驚慌害怕，惶惶不安，這樣的恐懼情緒想必人人都不想要，然而，恐懼并非你所想象的那樣一無是處。

　　在科學(xué)家看來，恐懼是物種進(jìn)化與生存過程中最重要和最不可或缺的基本情緒表征之一，外界的恐懼刺激可以激發(fā)生物個(gè)體的防御行為，從而在其生存和繁衍中起到重要作用。然而，大腦中的“恐懼情感”到底是由哪一類神經(jīng)元操縱的，是一個(gè)令很多科學(xué)家困惑多年的問題。

　　最近，中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院-MIT麥戈文聯(lián)合腦認(rèn)知與腦疾病研究所王立平研究團(tuán)隊(duì)與中科院多家研究機(jī)構(gòu)協(xié)同攻關(guān)，應(yīng)用光感基因神經(jīng)環(huán)路調(diào)控等技術(shù)解析出存在于大腦皮層下的一類特定類型神經(jīng)元，可以針對(duì)視覺的威脅刺激信息在毫秒級(jí)給予快速處理，而不需要視覺皮層的直接參與。這就意味著，針對(duì)快速出現(xiàn)的危險(xiǎn)刺激，可以不用“眼見為實(shí)”，就需要快速“直覺”出危險(xiǎn)的存在而在毫秒級(jí)作出逃避反應(yīng)。系列研究成果分別于今年4月和7月，連續(xù)發(fā)表在國際著名學(xué)術(shù)期刊《自然—通訊》上。

　　揭示神經(jīng)環(huán)路的奧秘

　　科學(xué)家認(rèn)為，無論是動(dòng)物或人，對(duì)于快速出現(xiàn)和不斷逼近的“陰影”刺激，不管真正的刺激源來自哪里，都會(huì)激發(fā)生物個(gè)體作出非常快速的本能性警覺和防御反應(yīng)，甚至完全“不需經(jīng)過思考”。盡管動(dòng)物和人的大腦在基因表達(dá)、腦結(jié)構(gòu)及容量上差別很大，但是執(zhí)行“趨利避害”這些與基本生存密切相關(guān)功能所對(duì)應(yīng)的神經(jīng)系統(tǒng)，在進(jìn)化過程中被保留并固化下來，形成了其特定的神經(jīng)環(huán)路連接方式。

　　這些隱藏于大腦深處的“古老”的神經(jīng)環(huán)路，卻蘊(yùn)藏著人類基本情感產(chǎn)生的秘密。然而，經(jīng)典的研究方法（藥物干預(yù)、電刺激、磁刺激、力刺激等）都無法在毫秒級(jí)時(shí)間精準(zhǔn)、單類細(xì)胞特異性的調(diào)控神經(jīng)環(huán)路，因而無法真正理解情緒的機(jī)制。

　　大腦中的恐懼情感是由哪一類神經(jīng)元操縱的？慢性疼痛是怎樣導(dǎo)致焦慮的？這樣的問題不解決，就很難真正在“只具有治療效果的”的細(xì)胞靶點(diǎn)上針對(duì)負(fù)面情緒給予調(diào)控。

　　精準(zhǔn)地解析神經(jīng)環(huán)路的結(jié)構(gòu)和功能是解決這些問題的關(guān)鍵。“光遺傳技術(shù)的出現(xiàn)也讓使得上述問題的最終解決成為可能。”王立平告訴記者。

　　論文的共同第一作者蔚鵬飛博士、劉楠和張志建等人在研究中，發(fā)現(xiàn)上丘中深層興奮性神經(jīng)元會(huì)特異性的響應(yīng)天敵威脅的視覺刺激，通過丘腦的快速中繼通路將信號(hào)傳輸至外側(cè)杏仁核，并持續(xù)激活杏仁核神經(jīng)元的活動(dòng)。利用光遺傳學(xué)技術(shù)特異性的“關(guān)閉”或者“打開”這條通路的功能，研究人員發(fā)現(xiàn)這條通路特異性的介導(dǎo)了動(dòng)物本能恐懼反應(yīng)的產(chǎn)生。此項(xiàng)研究成果有望為進(jìn)一步解析包括恐懼情緒在內(nèi)的物種繁衍生存的基本神經(jīng)環(huán)路特征和精神疾病的發(fā)生機(jī)制提供新的研究思路。

　　而為了回答“慢性疼痛是怎樣導(dǎo)致焦慮”這一問題，王立平團(tuán)隊(duì)與北京大學(xué)王韻教授實(shí)驗(yàn)室合作，整合運(yùn)用光遺傳技術(shù)等方法以及電生理、行為學(xué)和分子生物學(xué)等交叉技術(shù)手段，揭示了在情緒、認(rèn)知、決策中至關(guān)重要的前額葉皮層中的亞核團(tuán)前邊緣皮質(zhì)中的興奮性神經(jīng)元在慢性痛和焦慮中的作用。

　　“目前，腦科學(xué)國際前沿和主流的研究方向上，特別是神經(jīng)環(huán)路調(diào)控的研究，都集中在神經(jīng)細(xì)胞種類的標(biāo)記技術(shù)、神經(jīng)環(huán)路示蹤技術(shù)、特定細(xì)胞類型的神經(jīng)環(huán)路調(diào)控和技術(shù)手段等。美國‘腦計(jì)劃’也把這幾個(gè)技術(shù)作為優(yōu)先發(fā)展的技術(shù)，這將成為未來國際腦科學(xué)研究的不可或缺的重要手段之一。”完成這件工作的重要參與者，武漢物理數(shù)學(xué)所研究員徐富強(qiáng)說。

　　光遺傳技術(shù)帶來腦科學(xué)革新

　　據(jù)研究人員透露，目前全球腦疾病患者人數(shù)已經(jīng)超過5億，由此產(chǎn)生的醫(yī)療負(fù)擔(dān)達(dá)數(shù)萬億美元/年，高居全部疾病之首。因此，腦科學(xué)成為了當(dāng)前 “后基因組時(shí)代”的研究熱點(diǎn)，各國均加大了相關(guān)研究的投入。

　　上世紀(jì)美國的“腦十年”，歐洲的“歐洲腦十年”，日本的二十年“腦科學(xué)時(shí)代”等計(jì)劃，都已為腦科學(xué)研究給予了巨額資助。2011年起，我國先后啟動(dòng)了自然科學(xué)基金委“重大研究計(jì)劃”和中國科學(xué)院“戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)”等多個(gè)腦科學(xué)重大研究專項(xiàng)。

　　腦功能成像技術(shù)的出現(xiàn)使得神經(jīng)科學(xué)研究在過去的二十年中有了前所未有的飛速發(fā)展。而光遺傳技術(shù)則是近十年迅速發(fā)展起來的一項(xiàng)整合了光學(xué)、基因工程、電生理以及電子工程的全新的多學(xué)科交叉的生物技術(shù)。2010年《自然—方法》期刊將光遺傳技術(shù)評(píng)為當(dāng)年的“年度技術(shù)”；2013年《科學(xué)》雜志評(píng)論道：“光遺傳技術(shù)帶來了腦科學(xué)的革新，科學(xué)家們實(shí)現(xiàn)了用光來調(diào)控神經(jīng)元活動(dòng)。”

　　“這項(xiàng)技術(shù)的主要原理是首先采用基因操作技術(shù)將對(duì)光敏感的基因轉(zhuǎn)入到神經(jīng)系統(tǒng)中特定類型的細(xì)胞中進(jìn)行表達(dá)，使其在細(xì)胞膜上形成特殊的對(duì)特定陰、陽離子選擇性通透的通道。”王立平介紹說，這些離子通道對(duì)不同波長的光敏感，特定波長光調(diào)控會(huì)分別對(duì)陽離子或者陰離子的通過產(chǎn)生選擇性，從而造成細(xì)胞膜兩邊的膜電位發(fā)生變化，達(dá)到對(duì)細(xì)胞選擇性地興奮或者抑制的目的，這是常規(guī)的研究手段所無法實(shí)現(xiàn)的。

          在過去的幾年中，光遺傳技術(shù)在神經(jīng)環(huán)路解析中的廣泛應(yīng)用，幫助人們回答了許多傳統(tǒng)研究方法無法回答的科學(xué)問題。先進(jìn)院腦所的主要研究方向包括腦認(rèn)知的神經(jīng)環(huán)路基礎(chǔ)，腦疾病的神經(jīng)環(huán)路機(jī)制以及腦科學(xué)研究新技術(shù)的研發(fā)、應(yīng)用與資源共享。

　　“目前，先進(jìn)院腦所已經(jīng)建立起了完善的光遺傳學(xué)技術(shù)平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)了從光感基因病毒載體制備、光神經(jīng)界面技術(shù)、光電極陣列技術(shù)到光神經(jīng)電信號(hào)處理等光遺傳學(xué)技術(shù)的核心技術(shù)，其中已經(jīng)獲得技術(shù)專利授權(quán)的有18件；光遺傳技術(shù)已經(jīng)由深圳輻射到境內(nèi)外的130多家實(shí)驗(yàn)室。”王立平介紹說。

　　與此同時(shí)，先進(jìn)院腦所正在腦科學(xué)與腦認(rèn)知領(lǐng)域積極參與國際前沿的競(jìng)爭(zhēng)，他們的目標(biāo)是將應(yīng)用基礎(chǔ)研究和新技術(shù)開發(fā)的研發(fā)能力在深圳生根，積極推動(dòng)“腦技術(shù)”與科研、產(chǎn)業(yè)需求的對(duì)接，促進(jìn)自主創(chuàng)新與國家生物產(chǎn)業(yè)需求的有機(jī)結(jié)合。 

郭爽