内也存在类似的享乐热点和冷点。

  • 腹侧苍白球享乐热点和冷点

腹侧苍白球是基底神经节的一部分,大致是大脑前联合下方的苍白球核团,前联合是连接左右半球颞叶。腹侧苍白球是伏隔核的主要投射目标之一。

小鼠腹侧苍白球内的享乐热点也很小,大约只有1立方毫米,跟伏隔核热点差不多大小。但它的位置却跟和伏隔核热点相反,位于后部。类似于伏隔核,紧邻热点的区域是享乐冷点。

阿片肽注射进腹侧苍白球热点区域,小鼠对甜味的享乐表达增强。相反注射进冷点区域,小鼠享乐表达受抑制。

腹侧苍白球和伏隔核内的享乐热点之间是否有直接的连接,科学家目前并不确定。但两者在功能上确确实实地紧密联系在一起。激活其中一个热点,另外一个热点也会跟着活跃。抑制一个热点,阿片肽也无法在另一个热点起作用。两者相互依赖。

除了位于基底神经节内的享乐热点,科学家在小鼠的大脑边缘皮层眶额叶和岛叶内,发现了类似的享乐热点。尤其是小鼠眶额叶的享乐热点,很可能对应着人脑内跟愉悦紧密相关的中前部眶额叶。

总结

无论是前额叶享乐热点,还是伏隔核享乐热点,都只是增强享乐的表达。抑制这些热点并不会让享乐消失,它们并不是享乐表达所必须的。我会在下篇讲解享乐表达所必须的脑位点。

腹侧苍白球:享乐最关键的脑结构

伏隔核、眶额叶和岛叶内的享乐热点激活时虽然可以增加享乐,但并不是享乐所必须的。损毁它们,并不会抑制享乐,也不会产生享乐的反面——厌恶。

而位于腹侧苍白球后部的享乐热点却与众不同。激活它能增强享乐,让老鼠在品尝糖水时表现出更多的愉悦行为,例如,有节奏地伸出舌头,舔爪子等。而永久地损毁,或暂时地抑制它,都会让老鼠对糖水的享乐行为消失,反而表现出厌恶,例如摇头、洗脸、甩前肢和揉下巴等。

老鼠的喜欢和厌恶表情

腹侧苍白球后部的享乐热点,集loss of function和gain of function于一身,对于享乐的行为表达来说,是极其关键的脑结构。

这一热点的关键性还体现在它的不可替代性。其实,如果只是暂时地抑制伏隔核享乐热点,老鼠对糖水也会变成厌恶,效果类似于腹侧苍白球享乐热点。但如果永久性地损毁伏隔核享乐热点,便没有效果了。

这是因为,永久损毁伏隔核享乐热点后,大脑会找其他脑结构来替代它的功能。而短暂失活时,大脑没有足够的时间找它的替身,这才会导致享乐缺失,厌恶涌现。

小鼠脑片中的腹侧苍白球,绿色部分

而对于腹侧苍白球热点,无论是永久损毁还是短暂失活,都会导致享乐消失、厌恶出现。这说明,腹侧苍白球享乐热点在享乐的表达过程中的作用,是无可替代的。大脑无法找到其他脑结构替换它。

为什么损毁腹侧苍白球享乐热点会让厌恶肆意表达呢?

科学家认为,腹侧苍白球享乐热点的一个作用可能是抑制,抑制掌管厌恶等负面情绪的神经回路。当腹侧苍白球享乐热点被损毁后,再也没人抑制负面情绪的表达,因此,老鼠才会对糖水表现得厌恶、反感。

还有一点值得注意的是,对于老鼠的实验,科学家只是观察统计享乐的行为表现,并没有办法衡量老鼠内心的享乐体验。有可能,上述的享乐热点只作用于享乐的外观表现,和内在体验无关。损毁腹侧苍白球热点以后,虽然老鼠喝糖水时呈现出来的是厌恶的表情,但也有可能,老鼠的内在体验仍然是愉悦。科学家对鼠脑的人为操纵,可能导致享乐内在体验和外观表达的错位、分离。

接下来,我们再来看一看诱发享乐的神经递质。

享乐的产生,化学递质和脑位点的正确匹配是关键

脑内享乐热点想要增强享乐的表达,必须要有特定神经递质的配合。

最常见的增强享乐的化学递质是内啡肽(endorphins)。与之结构类似的是阿片类药物。

阿片类药物是广泛应用的止痛剂,同时还被用于腹泻、咳嗽、麻醉等。

人们用鸦片来镇痛已有几千年的历史,但一直到上世纪,科学家才从天然鸦片中提取并发展了阿片类药物。

常见的阿片类药物有羟考酮(oxycodone)、氢可酮(hydrocodone)、吗啡(morphine)和美沙酮(methadone)。这些阿片类药物通过作用于神经元上的阿片受体起作用,常见的三种阿片受体是mu, delta, 和 kappa受体。不同受体有着不同作用,所以,科学家在研究阿片类药物的作用时,通常会利用特异的阿片受体激活剂,单一地激活一种阿片受体,以理清每个受体的功能。

吗啡结构式

我们回到享乐的话题。当科学家注射mu, delta, 或 kappa 阿片受体的激动剂到伏隔核享乐热点后,老鼠品尝糖水时的享乐行为会增加。而在该位点注射多巴胺,并不会增加享乐行为,这也再一次证明了多巴胺不是“快乐递质”。

在享乐位点之外的区域注射阿片受体激活剂,并不会增加老鼠吃糖时的享乐表现。在伏隔核内的享乐冷点,注射阿片肽不但不会增加享乐,反而会抑制老鼠的享乐。

这些实验结果表明,对于享乐的行为表达,化学递质和大脑位点同样重要,两者缺一不可。

此外,伏隔核作为中脑多巴胺最主要的投射位点,是动机产生的最重要脑区。无论是在享乐热点还是在冷点注射阿片肽、多巴胺,无论老鼠最终的享乐表达是增加还是减少,老鼠的动机都会增加。即老鼠有更强的欲望去获得奖励,会吃掉更多的食物,即便在享乐降低时也是如此。这也再次证明了享乐和动机是两个不同的概念、不同的实体。

小鼠伏隔核、腹侧苍白球、VTA示意图

总结

虽然不同享乐的体验各不相同,但驱动它们的最底层神经机制很可能是一样的。而不同的享乐体验,以及不同个体之间的体验差异,背后也很可能都有其独特的脑区在起作用。

此外,老鼠大脑的享乐热点,只是通过享乐行为发现的。至于这些热点中,哪些参与享乐的内在体验,目前还不清楚。也许不久的将来,科学家有机会在人脑上实验。

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