光遗传学新应用！刺激心脏能加速心跳，竟让小鼠得了“焦虑症”
转自：药时代
药时代路演，点击预约！
导读
坐过过山车的人都有这样的体验。从高空俯冲下来时的恐惧会让许多人心跳加速，忍不住尖叫出声。那么，如果人为地使我们的心跳加快，会让我们感到类似焦虑、恐惧的情绪吗？
3月2日，一项发表在《自然》上的研究阐述了心率升高与小鼠的焦虑行为相关，这或许能帮助我们了解人类是如何形成焦虑、恐惧情绪的。这项研究的通讯作者就是张锋的导师斯坦福大学教授卡尔·德赛罗斯主导完成的。
那么，我们有没有办法从调节心率方面解决一下焦虑的情绪？
李晓韦|撰文
一个人的情绪稳定，心率正常有多重要？研究表明有许多的精神类疾病，比如焦虑症、恐慌、广场恐惧症等，都与大脑中“情绪中心”的失调有关。
心率的变化与情绪有什么关系？
01
用光调节心跳频率
在我们身体中，大部分器官的生理信号都会让人体产生一定的情绪或感受，这种情绪状态对我们身体的各项功能至关重要。
情绪不对可能会引发一系列疾病，甚至造成某些器官不能维持正常的运转。比如说恐慌症和广场恐惧症的患者，他们更容易出现心跳过速、心悸的症状，甚至患心脏疾病。
此前，相关研究已经表明了心脏变化和情绪调节之间存在密切联系。然而，要确定心率加快等主要生理信号是否会对行为状态产生因果影响，是一项很难推行的研究，一方面相关的实验很难做，另一方面这种假说在科学界也有一定的争议。
还有一个难点是——要探寻心率对情绪的影响，研究人员缺乏一个适当的工具，既能精确控制心率又不会引发副作用或引入其他的干扰因素。
3月2日，斯坦福大学科学家卡尔·德赛罗斯（KarlDeisseroth）团队受到光遗传学的启发，开发了一种非侵入性的光学起搏器，它能利用光信号靶向控制心肌细胞，将小鼠的心率提高到每分钟900次（小鼠的基准心率为每分钟660次）。
利用这种光学起搏器，德赛罗斯等人研究了心率的升高与焦虑等情绪的关系，并将成果发表在了《自然》上。
接下来，我们来根据这篇论文，看看光学诱导的心率升高会对小鼠产生怎样的影响。
02
小鼠：我焦虑得不行
在介绍小鼠实验之前，我们先来补充一下光学诱导是怎么回事。
传统意义上的起搏器是一种电子治疗仪器，通过电脉冲来刺激心肌，使心脏舒张和收缩，进而治疗由于心律失常导致的疾病。
但电刺激有一定的局限性，一来电流的能量比较大，可能会导致刺激的部位受伤；二来电刺激不够精准，可能会误伤其他不需要被刺激的部位。
于是科学家就想到了利用光来代替电——在我们体内，有对光非常敏感的神经元细胞，所以研究人员可以利用光刺激这些细胞，促进心脏的舒张和收缩来控制心率。这也就是光学起搏器的原理。
在这项研究中，研究人员通过光学起搏器对小鼠进行了刺激，随后他们发现，光学诱导的心率升高，增强了小鼠的焦虑行为和对环境的恐惧，但这种现象仅出现在有潜在风险的环境中。
为了研究这种效应的潜在机制，研究人员进一步扫描了小鼠大脑的活动变化。他们发现，小鼠的后岛叶皮层（posteriorinsularcortex），也就是大脑中负责接收和处理身体信号的一个区域，或许参与了心率升高诱发的焦虑样和恐惧行为。
有趣的是，他们还发现，对小鼠注射胰岛素后，小鼠的后岛叶皮层脑区活动被抑制，能有效减少由光诱导的心率升高引发的焦虑行为。
简单地说，他们不仅在小鼠身上找到了心率升高能引发焦虑的证据，还找到了抑制这种焦虑的办法，这或许可以为焦虑症的研究提供新的思路。
03
从光学起搏器窥见未来
这项研究表明，在完全完整、行为自由的哺乳动物中，对某个器官进行细胞类型特异性、时间精确、无创的生理干扰是可行的。
研究焦虑的神经学家安娜·贝耶勒（AnnaBeyeler）表示，“这可以证实，至少在小鼠中，心率升高会导致焦虑，并且可能会产生其他情绪行为”。
虽然这项成果暂时只能应用于研究动物几分钟内的行为，但德赛罗斯等人认为，光学起搏器一类的微型无线设备在未来可能会帮助到许多相关的研究。
科学家还需要进行进一步的研究，来确定心率升高对大脑和情感行为的长期影响，并探索这些发现的转化与应用。
参考原文
Cardiogeniccontrolofaffectivebehaviouralstate. https://doi.org/10.1038/s41586-023-05748-8
封面图来源：pixabay
