小鼠的右脑同步神经振荡被发现诱发共情行为

韩国大田基础科学研究所(IBS)认知与社会研究中心(CCS)的Shin Hee-Sup博士领导的研究小组发现了让我们产生同理心的潜在神经机制。该小组对老鼠的研究表明，同理心是由大脑右半球同步的神经振荡引起的，这使动物能够感知并分享彼此的恐惧。

同理心是一种能够让我们感知和理解他人情绪的能力，比如快乐、悲伤或恐惧。它是人类社交的基本功能，在许多精神和神经障碍中，如自闭症、精神分裂症和阿尔茨海默病，都观察到它的损伤。精确的机制大脑形成了基础同理心还没有被识别出来，也很少有人进行研究来揭示它的起源。

这种感知他人感受的能力并不是人类所独有的，它的生物机制也与包括啮齿动物在内的其他哺乳动物相同。“观察恐惧”是情感传染的啮齿类动物模型，是情感共情的基本形式。这个模型已经被证实并经常用于研究共情的神经生物学(图1A)。

在观察性恐惧实验中，一只“示范”老鼠被给予了一个电击，而“观察者”鼠标则在透明的屏幕后面观看。当看到另一种动物受到电击时，观察小鼠立即表现出恐惧反应，正如它的冻结行为所证明的那样。观察小鼠也能在稍后的时间里回忆起这段经历。

Shin Hee-Sup博士领导的CCS-IBS团队将这种观察恐惧模型与光遗传学实验相结合，探索共情的起源。值得注意的是，这项研究表明，同步的大脑节奏在多个大脑区域是触发同理心的必要条件。特别是，同步之间前扣带皮层(ACC)和基底外侧杏仁核(BLA)是通过间接接触他人痛苦而产生的共情恐惧所特有的，而不是通过亲身经历产生的恐惧。

首先，他们证明了右半球ACC-BLA之间的互易回路对于观察冰冻行为是必不可少的。当光基因抑制右脑ACC-BLA回路时，小鼠表现出较少的观察冻结(图1B和1C)。另一方面，当只抑制左脑时，小鼠不受影响。

此外，研究人员记录了ACC和BLA的脑电图(EEG)。结果，他们发现在观察小鼠表现出共情冻结行为的特定时刻，在ACC和BLA中，范围为5-7 Hz的大脑节律选择性增加(图2A)。另一方面，第一次经历电击的实验小鼠仅在BLA区出现3-5 Hz的低频率增加，但在ACC区没有。

Shin博士说:“网络中的同步神经振荡可以增强多个大脑区域之间的交流，以实现各种认知和情感功能。然而，它们之间的因果关系很少被证明。”

为了测试5-7赫兹节奏和共情行为之间的因果关系，研究团队进行了一项名为“闭环操作”的实验，其中包括使用光遗传学抑制特定的神经功能，并使用脑电图(EEG)监测脑电波(图2B)。通过闭环实验，他们可以选择性地打乱ACC-BLA回路中的5-7 Hz节奏，这反过来导致了在条件反射过程中观察恐惧诱导的冻结的显著损害(图2C和2D)。这些结果表明，ac - bla回路中的5- 7hz节律与共情行为有因果关系。

因此，研究人员假设海马θ波(4-12赫兹)节律可能调节ACC-BLA回路中的同步活动。有人认为，海马θ波节律提供了一个振荡框架，使不同大脑区域之间的活动同步。在观察恐惧过程中，他们通过光遗传操作选择性地调节海马θ波的下限(图3A)。根据海马体θ波功率的变化，5-7赫兹节奏共情反应双向调制(图3B-E)。

这项研究强烈表明，在小鼠的共情反应中，ACC-BLA中海马依赖的5-7 Hz同步振荡特别驱动。

Hee-Sup Shin博士说:“考虑到哺乳动物观察到的恐惧的普遍性，有理由假设在人类中可能发现了对情感同理心至关重要的类似神经信号，可以用来识别人类的同理心功能障碍精神疾病涉及严重的社会赤字。”他补充说:“目前，我们还不知道海马θ波节律是如何控制ACC-BLA节律的。未来的研究应该解决在观察过程中如何同时动员多个大脑区域恐惧．"