恐惧记忆巩固和消退的神经机制——基于静息态的研究

摘要

恐惧(fear)是一种与进化密切相关的基本情绪，它可以激发一系列防御机制，在人类的生存和适应中具有重要作用。随着认知神经科学技术的发展以及多学科研究的融合，恐惧情绪的神经机制研究成为恐惧领域研究的热点之一。研究者运用经典条件反射范式对恐惧形成、表达和消退的神经机制进行了大量研究，结果发现了一些与恐惧情绪加工密切相关的脑区和神经环路。恐惧记忆加工可分为习得(acquisition)、巩固(consolidation)、再巩固(reconsolidation)和消退(extinction)四个明显的阶段。目前的神经机制研究重点关注了习得和消退阶段，由于技术限制对属于自动加工的记忆巩固和再巩固阶段的研究则相对很少。而先前大量的行为研究则表明，恐惧记忆巩固、再巩固阶段的时间窗口以及实验操纵（主要为“是否唤醒”）对于恐惧记忆的消退具有至关重要的影响，但其认知神经机制却不清楚。静息态功能磁共振成像(rs-fMRI)技术的发展为研究大脑的自动加工过程提供了有效的技术支持。因此，本研究试图采用静息态功能磁共振成像和经典条件反射范式相结合的方法，从可塑性角度探究恐惧记忆巩固（巩固和再巩固）、消退（长期消退、暂时消退）的神经机制。本研究主要考察两个问题:
　　 (1)恐惧记忆自动巩固阶段的神经机制;
　　 (2)恐惧记忆再巩固阶段中有、无唤醒条件下大脑的神经准备状态，以及对恐惧消退（长期消退、暂时消退）的影响。
　　 研究一中，采用静息态功能磁共振成像(rs-fMRI)和经典条件反射相结合的范式，对60名大学生被试（男性32人，女性28人;实验组40人，控制组20人）的恐惧记忆自动巩固的神经机制进行了研究。实验过程:先做基线静息态扫描(REST1)，然后进行条件反射式的恐惧习得任务，最后是习得后静息态扫描(REST2)。结果表明:
　　 (1)在恐惧习得阶段，激活了杏仁核(amygdala)、背侧前扣带回(dACC)、脑岛(insula)和内侧前额叶(mPFC)、颞叶(temporallobe)等经典脑区;
　　 (2)恐惧记忆自动巩固主要涉及了杏仁核(amygdala)、背侧前扣带回(dACC)和内侧前额叶(mPFC)等脑区;
　　 (3)功能连接分析表明，在记忆巩固阶段，杏仁核(amygdala)与背侧前扣带回(dACC)、海马(Hip)与脑岛(insula)间的功能连接显著增强，而杏仁核与内侧前额叶(mPFC)间的功能连接则显著减弱;
　　 (4)脑与行为关系的分析表明，杏仁核（amygdala）与内侧前额叶(mPFC)功能连接的变化程度能够预测个体习得后的主观恐惧等级，而个体的特质焦虑分数则可以预测脑岛(insula)与腹内侧前额叶(vmPFC)功能连接的变化程度。因此，杏仁核（amygdala）、背侧前扣带回(dACC)、内侧前额叶(mPFC)在恐惧记忆自动巩固中起着关键性的作用，而脑区间功能连接的变化表明了恐惧神经网络的可塑性，同时也能反映恐惧记忆巩固的效应。
　　 研究二中，同样采用静息态功能磁共振成像（rs-fMRI）和经典条件反射相结合的范式，将研究一中的实验组（第一天的习得组）分为恐惧唤醒组（20人）和非唤醒组（20人），考察了恐惧记忆再巩固阶段中有、无唤醒条件下大脑的神经准备状态，以及对恐惧消退的影响。结果表明:
　　 (1)在恐惧记忆再巩固过程中，与非唤醒组相比，唤醒组的背侧前扣带回(dACC)和腹内侧前额叶(vmPFC)等脑区的活动更加活跃;
　　 (2)功能连接分析发现，相比非唤醒组，唤醒组的杏仁核(amygdala)与腹内侧前额叶(vmPFC)间的功能连接明显增强;
　　 (3)在第二天恐惧记忆消退阶段，两组被试在大脑相关脑区的活动模式上没有显著性差异;
　　 (4)在第三天恐惧记忆再消退阶段中，非唤醒组的杏仁核还有明显的激活，而唤醒组的杏仁核则无明显激活。因此，在恐惧记忆再巩固窗口内，唤醒后进行消退训练才能产生有效的长期消退，非唤醒的消退训练只能导致暂时消退;而腹内侧前额叶(vmPFC)活跃的大脑准备状态对消退训练具有重要影响，它调节这杏仁核(amygdala)、背侧前扣带回(dACC)等相关脑区的活动。
　　 综合研究一、二的结果发现:
　　 (1)杏仁核（amygdala）、背侧前扣带回(dACC)、内侧前额叶(mPFC)在恐惧记忆自动巩固中起着关键性的作用;
　　 (2)脑区间功能连接的变化表明了恐惧神经网络的可塑性，也能反映恐惧记忆巩固的效应;
　　 (3)腹内侧前额叶(vmPFC)活跃的大脑准备状态对消退训练具有重要影响，它调节这杏仁核(amygdala)、背侧前扣带回(dACC)等相关脑区的活动;
　　 (4)在恐惧记忆再巩固窗口内，唤醒后的消退训练才能产生有效的长期消退，非唤醒的消退训练只能导致暂时消退。
　　 本研究从可塑性角度探究了恐惧记忆巩固、再巩固和消退的神经机制，对于建构和完善恐惧记忆加工的神经网络模型具有重要的科学价值，也能够为临床上治疗和预防病理性恐惧提供理论依据和干预指导。

目录

声明

摘要

英文缩写词表

1 文献综述

1．1 恐惧的研究现状

1．2 恐惧的两种加工方式(阈下加工和阈上加工)

1．3 恐惧习得与消退的研究范式

1．4 恐惧加工的神经环路

1．5 恐惧习得表达、消退和调节的神经机制

2 问题提出与研究方案

2．1 问题提出

2．2 研究框架

2．3 研究意义及创新之处

3 研究一 恐惧记忆自动巩固的神经机制研究

3．1 实验目的

3．2 实验方法

3．4 实验结果

3．5 讨论与结论

4 研究二 恐惧记忆再巩固和消退的神经机制研究

4．1 实验目的

4．3 实验方法

4．4 实验结果

4．5 讨论与结论

5 研究总结与结论

5．1 研究总结

5．2 研究讨论

5．3 研究结论

6 研究不足与展望

6．1 研究不足

6．2 研究展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的成果

参与课题