我们知道，恐惧和焦虑等情绪会使心跳加快。那反过来，增加心率会不会提高焦虑水平？（比如：喜欢的人突然迎面走来
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每个人都熟悉情绪和身体感觉之间的联系：当你听到怪异的声音时，你的手臂后面的汗毛会竖起来，或者当你收到坏消息时，你内心会有一种下沉的感觉。但是，情绪是否会驱动身体机能或反之亦然的问题长期以来一直困扰着研究人员，因为很难独立控制任何一个因素。自19世纪80年代以来，这一直是一个鸡生蛋还是蛋生鸡的问题，其因果关系非常难以判定。为了直接测试这一现象，光遗传学之父、斯坦福大学Karl Deisseroth等人转向了光遗传学，这是一种利用光来控制细胞活动的方法。该团队对老鼠进行了生物工程，使老鼠心脏的肌肉细胞对光敏感。
该团队开发了一种工具：一种非侵入性光学起搏器。它基于将携带编码光敏蛋白（视蛋白 ChRmine）的基因的病毒载体全身递送到小鼠体内。当用红光照射时，带正电的离子流过这种蛋白质，使表达它的细胞去极化。在作者的实验中，目标细胞是心肌细胞，其去极化会触发肌肉收缩。通过将以规定频率闪烁的红色微型发光二极管 (micro-LED) 安装到老鼠穿的背心上，作者可以应用他们的“光遗传学”策略来控制心率，即当一只老鼠的背心发出光脉冲时，该动物的工程心脏肌肉就会启动，导致心脏跳动。ChRmine 以前曾被用于精确控制大脑深部区域的特定神经回路，而无需进行颅内手术。该研究团队扩展了这种分子工具的应用，使用它来控制整个器官的活动（步调），并确定任何心对脑对焦虑的影响。作者应用他们的方法来测试心率增加到每分钟900次（比基线频率高 36%）是否会改变自由行为小鼠的焦虑水平。研究人员使用两种方法来评估焦虑——将动物放在迷宫或开阔的场地中，这两种方法都包括安全和暴露的区域。作者发现，光学诱发的心动过速导致两种测定中更多地避免暴露区域，反映出焦虑相关行为的增加。这是一个明确的证明，至少在老鼠身上，心率会影响焦虑，也可能会影响其他情绪行为。为了研究这种心动过速引起的焦虑背后的神经生物学，研究人员在光学诱发的心动过速 15 分钟后对大脑活动进行了筛查。神经元的全脑图谱揭示了响应心动过速的基因表达变化。作者发现两个区域的神经元——后岛叶皮层（后脑岛）和脑干——被强烈激活。活体小鼠的电生理记录也显示，在光诱发心动过速期间，后脑岛神经元的放电率增加。岛叶皮层参与内感受处理和焦虑相关行为。到这个阶段，作者发现心率增加后后岛叶活动会相应增加。但该区域是否参与心动过速引起的焦虑仍有待确定。为了研究这一点，研究人员使用不同的视蛋白——蓝光敏感蛋白 iC++，通过光遗传学抑制后岛叶神经元。在这样做的过程中，他们有了第二个发现：在光学起搏期间抑制后脑岛减少了心动过速引起的焦虑行为。这表明后脑岛传递有关心率的信息以影响焦虑。衰减是后脑岛特有的，并且在不同区域（内侧前额叶皮层）的光遗传学抑制中没有观察到。
图|后脑岛的光遗传学抑制减弱了光学起搏引起的焦虑反应总的来说，该研究发现，心率的增加会促进小鼠的焦虑相关行为，并且这是通过激活包括后脑岛在内的特定大脑结构来调节的。作者的综合研究也提出了新问题，并开辟了研究领域。例如，允许后脑岛被心动过速激活的神经回路和机制——以及诱发焦虑行为的回路——尚未确定。Hsueh, B., Chen, R., Jo, Y. et al. Cardiogenic control of affective behavioural state. Nature (2023).https://doi.org/10.1038/s41586-023-05748-8
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