右脑的同步神经振荡被发现可以诱导小鼠的共情行为

韩国大田基础科学研究所(IBS)认知与社会性中心(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。该小组对小鼠的研究表明，同理心是由大脑右半球的同步神经振荡引起的，这使得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另一个人的情绪的能力，比如快乐、悲伤或恐惧。它是人类社交的基本功能，在许多精神和神经疾病中，如自闭症、精神分裂症和阿尔茨海默病，都观察到它的损害。其中的精确机制大脑形成了基础同理心没有被确认，并且很少有研究已经进行了揭示它的起源。

这种感知他人感受的能力并非人类所独有，其生物学机制与包括啮齿动物在内的其他哺乳动物相同。“观察性恐惧”是情绪传染的啮齿动物模型，是情感共情的基本形式。这个模型已经被建立起来，并且经常被用于研究共情的神经生物学(图1A)。

在观察性恐惧实验中，给一只“演示”老鼠一个电击，而“观察者”鼠标则从透明屏幕后面观看。当目睹另一动物受到电击时，观察老鼠会立即表现出恐惧反应，这可以从它的冻结行为中得到证明。我们也知道，观察鼠标能够在以后的时间里回忆起这一经历。

Shin Hee-Sup博士领导的CCS-IBS团队将这种观察性恐惧模型与光遗传学实验结合起来，探索共情的起源。值得注意的是，这项研究表明，同步的大脑节律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)是间接接触他人痛苦的移情恐惧所特有的，而不是直接经历的恐惧。

首先，他们证明了右半球ACC-BLA之间的互反电路对观察冻结行为至关重要。当他们仅在右脑中光遗传学抑制ACC-BLA电路时，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，研究人员还记录了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，ACC和BLA中5- 7hz范围内的脑节律选择性增加(图2A)。另一方面，亲身经历电击的实验小鼠仅在BLA内的低3-5 Hz范围内显示出增加，但在ACC内没有增加。

Shin博士说:“网络内的同步神经振荡可以增强多个大脑区域之间的通信，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 Hz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来抑制特定的神经功能，并使用EEG监测脑电波(图2B)。通过闭环实验，他们可以选择性地破坏ACC-BLA回路中的5-7 Hz节律，从而导致在条件反射过程中观察到的恐惧诱导冻结的显著损害(图2C和2D)。这些结果表明，ACC-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 (4-12 Hz)节律可能会调节ACC-BLA回路中的同步活动。有人认为，海马θ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的下部范围(图3A)。根据海马体能量的变化，5-7赫兹节奏在ACC-BLA回路中，共情反应被双向调制(图3B-E)。

这项研究强烈表明，ac - bla中海马依赖的5- 7hz同步振荡特别驱动小鼠的共情反应。

Hee-Sup Shin博士说:“考虑到哺乳动物观察恐惧的普遍性，我们有理由假设在人类中可能发现类似的对情感性共情至关重要的神经信号，并可用于识别人类的共情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波节律如何控制ACC-BLA节律。未来的研究应该探讨在观察过程中如何同时调动多个大脑区域恐惧．"