焦慮與執(zhí)行功能的腦網(wǎng)絡與教育轉(zhuǎn)化

羅躍嘉

焦慮障礙是目前我國精神疾病中患病率最高的一種疾病，北京大學第六醫(yī)院開展過一個大規(guī)模的我國精神疾病的流行病調(diào)查報告，發(fā)表在《柳葉刀：精神病學》雜志上，報告指出在抑郁癥、多動癥、精神分裂癥等常見精神疾病中，焦慮癥的終身患病率最高，為7.6%。

當前新型冠狀肺炎疫情凸顯的焦慮等心理健康問題，引起了全球的廣泛關(guān)注。對于精神健康問題，我們國家非常重視，中共中央、國務院印發(fā)的 《“健康中國2030”規(guī)劃綱要》明確指出，“加強對抑郁癥、焦慮癥等常見精神障礙和心理行為問題的干預，加大對重點人群心理問題早期發(fā)現(xiàn)和及時干預力度”。

什么是焦慮

焦慮癥有多種分類，主要包括廣泛性焦慮、社交焦慮、驚恐障礙。如果回顧最近20年發(fā)表的論文，可以看出與焦慮相關(guān)的論文發(fā)表最多，美國國立精神衛(wèi)生研究院（NIMH）也把焦慮作為重要的研究和工作對象。

什么叫焦慮？簡單來說就是一種緊張害怕和不安的體驗。焦慮的軀體（生理）表現(xiàn)，或者叫植物神經(jīng)系統(tǒng)反應，如顏面潮紅、出汗、心悸、胸悶、氣短、顫抖等;其精神/行為表現(xiàn)為緊張恐懼，搓手頓足，坐立不安，來回踱步，并同時伴有內(nèi)心焦慮不安。焦慮可分為兩類：特質(zhì)焦慮和狀態(tài)焦慮。特質(zhì)焦慮指一種一般性的人格特點或特質(zhì)，表現(xiàn)為一種比較持續(xù)的擔心和不安，常用特質(zhì)焦慮問卷（STAI—T）測量;狀態(tài)焦慮指因為特定情境引起的暫時的不安狀態(tài)，如考試焦慮，常用狀態(tài)焦慮問卷（STAI—S）測量。來自動物研究的結(jié)果表明，去甲腎上腺素（NE）驅(qū)動的交感神經(jīng)系統(tǒng)和皮質(zhì)醇（CR）驅(qū)動的HPA軸系統(tǒng)，貫穿基因、腦神經(jīng)環(huán)路和認知行為層面。通俗來講，應激條件下，交感神經(jīng)系統(tǒng)的激活或處于高度緊張狀態(tài)——快速反應，會伴隨去甲腎上腺素，以及多巴胺等神經(jīng)遞質(zhì)水平上升，明顯影響大腦神經(jīng)元正常的興奮與抑制性平衡，進而改變警覺與高級執(zhí)行功能等信息加工過程;丘腦—垂體—腎上腺軸的激活或處于高度緊張狀態(tài)——慢速反應，會伴隨皮質(zhì)醇水平上升，皮質(zhì)醇穿越血腦屏障進入中樞，進而影響大腦各功能網(wǎng)絡活動，尤其是以海馬為核心的學習與記憶系統(tǒng)。

焦慮與執(zhí)行功能的關(guān)系

文章的主題是焦慮與執(zhí)行功能，執(zhí)行功能是指在完成復雜的認知任務時，對各種認知過程進行協(xié)調(diào)的一般性控制機制，其本質(zhì)就是對其他認知過程進行控制和調(diào)節(jié)，根本目的就是產(chǎn)生協(xié)調(diào)有序的、具有目的性的行為。研究發(fā)現(xiàn)，焦慮和應激等負性情緒對執(zhí)行控制中的更新、切換和抑制有損害作用。

近年來腦成像研究發(fā)現(xiàn)，杏仁核、眶額葉、扣帶回、腦島等結(jié)構(gòu)與社會行為、情緒密切相關(guān)，于是有人提出了“社會腦”和“情緒腦”的概念。進一步研究認為，大腦中存在的突顯網(wǎng)絡包括背側(cè)扣帶前回和前腦島;默認網(wǎng)絡包括內(nèi)側(cè)前額葉，后扣帶回，以及外側(cè)頂葉皮層;執(zhí)行控制網(wǎng)絡或額頂網(wǎng)絡包括背外側(cè)前額葉和額下回，以及一些具體的腹側(cè)注意網(wǎng)絡、背側(cè)注意網(wǎng)絡、視覺網(wǎng)絡、聽覺網(wǎng)絡等。焦慮發(fā)生時，突顯網(wǎng)絡的活動增強，而執(zhí)行控制網(wǎng)絡和默認網(wǎng)絡的活動減弱。

該研究也發(fā)現(xiàn)突顯網(wǎng)絡內(nèi)部動態(tài)交互的神經(jīng)振蕩機制：如高A頻段的神經(jīng)振蕩與突顯網(wǎng)絡的功能協(xié)同高度相關(guān)，提示突顯網(wǎng)絡內(nèi)部的神經(jīng)振蕩可能是情緒信息動態(tài)交互的神經(jīng)基礎(chǔ)。什么是神經(jīng)振蕩？我們觀察腦電圖會發(fā)現(xiàn)各種頻譜的腦電波，例如A 頻段，在我們閉眼或打瞌睡的時候就可以記錄到。

執(zhí)行控制的腦網(wǎng)絡模型

研究也提出了執(zhí)行控制的腦網(wǎng)絡模型：不僅是前額葉單個腦區(qū)，而且包含前額葉和頂葉的多個腦區(qū)組成的全腦可變功能連接，可通過與其他網(wǎng)絡之間功能連接的動態(tài)變化。可以認為：高級的執(zhí)行控制網(wǎng)絡、突顯網(wǎng)絡和默認網(wǎng)絡間的動態(tài)交互，以及與具體的注意網(wǎng)絡、視聽網(wǎng)絡之間的交互，在認知控制中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。突顯網(wǎng)絡主要負責應激、威脅刺激等負性情緒加工，而執(zhí)行控制網(wǎng)絡主要與執(zhí)行功能相關(guān)，藍斑—去甲腎上腺素調(diào)控的神經(jīng)遞質(zhì)也在深層發(fā)揮著重要作用。

因此我們提出了科學問題：在宏觀上考察焦慮如何調(diào)節(jié)執(zhí)行功能相關(guān)的腦網(wǎng)絡可塑性變化，包括腦網(wǎng)絡功能連接模式、網(wǎng)絡間神經(jīng)振蕩和網(wǎng)絡間的因果調(diào)控關(guān)系;在微觀上思考神經(jīng)遞質(zhì)和炎癥細胞因子如何參與調(diào)控“焦慮與執(zhí)行功能”以及腦網(wǎng)絡交互變化。并由此提出情緒和執(zhí)行控制動態(tài)交互的動態(tài)腦網(wǎng)絡模型的假說，包含三個意思：一是突顯網(wǎng)絡與執(zhí)行控制網(wǎng)絡、默認網(wǎng)絡，以及感知覺網(wǎng)絡動態(tài)交互，完成情緒和認知控制信息的加工和資源轉(zhuǎn)化;二是網(wǎng)絡間的神經(jīng)振蕩可能負責完成以上的資源轉(zhuǎn)化和信號同步;三是神經(jīng)調(diào)控系統(tǒng)LC—NE系統(tǒng)可能通過神經(jīng)遞質(zhì)對以上過程進行調(diào)控。

對于上面這個假說，我們也得到一些實驗的支持。例如，通過對特質(zhì)焦慮水平與杏仁核形狀的相關(guān)分析，發(fā)現(xiàn)右側(cè)杏仁體的中外側(cè)表面形狀與焦慮特質(zhì)評分存在顯著的相關(guān)性，具體表現(xiàn)為：焦慮特質(zhì)越高的人，右側(cè)杏仁體中外側(cè)表面越往外凸。該結(jié)果提示了右側(cè)杏仁體的中核與外側(cè)核在焦慮特質(zhì)的神經(jīng)機制中具有重要作用。

再如在和美國紐約城市大學的合作研究中，通過對情緒喚醒（皮膚電）與自發(fā)腦活動間的關(guān)系研究，發(fā)現(xiàn)扣帶前回和腦島等任務正相關(guān)的突顯網(wǎng)絡節(jié)點腦區(qū)的自發(fā)神經(jīng)活動強烈;而扣帶回后部和腹內(nèi)側(cè)前額葉等默認網(wǎng)絡節(jié)點腦區(qū)的自發(fā)神經(jīng)活動較弱。還有，當觀看負性圖片時，其皮膚電等自主神經(jīng)活動動態(tài)波動。同時突顯網(wǎng)絡內(nèi)部的功能連接在動態(tài)變化，兩者變化高度協(xié)同，提示突顯網(wǎng)絡的動態(tài)性可能是情緒加工動態(tài)性的神經(jīng)基礎(chǔ)。這還需要大量的研究直接驗證，比如在應激和焦慮對執(zhí)行功能調(diào)節(jié)的任務中，加入瞳孔直徑的直接測量，另外，可以使用藥物操作，調(diào)節(jié)LC—NE水平，考察情緒網(wǎng)絡和執(zhí)行控制網(wǎng)絡交互的變化。

在與美國同行的合作研究中，我們發(fā)現(xiàn)炎癥通過以腹內(nèi)側(cè)前額葉為中樞的腦網(wǎng)絡來影響行為特征。關(guān)于炎癥網(wǎng)絡機制的前期研究基礎(chǔ)。基于分割的網(wǎng)絡分析，包括63個連接，47個腦區(qū)。4種抑郁癥狀所對應的炎癥網(wǎng)絡以及它們在預測癥狀時的準確率。腹側(cè)紋狀體—腹內(nèi)前額葉功能連接能預測快感缺失;背側(cè)尾狀核—腹內(nèi)前額葉功能連接能預測精神運動遲滯;杏仁核—腹內(nèi)側(cè)前額葉功能連接能預測焦慮評分;抑郁（紋狀體）和焦慮（杏仁核）兩個環(huán)路可能交匯在腹側(cè)紋狀體，這一點尚需證實。

決策的不確定因素對于焦慮的發(fā)生有重要作用

我們最近完成了一項元分析工作，從500篇文獻中篩選出29個研究項目進行元分析。發(fā)現(xiàn)情緒網(wǎng)絡與認知控制網(wǎng)絡和情緒調(diào)節(jié)網(wǎng)絡之間的功能連接減弱，具體表現(xiàn)在焦慮者的執(zhí)行控制網(wǎng)絡和默認網(wǎng)絡之間功能連接減弱。這個發(fā)現(xiàn)剛好符合前面提到的三種常見的焦慮，其中廣泛性焦慮占40%，社交焦慮占43%，驚恐障礙占10%，其他類型的焦慮只有7%。這個研究于2019年發(fā)表在國際《神經(jīng)科學與生物研究綜述》雜志上。

我們發(fā)現(xiàn)決策的不確定因素對于焦慮的發(fā)生也有重要作用。在一項對高低焦慮者的博弈任務中，發(fā)現(xiàn)高焦慮者對“輸”（負性結(jié)果）的神經(jīng)反應，反映在一個叫作“反饋負波”的腦電成分，比低焦慮者更小，說明在高焦慮人群中，對輸贏結(jié)果產(chǎn)生的腦反應更小，可能他們是一種更為悲觀的態(tài)度。

我們又設(shè)置了不確定狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)結(jié)果發(fā)生了倒轉(zhuǎn)：高焦慮者在不確定結(jié)果條件下反饋負波更大，說明他們對“輸贏”的反應強于低焦慮者，換句話說，他們往往把不確定的結(jié)果認為是負性的結(jié)果。

磁共振成像研究表明，焦慮與恐懼對未來不確定威脅的預期引發(fā)更強的情緒反應：激活背內(nèi)側(cè)前額葉、島葉和海馬等;高焦慮個體在額頂葉執(zhí)行控制網(wǎng)絡以及丘腦和海馬旁回的激活更強，可能與執(zhí)行控制補償和過度的情緒加工有關(guān)。使用心理生理交互分析（PPI）技術(shù)，發(fā)現(xiàn)杏仁核和背外側(cè)前額葉，顳上回、丘腦、枕葉的功能連接在高焦慮者的不確定預期加工中異常增強。這樣就建立了杏仁核腦網(wǎng)絡與焦慮不確定加工的關(guān)聯(lián)，證明了不確定威脅加工的腦網(wǎng)絡異常可能是焦慮產(chǎn)生的核心機制。在一項對考試焦慮的腦成像研究中，我們關(guān)注核心的三個腦網(wǎng)絡，突顯網(wǎng)絡，執(zhí)行控制網(wǎng)絡與默認網(wǎng)絡的激活，網(wǎng)絡內(nèi)部與網(wǎng)絡之間的功能連接，通過功能連接測量考察應激和焦慮對網(wǎng)絡內(nèi)部和網(wǎng)絡間交互的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：高焦慮人群在長期應激下，突顯網(wǎng)絡和執(zhí)行控制網(wǎng)絡的協(xié)同減弱了，執(zhí)行控制網(wǎng)絡和默認網(wǎng)絡之間的對抗也減弱了。

焦慮與執(zhí)行功能的研究對于教育轉(zhuǎn)化的應用

最后，談談以上研究對于教育的轉(zhuǎn)化應用。可以利用技術(shù)具備的先進性和系統(tǒng)性，例如通過多場景認知測評、多模態(tài)腦成像和多靶點神經(jīng)調(diào)控，來滿足臨床、教育方面的需求。我們認為，腦與學習的核心產(chǎn)品體系在于多種設(shè)備和硬件，例如可通過磁共振成像、腦電、近紅外、多導生理記錄，以及磁刺激、電刺激、光刺激，進行腦數(shù)據(jù)的測試和神經(jīng)調(diào)控。在軟件方面包括中國情緒材料庫、雙生子基因和行為數(shù)據(jù)庫、青少年認知作業(yè)、情緒任務等多種數(shù)據(jù)庫的完善而實現(xiàn)。在這方面，中國心理學和認知神經(jīng)科學研究者在大腦結(jié)構(gòu)功能解析、高效學習的認知神經(jīng)原理。認知訓練、神經(jīng)調(diào)控等方面都有可喜的進展。實施的范圍覆蓋北京、浙江、四川、重慶、廣東等地，這必將在教育領(lǐng)域和醫(yī)療領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用。