追问｜怕高的人胆子小？科学家揭示先天恐高神经机制
追问｜怕高的人胆子小？科学家揭示先天恐高神经机制
你是否曾在高处感到两股战战、心跳加速？这种恐高反应其实是一种普遍存在的生理现象。近日，华东师范大学生命科学学院袁小兵/潘逸萱团队在《自然·通讯》杂志上发表了一项重要研究，揭示了先天恐高的神经机制。研究发现，小鼠大脑中的非成像视觉系统诱发了恐高反应，这一发现为理解人类恐高症的神经机制提供了新的视角。
很多人都体验过在高处两股战战、心跳加速的感觉，更有甚者会浑身瘫软、走不动路，并被旁人耻笑为“胆小鬼”。实际上，科学家们发现对高度的恐惧广泛存在于生物界。近日，一项研究揭示了先天恐高的几种关键神经机制。
这项研究于2024年5月3日发表在《自然·通讯》（Nature Communication）杂志上，题目是《介导雄性小鼠先天恐高的非图像视觉神经回路》（“A non-image-forming visual circuit mediates the innate fear of heights in male mice”），作者是来自华东师范大学生命科学学院的袁小兵/潘逸萱团队。该研究对先天恐高反应开展研究，发现小鼠大脑中的非成像视觉系统诱发了恐高反应。
在该研究中，研究者们基于人类的恐高反应和行为特征设计了一系列高台实验，观察小鼠的恐高反应。他们发现，在数十厘米高的高台上，小鼠就会展现出与人类类似的畏缩、颤抖等恐高反应。随后，研究者们通过实验设计、化学与基因干预以及生理检测等手段，探究恐高反应的神经机制。
研究者们设计了多种高台实验，建立了小鼠的恐高行为学模型。受访者供图
研究发现，视觉输入是小鼠对高度反应的关键因素，处在黑暗中的小鼠对高度的恐惧明显降低。然而通过进一步的分析，研究人员发现小鼠的恐高是一种更接近“本能”的反应，它并不依赖于初级视觉皮层的图像形成视觉处理，而是依赖更加无意识的非图像形成视觉回路。
研究确定了从大脑腹侧外侧膝状体（vLGN）到外侧/腹外侧脑导水管周围灰质（l/vlPAG）的神经元子集回路，并发现一条连接上丘脑（SC）到外侧后丘脑核（LPMR）的亚皮层视觉通路，它们在恐惧情绪的发生和调控方面发挥着重要作用。
右上角是研究人员们发现的两条神经通路示意图，其中黄色通路介导恐高反应，绿色通路抑制恐高反应。受访者供图
恐高是一种先天保护机制
目前，西方流行病学上主要将恐高划分为三类，第一类最常见的，称为生理视觉高度失衡，会发生在每个人身上，主要的症状是在高处时会出现心跳加速、膝盖无力、发抖、出汗、眩晕和步态不稳等生理反应，这些症状是个体对于高度刺激的正常反应，无需担心。
第二类恐高被称为视觉高度不耐受，在人群中约占1/3，易感人群暴露在高处时会表现出明显的紧张和焦虑，部分人群或许需要接受一定的干预治疗。
第三类即为恐高症，在人群中约占5%，特点是即使暴露在很低的高处甚至只是联想到身处高处时，都会出现对高度的非理性恐惧，这类人群的日常生活被恐高症严重影响，需要及时就医进行治疗。
之所以说恐高反应是一种保护机制，是因为动物都具有趋利避害的天性，而从高处坠落的风险是未知和不可控的，本能性的恐高反应的存在，使个体身处高处时，自然产生紧张、警惕和运动受限（走不动路），避免过度随意地运动造成不慎坠落，对个体造成巨大的伤害甚至死亡，因而本能性恐高很可能是一种自然赋予人和动物的保护性机制。但是正如我之前提到的，对于高度的过度的、非理性的恐惧和反应则会不利于个体的正常生活，这是我们希望未来通过研究解决的重点问题之一。
对于高度先天的恐惧存在于每个个体中，只是程度不同，与“胆量”没有直接联系。恐高症患者人群中也可能存在一般场合下胆子很大的人。但不可否认的是，胆量以及后天的经验或许可以帮助我们克服对于高度的恐惧，在高处时表现得更加积极和镇静。但从我们目前在小鼠上的研究来看，介导先天恐高情绪产生的主要是皮层下的一条快速反应神经通路，高度刺激不需要更高等的认知中枢进行分析判断就已经发动了，并不需要意识的参与。所以“胆大”的人同样也会不由自主地恐高。
在日常生活中，多个感觉系统接受外界信息输入，主要包括视觉、前庭和躯体感觉系统，感受身体所处状态，协同维持身体平衡。在多年前心理物理学家提出一个假说，认为个体在高处向下方观看时，由于下方静止物体距离眼球距离很远，身体轻微晃动使视觉系统不易觉察到，而只有增加身体摆动的幅度，这种身体偏离平衡的状况才能够被视觉系统觉察到，而身体摆动幅度增大使前庭及本体感觉产生了强烈的身体失衡信号，这种视觉系统提供的平衡信息与前庭和躯体感觉系统信号发生冲突，个体此时更容易出现坠落的感觉以及晕眩感，对于坠落的害怕会诱发个体的恐惧情绪。
根据这一假说，恐高反应等同于“恐远”，但这一假说很难解释为何当人在观察远处的物体时，不会感到类似的恐惧。总之，恐高究竟是怎样一种感觉，究竟如何形成，涉及什么样的感知觉机制，此前并没有清晰的理论来解释。
小鼠也怕高
研究者主要是基于人类恐高时的表现来对小鼠进行观察和实验的。考虑到人在恐高时会出现心跳加速，运动受限，降低重心以降低恐惧，出现发抖的表现，同时回避高处等反应，研究者将小鼠放置在高台上，对它们的表现进行细致的观察，统计与人类反应对应的指标，发现相比放置四周有挡板的高台，在开放高台上小鼠的表现与人类相似，心跳加速，运动量降低、很少出现后肢站立（降低重心），减少自我梳理，并出现人在恐惧害怕时出现的发抖的表现。同时，研究者对小鼠在不同高度的开放高台上的表现进行了分析，发现小鼠恐高的程度会在高台高度提升到20 cm后达到饱和，这也与生理视觉高度失衡的人群在高度提升到15-20 m时对高度的反应会达到饱和是类似的。
研究使用雄性小鼠来建立恐高模型，主要是因为对于行为学实验而言，小鼠之间的个体差异是相对较大的，雌性小鼠体内激素水平的变化可能会对实验结果产生一定的影响，为了实验结果尽量稳定会更倾向于选择雄鼠进行实验。
根据以往流行病学的研究，在第二类视觉高度不耐受的群体中，女性占比略高，研究目前也初步比较了雌鼠和雄鼠的基本恐高反应，发现雌鼠的恐高程度与雄鼠没有显著差异，这可能是由于目前研究的是本能型(生理视觉高度失衡)这一种广泛存在的恐高反应，而非超出普通个体恐高水平的“视觉高度不耐受”这一水平的反应。目前研究正在积极尝试制造模拟“视觉高度不耐受”及“恐高症”的小鼠模型，以便研究这些异常的恐高是如何产生的。
非成像视觉机制：恐高的关键
研究首先发现视觉系统在恐高反应中发挥主导作用。在以往研究中，研究者使用VR这类虚拟视觉刺激就能在受试者上非常有效地诱导出恐高反应，而此时前庭以及躯体感觉输入并未主动参与对环境和高度的感知，因而研究者猜想视觉在恐高反应发生中发挥主导作用。为了探究视觉是否会在恐高中发挥关键作用，需要通过改变环境等手段来影响小鼠的视觉，然后对其恐高水平进行评估。
因此，研究者首先进行有光和黑暗环境下不同高度的高台测试，发现在有光条件下，随着高度的增加，小鼠恐高程度不断增加直到高度提升到20 cm时达到饱和；而在黑暗环境中，随着高度的增加，小鼠在开放高台上的表现没有明显的变化，这是一个表明视觉在恐高反应中发挥重要作用的有力证据。
研究者也对黑暗和有光条件下，小鼠在30 cm开放高台上前两分钟的表现进行分析，发现在黑暗环境中小鼠的恐惧水平是显著降低的，表现在会更多地对高台的边缘进行探索，发抖的时间显著下降等，从另一方面印证视觉系统在恐高反应中发挥重要作用。此外，研究者也对外周前庭系统和由胡须介导的触觉进行研究，发现破坏双侧外周前庭的输入功能后，小鼠恐高程度有所增强，进行胡须剥夺后，小鼠恐高程度无明显改变，提示视觉系统在恐高反应中发挥主导作用。
近来的研究表明，视觉系统可以进一步划分为成像视觉系统和非成像视觉系统，其中，成像视觉系统的主要功能是传导和处理外界景物的详细信息，如形状、颜色、运动等，并进一步与其它同时接受的感知觉信息进行捆绑，形成能够“看到”的物体。而非成像视觉则是参与调控个体情绪、运动、生理反射以及昼夜节律等与“看清楚”景物无关的功能，个体对这些视觉信号的刺激不会诱发“看见什么”的认识，但会做出恰当的反应。
外膝体LGN是直接接受视网膜投射的重要脑区，解剖上主要可以划分为背侧和腹侧两个亚区，其中背侧外膝体到视皮层V1的神经环路是经典的与意识相关的成像视觉通路，而腹侧外膝体vLGN则与无意识的非成像视觉密切相关，研究发现，切除或抑制视皮层后并不阻断小鼠的恐高反应，而化学遗传抑制vLGN以及vLGN-中脑导水管周围灰质（PAG，一个与焦虑、恐惧情绪非常相关的脑区）的环路之后，小鼠恐高程度显著降低，提示非成像视觉相关的神经环路介导恐高情绪的产生。
从研究结果来看，恐高反应与其他先天恐惧，例如与捕食者相关的Looming视觉刺激，其神经机制存在明显的差别，有研究发现Looming及从天而降的如老鹰等捕食者的视觉刺激中，上丘SC以及其投射到下游丘脑后外侧核LPTN的神经环路发挥重要正向调控作用。但研究者意外发现，抑制SC、LPTN以及SC-LPTN的环路后，小鼠的恐高程度均表现出显著的增加，提示上述核团和神经环路扮演负向调控恐高反应的作用。而之所以存在神经机制差异，或许可以归因为Looming视觉刺激来自上方的视觉，而对于恐高而言，下方视觉刺激发挥重要的作用。研究者也不否认，不同类型的恐惧神经机制也可能存在相近之处，这还有待更深入的研究。
恐高或可通过适应改善
研究发现在抑制vLGN-PAG回路后，小鼠变得不畏高度，勇敢行动，这是否意味着可以就此开发出“恐高药”？
研究发现通过化学遗传学方法抑制vLGN-PAG的神经环路后，小鼠恐高程度显著降低。但在人类身上，很难采取这种“侵入性”的干预方式。但随着对这一重要环路的工作原理及调节机制的进一步研究和理解，研究者希望能够找到安全有效的非侵入性的恐高干预手段。
对于想改善自己恐高反应的人，研究者建议在适当的时候克服恐惧情绪、变得更勇敢是多数人的期盼。目前对于恐高症主要的治疗是采取暴露疗法，包括脱敏、虚拟现实技术等，研究初步调研也发现工作中是否经常暴露在高处会影响个体的恐高程度，或许避免受到相关“危险”高度的刺激，而是暴露在较为安全、自身可以接受的高度，逐渐适应，有助于改善自身的恐高反应，也希望后续的研究可以更深入地厘清恐高的神经机制，助力制定预防和干预恐高的措施。
本文原文来自澎湃新闻