綜述解讀：改善情緒狀態(tài)的新型神經(jīng)調(diào)控技術(shù)之經(jīng)皮耳迷走神經(jīng)刺激
綜述 | 經(jīng)皮耳迷走神經(jīng)刺激：改善情緒狀態(tài)的新型神經(jīng)調(diào)控技術(shù)
引言
情緒，是指個體對外界刺激的一種生理和心理的反應(yīng)，由主觀體驗、外部表現(xiàn)和生理喚醒三種成分組成。情緒體驗是我們生活必不可少的一部分。個體情緒場的不適應(yīng)功能可能導(dǎo)致各種情緒障礙，如焦慮和抑郁。這些病癥發(fā)生在特定神經(jīng)回路中，并涉及到人類情感體驗的復(fù)雜程度，但有可能根據(jù)科學(xué)知識和當(dāng)前的技術(shù)資源，識別如何改善情緒狀態(tài)。來自西班牙巴斯克大學(xué)基礎(chǔ)心理過程與發(fā)展部的Ainara Aranberri Ruiz在《BIOMEDICINES》上發(fā)表了名為“Transcutaneous Auricular Vagus Nerve Stimulation to Improve Emotional State”的文章，綜述了情緒的三大神經(jīng)科學(xué)理論，并給改善情緒提供了神經(jīng)刺激的新思路。
論文摘要
目前，情緒障礙的發(fā)生率越來越高，導(dǎo)致巨大的人類痛苦和高社會經(jīng)濟(jì)成本。主要的情緒神經(jīng)科學(xué)理論基于生物學(xué)功能，并都考慮到了第十對顱神經(jīng)迷走神經(jīng)（the vagus nerve）的解剖和功能。耳部迷走神經(jīng)刺激（auricular vagus nerve stimulation）是一種基于迷走神經(jīng)功能的新型神經(jīng)調(diào)控技術(shù)。一些干預(yù)措施已經(jīng)表明，這種新的神經(jīng)刺激技術(shù)是治療情緒障礙非常有希望的資源。研究者總結(jié)了三種情緒的神經(jīng)科學(xué)理論，解釋了經(jīng)皮耳神經(jīng)刺激是什么，并提出了使用和持續(xù)研究的理由。
三大情緒神經(jīng)科學(xué)理論核心觀點
LeDoux理論（The LeDoux Proposal）
勒杜（LeDoux）2021年提出的情緒理論，為理解情緒的神經(jīng)生物學(xué)基礎(chǔ)提供了清晰框架。該理論認(rèn)為，情緒是個體在具有生物學(xué)或心理學(xué)意義的情境中產(chǎn)生的有意識體驗，且所有情緒狀態(tài)都屬于自傳體意識范疇——需結(jié)合情景記憶，讓個體明確感知“自身正經(jīng)歷某種情緒”。在情緒產(chǎn)生過程中，機(jī)體先通過無意識層面的感官、記憶與風(fēng)險檢測機(jī)制，對內(nèi)外刺激進(jìn)行加工并產(chǎn)生自動化生理和行為反應(yīng)；隨后在前意識層面整合這些信息，形成情境、自我與情緒圖式并構(gòu)建心理模型；最終在意識層面通過對心理模型的自我敘事，生成恐懼、喜悅等具體類別情緒或模糊的身心狀態(tài)。其中，丘腦、感覺皮層與杏仁核復(fù)合體構(gòu)成的神經(jīng)回路是威脅檢測的核心，而前額葉皮層與杏仁核的功能交互則直接影響情緒體驗的適應(yīng)性，這一機(jī)制也為情緒障礙的干預(yù)提供了重要理論依據(jù)。
情緒建構(gòu)理論（Theory of Constructed Emotion）
情緒建構(gòu)理論以大腦功能的貝葉斯模型為核心，提出情緒并非由特定神經(jīng)回路直接觸發(fā)，而是大腦通過“預(yù)測編碼”主動建構(gòu)的體驗。大腦會整合感官輸入與既往心理模型進(jìn)行預(yù)測，通過內(nèi)穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)持續(xù)減少預(yù)測誤差（熵），這一過程既涉及個體對自身生理狀態(tài)的內(nèi)感受加工（產(chǎn)生效價與喚醒度的情感維度），也包含社會化過程中習(xí)得的情緒分類整合。內(nèi)感受信號攜帶體內(nèi)環(huán)境的預(yù)測誤差經(jīng)迷走神經(jīng)傳入通路傳遞至大腦，是情緒建構(gòu)的核心基礎(chǔ)，而外部環(huán)境中，個體通過預(yù)測加工自動且持續(xù)地構(gòu)建情緒類別，感官輸入與情緒分類模型共同協(xié)調(diào)動作與意識體驗——預(yù)測準(zhǔn)確對應(yīng)積極情緒，預(yù)測誤差則引發(fā)消極情緒，最終形成兼具維度屬性與分類特征的完整情緒體驗，且這一過程涉及多個腦區(qū)網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同作用，而非特定情緒對應(yīng)專屬神經(jīng)回路。
多迷走神經(jīng)理論（Polyvagal Theory）
多迷走神經(jīng)理論核心觀點是，情緒反應(yīng)源于自主神經(jīng)系統(tǒng)(Autonomic Nervous System， ANS)基于安全、風(fēng)險或極端風(fēng)險的無意識自動感知，該系統(tǒng)圍繞迷走神經(jīng)（分為腹側(cè)有髓鞘、背側(cè)無髓鞘分支）與交感 - 腎上腺軸形成三大層級回路，分別對應(yīng)安全感知時的親社會情緒（腹側(cè)迷走復(fù)合體激活）、風(fēng)險感知時的應(yīng)激情緒（交感 - 腎上腺系統(tǒng)激活）、極端風(fēng)險感知時的情緒休克（背側(cè)迷走復(fù)合體激活），情緒體驗基于這些自主神經(jīng)系統(tǒng)的自動反應(yīng)形成；該理論與勒杜理論、情緒建構(gòu)理論均強(qiáng)調(diào)迷走神經(jīng)的關(guān)鍵作用，其作為連接外周器官與大腦的核心通路，通過調(diào)控雙向中樞 - 外周信號傳遞，影響情緒調(diào)節(jié)與心理健康，也為通過神經(jīng)刺激技術(shù)改善情緒狀態(tài)提供了理論基礎(chǔ)。
taVNS技術(shù)基礎(chǔ)與原理
taVNS 是一種非侵入性腦刺激技術(shù)，通過在耳朵特定區(qū)域的皮膚表面施加電脈沖，刺激迷走神經(jīng)的耳支（阿諾德神經(jīng) / 奧爾德曼神經(jīng)）。外耳是迷走神經(jīng)唯一發(fā)出外周分支（耳迷走神經(jīng)，aVN）的部位，耳迷走神經(jīng)（見圖4）主要為傳入纖維（約占 80%），連接外耳與迷走神經(jīng)主干，由有髓鞘 A、B 纖維和無髓鞘 C 纖維構(gòu)成。施加 taVNS 時，阿諾德神經(jīng)中粗有髓鞘的 Aβ 纖維被激活，傳入信號從外周神經(jīng)傳導(dǎo)至腦干及多個膈下區(qū)域。
taVNS 改善情緒狀態(tài)的作用機(jī)制
（一）調(diào)控情緒相關(guān)神經(jīng)回路
taVNS 的電信號經(jīng)耳迷走神經(jīng)傳入孤束核（NTS）、臂旁核（PBN），進(jìn)而投射至藍(lán)斑（LC）、杏仁核、前扣帶回皮質(zhì)（ACC）、內(nèi)側(cè)前額葉皮質(zhì)（mPFC）等情緒調(diào)節(jié)核心腦區(qū)，這些區(qū)域是情緒解讀與調(diào)節(jié)策略執(zhí)行的關(guān)鍵節(jié)點。其中，藍(lán)斑是最大的去甲腎上腺素能核團(tuán)，taVNS 可直接調(diào)制藍(lán)斑 - 去甲腎上腺素網(wǎng)絡(luò)（LC-NE）的腦干活動，影響去甲腎上腺素釋放，同時調(diào)控室旁核（PVN）、視上核（SON）的催產(chǎn)素分泌，二者均與情緒穩(wěn)定性和積極情感體驗密切相關(guān)。
（二）優(yōu)化腦 - 腸軸通訊
taVNS 通過刺激迷走神經(jīng)影響胃腸道活動，調(diào)節(jié)腸道菌群平衡。腸道菌群作為腦 - 腸軸的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，可調(diào)節(jié)血清素、γ- 氨基丁酸（GABA）等神經(jīng)遞質(zhì)前體的產(chǎn)生，分泌參與神經(jīng)肽釋放的蛋白質(zhì)和代謝物。迷走神經(jīng)在腦 - 微生物群雙向通訊中發(fā)揮核心作用，能減少腸桿菌科等促炎物種豐度，降低外周炎癥向大腦的傳遞，從而緩解焦慮、抑郁相關(guān)癥狀。
（三）契合三大情緒理論的底層機(jī)制
taVNS 與三大情緒理論的核心機(jī)制相契合：呼應(yīng)勒杜理論，抑制杏仁核等風(fēng)險檢測腦區(qū)的過度激活，減少交感 - 腎上腺軸激活，促進(jìn)適應(yīng)性情緒敘事；適配情緒建構(gòu)理論，調(diào)節(jié)內(nèi)感受信號傳遞，減少預(yù)測誤差，優(yōu)化情緒分類加工；遵循多迷走神經(jīng)理論，激活腹側(cè)迷走復(fù)合體，啟動 “迷走剎車”，抑制應(yīng)激反應(yīng)，催生積極情緒。
結(jié)論與展望
雖然尚未確定經(jīng)皮耳迷走神經(jīng)刺激的理想?yún)?shù)，但它是一項有希望用于改善情緒狀態(tài)的技術(shù)。未來，可以為特定的情緒功能障礙開發(fā)不同的經(jīng)皮耳迷走神經(jīng)刺激干預(yù)措施，如短暫的焦慮狀態(tài)、創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙、焦慮障礙等。通過經(jīng)皮耳迷走神經(jīng)刺激，我們可以影響并改善內(nèi)在感知狀態(tài)，對于適當(dāng)管理情緒處理至關(guān)重要。
考慮到經(jīng)皮耳迷走神經(jīng)刺激是一項新興技術(shù)，有必要進(jìn)一步研究不同刺激參數(shù)的有效性、治療和會話的持續(xù)時間，還必須調(diào)查可能的風(fēng)險。此外，鑒于迷走神經(jīng)支持腦-微生物軸，未來的干預(yù)措施應(yīng)該分析上述的去甲腎上腺素和腎上腺素指標(biāo)，以及人類腸道微生物群的標(biāo)志物，以獲得有關(guān)經(jīng)皮耳迷走神經(jīng)刺激效果的更多證據(jù)。最后，鑒于應(yīng)用頸迷走神經(jīng)刺激和經(jīng)皮耳迷走神經(jīng)刺激獲得的類似結(jié)果，研究頸迷走神經(jīng)刺激以了解不同刺激方法的效果和后果也會非常有趣。
原文信息鏈接
Aranberri Ruiz, A. Transcutaneous Auricular Vagus Nerve Stimulation to Improve Emotional State. Biomedicines 2024, 12, 407.
https://doi.org/10.3390/biomedicines12020407
研究團(tuán)隊介紹
本文作者為西班牙巴斯克大學(xué)基礎(chǔ)心理過程與發(fā)展部Ainara Aranberri Ruiz。
關(guān)于維拓啟創(chuàng)
維拓啟創(chuàng)（北京）信息技術(shù)有限公司成立于2006年，是一家專注于腦科學(xué)、康復(fù)工程、人因工程、心理學(xué)、體育科學(xué)等領(lǐng)域的科研解決方案供應(yīng)商。公司與國內(nèi)外多所大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)、企業(yè)長期保持合作關(guān)系，致力于將優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品、先進(jìn)的技術(shù)和服務(wù)帶給各個領(lǐng)域的科研工作者，為用戶提供有競爭力的方案和服務(wù)，協(xié)助用戶的科研工作，持續(xù)提升使用體驗。
相關(guān)產(chǎn)品
引言
情緒，是指個體對外界刺激的一種生理和心理的反應(yīng)，由主觀體驗、外部表現(xiàn)和生理喚醒三種成分組成。情緒體驗是我們生活必不可少的一部分。個體情緒場的不適應(yīng)功能可能導(dǎo)致各種情緒障礙，如焦慮和抑郁。這些病癥發(fā)生在特定神經(jīng)回路中，并涉及到人類情感體驗的復(fù)雜程度，但有可能根據(jù)科學(xué)知識和當(dāng)前的技術(shù)資源，識別如何改善情緒狀態(tài)。來自西班牙巴斯克大學(xué)基礎(chǔ)心理過程與發(fā)展部的Ainara Aranberri Ruiz在《BIOMEDICINES》上發(fā)表了名為“Transcutaneous Auricular Vagus Nerve Stimulation to Improve Emotional State”的文章，綜述了情緒的三大神經(jīng)科學(xué)理論，并給改善情緒提供了神經(jīng)刺激的新思路。
圖1. 文章信息
論文摘要
目前，情緒障礙的發(fā)生率越來越高，導(dǎo)致巨大的人類痛苦和高社會經(jīng)濟(jì)成本。主要的情緒神經(jīng)科學(xué)理論基于生物學(xué)功能，并都考慮到了第十對顱神經(jīng)迷走神經(jīng)（the vagus nerve）的解剖和功能。耳部迷走神經(jīng)刺激（auricular vagus nerve stimulation）是一種基于迷走神經(jīng)功能的新型神經(jīng)調(diào)控技術(shù)。一些干預(yù)措施已經(jīng)表明，這種新的神經(jīng)刺激技術(shù)是治療情緒障礙非常有希望的資源。研究者總結(jié)了三種情緒的神經(jīng)科學(xué)理論，解釋了經(jīng)皮耳神經(jīng)刺激是什么，并提出了使用和持續(xù)研究的理由。
三大情緒神經(jīng)科學(xué)理論核心觀點
LeDoux理論（The LeDoux Proposal）
勒杜（LeDoux）2021年提出的情緒理論，為理解情緒的神經(jīng)生物學(xué)基礎(chǔ)提供了清晰框架。該理論認(rèn)為，情緒是個體在具有生物學(xué)或心理學(xué)意義的情境中產(chǎn)生的有意識體驗，且所有情緒狀態(tài)都屬于自傳體意識范疇——需結(jié)合情景記憶，讓個體明確感知“自身正經(jīng)歷某種情緒”。在情緒產(chǎn)生過程中，機(jī)體先通過無意識層面的感官、記憶與風(fēng)險檢測機(jī)制，對內(nèi)外刺激進(jìn)行加工并產(chǎn)生自動化生理和行為反應(yīng)；隨后在前意識層面整合這些信息，形成情境、自我與情緒圖式并構(gòu)建心理模型；最終在意識層面通過對心理模型的自我敘事，生成恐懼、喜悅等具體類別情緒或模糊的身心狀態(tài)。其中，丘腦、感覺皮層與杏仁核復(fù)合體構(gòu)成的神經(jīng)回路是威脅檢測的核心，而前額葉皮層與杏仁核的功能交互則直接影響情緒體驗的適應(yīng)性，這一機(jī)制也為情緒障礙的干預(yù)提供了重要理論依據(jù)。
圖2. 情緒體驗的生成
情緒建構(gòu)理論（Theory of Constructed Emotion）
情緒建構(gòu)理論以大腦功能的貝葉斯模型為核心，提出情緒并非由特定神經(jīng)回路直接觸發(fā)，而是大腦通過“預(yù)測編碼”主動建構(gòu)的體驗。大腦會整合感官輸入與既往心理模型進(jìn)行預(yù)測，通過內(nèi)穩(wěn)態(tài)調(diào)節(jié)持續(xù)減少預(yù)測誤差（熵），這一過程既涉及個體對自身生理狀態(tài)的內(nèi)感受加工（產(chǎn)生效價與喚醒度的情感維度），也包含社會化過程中習(xí)得的情緒分類整合。內(nèi)感受信號攜帶體內(nèi)環(huán)境的預(yù)測誤差經(jīng)迷走神經(jīng)傳入通路傳遞至大腦，是情緒建構(gòu)的核心基礎(chǔ)，而外部環(huán)境中，個體通過預(yù)測加工自動且持續(xù)地構(gòu)建情緒類別，感官輸入與情緒分類模型共同協(xié)調(diào)動作與意識體驗——預(yù)測準(zhǔn)確對應(yīng)積極情緒，預(yù)測誤差則引發(fā)消極情緒，最終形成兼具維度屬性與分類特征的完整情緒體驗，且這一過程涉及多個腦區(qū)網(wǎng)絡(luò)的協(xié)同作用，而非特定情緒對應(yīng)專屬神經(jīng)回路。
多迷走神經(jīng)理論（Polyvagal Theory）
多迷走神經(jīng)理論核心觀點是，情緒反應(yīng)源于自主神經(jīng)系統(tǒng)(Autonomic Nervous System， ANS)基于安全、風(fēng)險或極端風(fēng)險的無意識自動感知，該系統(tǒng)圍繞迷走神經(jīng)（分為腹側(cè)有髓鞘、背側(cè)無髓鞘分支）與交感 - 腎上腺軸形成三大層級回路，分別對應(yīng)安全感知時的親社會情緒（腹側(cè)迷走復(fù)合體激活）、風(fēng)險感知時的應(yīng)激情緒（交感 - 腎上腺系統(tǒng)激活）、極端風(fēng)險感知時的情緒休克（背側(cè)迷走復(fù)合體激活），情緒體驗基于這些自主神經(jīng)系統(tǒng)的自動反應(yīng)形成；該理論與勒杜理論、情緒建構(gòu)理論均強(qiáng)調(diào)迷走神經(jīng)的關(guān)鍵作用，其作為連接外周器官與大腦的核心通路，通過調(diào)控雙向中樞 - 外周信號傳遞，影響情緒調(diào)節(jié)與心理健康，也為通過神經(jīng)刺激技術(shù)改善情緒狀態(tài)提供了理論基礎(chǔ)。
taVNS技術(shù)基礎(chǔ)與原理
taVNS 是一種非侵入性腦刺激技術(shù)，通過在耳朵特定區(qū)域的皮膚表面施加電脈沖，刺激迷走神經(jīng)的耳支（阿諾德神經(jīng) / 奧爾德曼神經(jīng)）。外耳是迷走神經(jīng)唯一發(fā)出外周分支（耳迷走神經(jīng)，aVN）的部位，耳迷走神經(jīng)（見圖4）主要為傳入纖維（約占 80%），連接外耳與迷走神經(jīng)主干，由有髓鞘 A、B 纖維和無髓鞘 C 纖維構(gòu)成。施加 taVNS 時，阿諾德神經(jīng)中粗有髓鞘的 Aβ 纖維被激活，傳入信號從外周神經(jīng)傳導(dǎo)至腦干及多個膈下區(qū)域。
圖3. 經(jīng)皮耳迷走神經(jīng)刺激設(shè)備
圖4. 迷走神經(jīng)耳支。ABVN：迷走神經(jīng)耳支（auricular branch of vagus nerve）。ATN：耳顳神經(jīng)（auricular temporal nerve）。GAN：耳大神經(jīng)（great auricular nerve）。紫色區(qū)域?qū)?yīng)耳迷走神經(jīng)的分布區(qū)域
taVNS 改善情緒狀態(tài)的作用機(jī)制
（一）調(diào)控情緒相關(guān)神經(jīng)回路
taVNS 的電信號經(jīng)耳迷走神經(jīng)傳入孤束核（NTS）、臂旁核（PBN），進(jìn)而投射至藍(lán)斑（LC）、杏仁核、前扣帶回皮質(zhì)（ACC）、內(nèi)側(cè)前額葉皮質(zhì)（mPFC）等情緒調(diào)節(jié)核心腦區(qū)，這些區(qū)域是情緒解讀與調(diào)節(jié)策略執(zhí)行的關(guān)鍵節(jié)點。其中，藍(lán)斑是最大的去甲腎上腺素能核團(tuán)，taVNS 可直接調(diào)制藍(lán)斑 - 去甲腎上腺素網(wǎng)絡(luò)（LC-NE）的腦干活動，影響去甲腎上腺素釋放，同時調(diào)控室旁核（PVN）、視上核（SON）的催產(chǎn)素分泌，二者均與情緒穩(wěn)定性和積極情感體驗密切相關(guān)。
（二）優(yōu)化腦 - 腸軸通訊
taVNS 通過刺激迷走神經(jīng)影響胃腸道活動，調(diào)節(jié)腸道菌群平衡。腸道菌群作為腦 - 腸軸的關(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，可調(diào)節(jié)血清素、γ- 氨基丁酸（GABA）等神經(jīng)遞質(zhì)前體的產(chǎn)生，分泌參與神經(jīng)肽釋放的蛋白質(zhì)和代謝物。迷走神經(jīng)在腦 - 微生物群雙向通訊中發(fā)揮核心作用，能減少腸桿菌科等促炎物種豐度，降低外周炎癥向大腦的傳遞，從而緩解焦慮、抑郁相關(guān)癥狀。
圖5. 迷走神經(jīng)的腦部與軀體投射
（三）契合三大情緒理論的底層機(jī)制
taVNS 與三大情緒理論的核心機(jī)制相契合：呼應(yīng)勒杜理論，抑制杏仁核等風(fēng)險檢測腦區(qū)的過度激活，減少交感 - 腎上腺軸激活，促進(jìn)適應(yīng)性情緒敘事；適配情緒建構(gòu)理論，調(diào)節(jié)內(nèi)感受信號傳遞，減少預(yù)測誤差，優(yōu)化情緒分類加工；遵循多迷走神經(jīng)理論，激活腹側(cè)迷走復(fù)合體，啟動 “迷走剎車”，抑制應(yīng)激反應(yīng)，催生積極情緒。
結(jié)論與展望
雖然尚未確定經(jīng)皮耳迷走神經(jīng)刺激的理想?yún)?shù)，但它是一項有希望用于改善情緒狀態(tài)的技術(shù)。未來，可以為特定的情緒功能障礙開發(fā)不同的經(jīng)皮耳迷走神經(jīng)刺激干預(yù)措施，如短暫的焦慮狀態(tài)、創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙、焦慮障礙等。通過經(jīng)皮耳迷走神經(jīng)刺激，我們可以影響并改善內(nèi)在感知狀態(tài)，對于適當(dāng)管理情緒處理至關(guān)重要。
考慮到經(jīng)皮耳迷走神經(jīng)刺激是一項新興技術(shù)，有必要進(jìn)一步研究不同刺激參數(shù)的有效性、治療和會話的持續(xù)時間，還必須調(diào)查可能的風(fēng)險。此外，鑒于迷走神經(jīng)支持腦-微生物軸，未來的干預(yù)措施應(yīng)該分析上述的去甲腎上腺素和腎上腺素指標(biāo)，以及人類腸道微生物群的標(biāo)志物，以獲得有關(guān)經(jīng)皮耳迷走神經(jīng)刺激效果的更多證據(jù)。最后，鑒于應(yīng)用頸迷走神經(jīng)刺激和經(jīng)皮耳迷走神經(jīng)刺激獲得的類似結(jié)果，研究頸迷走神經(jīng)刺激以了解不同刺激方法的效果和后果也會非常有趣。
原文信息鏈接
Aranberri Ruiz, A. Transcutaneous Auricular Vagus Nerve Stimulation to Improve Emotional State. Biomedicines 2024, 12, 407.
https://doi.org/10.3390/biomedicines12020407
研究團(tuán)隊介紹
本文作者為西班牙巴斯克大學(xué)基礎(chǔ)心理過程與發(fā)展部Ainara Aranberri Ruiz。
關(guān)于維拓啟創(chuàng)
維拓啟創(chuàng)（北京）信息技術(shù)有限公司成立于2006年，是一家專注于腦科學(xué)、康復(fù)工程、人因工程、心理學(xué)、體育科學(xué)等領(lǐng)域的科研解決方案供應(yīng)商。公司與國內(nèi)外多所大學(xué)、研究機(jī)構(gòu)、企業(yè)長期保持合作關(guān)系，致力于將優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品、先進(jìn)的技術(shù)和服務(wù)帶給各個領(lǐng)域的科研工作者，為用戶提供有競爭力的方案和服務(wù)，協(xié)助用戶的科研工作，持續(xù)提升使用體驗。
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