睡觉、求偶、恐惧

作者: 王立平

来源: 格致论道讲坛

发布日期: 2022-03-22

本文探讨了动物的本能行为,特别是恐惧本能的重要性,以及大脑在这些行为中的作用。通过光遗传学等技术,研究者们试图解析大脑如何控制本能行为,并探讨本能行为与精神疾病之间的关系。

这些“出厂自带”的本能从何而来?和其他本能相比,恐惧或许拥有绝对的、至高无上的地位。因为如果动物没有恐惧这种本能,它可能就会失去生命。

王立平,中国科学院深圳先进技术研究院脑认知与脑疾病研究所所长、深港脑科学创新研究院院长,曾在格致论道第48期中提到,薛定谔说的是对的,“人的本性就是吃”。不过除了吃,大脑还有很多其他基本的功能去维持机体的正常运行。其中最主要的功能是要保证机体生存,只有生存下来才能进行其他的学习,获得其他更高级的功能。

任何生物的延续都需要从吃开始。没有食物,就要捕获食物;而作为被捕食者,就要学会防御。吃饱后就睡觉,睡醒后就会想其他一些美好的事情,比如求偶。照片中的这个帅哥,美女走过去了,他还会回头再看看,其实这都是非常本能的反应。或许他会跟女朋友解释,说自己并不是为了看美女,只是想看看她穿的裙子后面有什么图案。这也说明他可能在探索一个非常新奇的东西,而这种探索的能力,也是非常本能的,与生俱来,不需要去学习。

生物学家把大脑分成了爬行脑、情绪脑和理性脑。如果你正在一条小巷中散步,突然蹿出来一条狗,你会怎么做?跑!如果周围正好有一扇开着的门,不管这户人家你认不认识,可能最好的办法就是跑进去、藏起来。做出这种行为就是动用了爬行脑。所有的动物都有类似爬行脑的大脑功能,用以维持基本的生理活动——防御天敌。

在巷子里行走的时候,你数出这里有175个酒吧,有20个卖水的地方,它们加在一起的数量是195个,这个时候,你就动用了你的理性脑。理性脑是后期获得的能力,从而形成的一种理性概念。而我今天讲的行为都是不需要学习,天生就有的。

比如婴儿天生就有的手掌抓握反射、吮吸行为等,这都是本能行为。再来看这只正在草丛中找东西吃的小鼠,如果它只专注于找食物,而没有能力防御老鹰的话,它肯定早就成为了老鹰的食物。几千年前我们的祖先就已经把本能行为定义得非常清楚了——“饮食男女,食、色、性也”。这些是人的本性,不需要后天去学习,大脑的基本功能之一就会去执行、去负责、去管理这样的行为,以便让我们能够生存下来,然后再学习其他东西。

1973年诺贝尔生理学奖得主、动物学家洛伦兹曾从生态行为学的角度定义本能行为——未经学习的婴幼动物具有的一些基本能力(包括进攻、防御、进食、睡眠、生殖、求偶等);在同一物种的个体间变化不大,且在不同的环境中保持相对稳定;对个体的生存和物种的繁衍非常重要。本能行为都由大脑负责。

大脑是一个非常复杂的物体,如果说浩瀚的宇宙中有1000亿颗行星,那大脑中就有1000亿个神经元,大脑和宇宙一样复杂,一样深不可测。说它复杂不仅仅因为神经元的数量多,还因为神经元之间的连接特征非常复杂,细胞种类非常复杂。我们常常把大脑比喻成一个黑箱子,我们不知道里面是什么结构,所以我们只能通过这种方式去了解大脑。

比如我们先记录一个小孩正常行为下的脑电图,然后让一条狗来追他。孩子肯定会跑,那么他是一边跑一边喊,还是选择躲在什么地方呢?这些行为会动用大脑的什么功能呢?通过记录脑电图等发生的变化,可以去研究大脑中的哪些细胞、哪些核团、哪些脑区可能参与了这些行为,进而解析大脑运行的一些基本规律。

在这么复杂的神经网络中去解析大脑运行的规律当然很难。1000亿个神经细胞中,有那么多的种类,那么复杂的连接方式。如果将其中神经纤维首尾相连,可以绕地球4圈多,现在却集中在一个1.5千克重的脑空间里。生物学家们发现了一个新方法。

大脑中本来是没有感光细胞的,但我们利用基因工程,将某一物种中的“感光基因”植入到大脑中特定的神经元上,然后再将一根光纤插进大脑中,当光纤照射的时候,光照虽然照到了所有的神经元,但只有被植入了感光基因的神经元能对特定波长的光起反应。这种方法就像踩刹车、油门;用不同的光敏感的基因,我们就可以实现蓝色光能让这群神经元兴奋起来,而黄色光能抑制这群神经元。

通过这种方法,我们就可以找到大脑可能负责捕获猎物的神经元。同理,我们也会找到负责其他行为的那些神经元。生存受到威胁时大脑如何处理?如果你正在咖啡店里喝咖啡,享受着美妙的时光,这时闯进来一群狗,你会怎么办?你要不就钻到桌子底下,要不就跑到其他房间去,这个时候你是绝对不会再继续享受你美妙的咖啡时光的。

所以,和其他本能相比,恐惧或许拥有绝对的、至高无上的地位。因为如果动物没有恐惧这种本能,它可能就会失去生命。同理,如果你正在打盹,突然传来几声狗叫,你也不会继续睡觉,你也会弄清楚到底发生了什么。不过大脑中到底是哪些神经元负责人们做出相关的动作(不同大脑状态之间的精准切换),至今还是个谜。

为了更好地解析本能恐惧的神经环路机制,我们用一把电极带着已经插到脑区里的光纤去调控提前改造好的光感基因,调控的时候同时记录脑区发生的变化。我们希望这样做,能够把1000亿个神经细胞构成的复杂网络解读得相对清楚些。

如果大家去我的实验室做实验,都会得到相关的数据。我们没有真的拿老鹰做实验,而是模拟了老鹰袭击时的阴影刺激。我们得出这样的规律:有地方可躲,就马上躲进去,不再轻易出来;没地方可躲,就选择装死。用光遗传学解析大脑的工作,后来我们发现,原来并不是那群穿白衣服的干的,而是中间穿红衣服的干的。

于是我们拿光去调控这群穿红衣服的细胞,果然,实验动物开始装死了。这说明这群细胞感受到了来自外界的刺激,而且这种刺激的信号对生物具有威胁性。人们在鱼、猴子身上都做过这类实验,都具有精准的重复性。这样一来,我们就能精准地找到负责相关行为的神经元,并解析出非常精准的防御路线。

本能行为很多时候还和精神疾病有关系,比如抑郁症。我们经常会看到或听到关于抑郁症患者跳楼自杀的新闻报道。大家猜一猜,在做出轻生行为的瞬间,他们会有恐惧感吗?没有。因为正常人一到楼边就会下意识地后退。对于有焦虑症、抑郁症和创伤后抑郁障碍的人来说,疾病本身就和本能行为有着千丝万缕的、互为因果的关系。

现代人面临着很大的压力,这种压力应激远不只是让你心情不好,而且会持续地影响你的很多行为,包括生殖的能力,甚至有可能影响到下一代。研究大脑,理解本能,理解其他复杂的、高级的认知功能的目的,一是希望能够帮助治疗一些疾病。现在全球医疗负担重,每年会消耗近1万亿美元的费用用于治疗10亿精神病患者。二是希望能利于类脑智能技术的发展。

对本能行为的理解,将在很大程度上帮助人们揭开大脑的神秘面纱,让人们了解到底大脑的“本底结构”特征,哪些能力能在未来被开发利用,能为真正模拟人脑的类脑智能技术提供一些新的研究线索。

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