引言

深夜实验室里，看到同学因为实验失败而垂头丧气，你会下意识上前安慰；行为房里，一只小鼠看到同伴被电击而蜷缩发抖，也会凑过去反复舔舐安抚——这些看似本能的共情与帮助行为，我们总以为是“心之所向”，却很少思考在我们的大脑里，究竟是什么神经机制，让“感知他人的痛苦”转化为“主动伸出援手”？近日，斯坦福大学Jin Hyung Lee团队在《Science》发表了题为“Empathy and prosocial behavior powered by orexin- driven theta oscillations”的研究，探究了情感共情（感知并分享他人情绪）转化为亲社会行为（主动帮助他人）的神经机制，找到了连接“情感共情”与“助人行动”的关键纽带。今天，我们就结合这篇研究，一步步拆解大脑里的“共情密码”，读懂每一个善意举动背后的神经信号。

1.共同的恐惧经历，会增强共情与亲社会行为

为探究共享的恐惧体验是否会影响小鼠的情感共情（观察性恐惧）和亲社会行为（安慰行为），研究团队结合观察性恐惧（OF）实验与安慰实验，设置无恐惧经历的naive OF组和经情境恐惧条件化（CFC）给予0.5mA、2s电击的有恐惧经历的Exp OF组，同时将观察性恐惧分为“注视式冻结”与“非注视式冻结”以区分社交视觉线索的影响，并借助行为学追踪量化小鼠的冻结行为、自梳理和异体梳理（安慰行为）。研究团队发现在naive OF组和Exp OF组中，小鼠的“注视式冻结”都显著多于“非注视式冻结”且Exp OF组的这种差异更明显（图1D-G），Exp OF组在与示范者小鼠重聚时，异体梳理和自梳理的时长均高于基线水平且异体梳理时长显著高于naive OF组（图1J-K），而两组的自梳理时长无差异（图1I），若给予高强度CFC（1.0mA），Exp OF组的“注视式冻结”增幅下降且异体梳理行为消失（图2）。上述发现表明共同的恐惧经历会选择性增强小鼠的情感共情（观察性恐惧）和亲社会安慰行为。

2.ACC的5-7Hz theta振荡，调控共情与亲社会行为

此前研究发现前扣带回皮层（ACC）的theta振荡（5-7 Hz）与共情相关^[1,2]。为探明ACC的theta振荡是否参与共情与亲社会行为以及共同恐惧经历是否会影响这种振荡，研究团队在小鼠ACC植入电极进行局部场电位（LFP）记录，同步监测小鼠在观察性恐惧实验和安慰实验中的神经振荡，分析不同行为状态（冻结、梳理）下5-7 Hz theta振荡的功率变化，并结合旷场实验、高架十字迷宫实验验证安慰行为的实际抗焦虑效果。他们发现naive OF组小鼠在“注视式冻结”时，ACC的5-7 Hz theta振荡功率显著高于“非注视式冻结”、“注视式静止”和“非注视式静止”（图3F-I），但在异体梳理时theta振荡功率无变化（图3L-O），而Exp OF组小鼠在“注视式冻结”和异体梳理时，ACC的5-7 Hz theta振荡功率均显著升高（图4F-I、图4M-O），自我梳理时则无变化（图4L-N），且接受更多异体梳理的示范者小鼠，在旷场实验中停留在中央区域的时间更长（图4P-R），高架十字迷宫实验中停留在开放臂的时间更长（图5H-I），雄性小鼠的血浆皮质酮水平降低（图5J-K）。这都表明ACC的5-7 Hz theta振荡是连接共情（观察性恐惧）和亲社会行为（安慰行为）的共享神经底物；共同恐惧经历会激活theta振荡在亲社会行为中的参与，且这种振荡仅特异性参与亲社会安慰，不参与自我情绪调节。

图1 共同的恐惧经历选择性增强小鼠的情感共情和亲社会安慰行为

图2 Exp OF 组观察者小鼠过高强度的先前恐惧经历消除重聚时异体梳理行为的增强效应

图3 在亲社会行为中naive OF组观察者小鼠ACC的5-7 Hz theta振荡并未被激活

图4 Exp OF 组观察者小鼠ACC的5-7 Hz theta振荡调控情感共情和亲社会行为

图5 Exp OF 组示范者小鼠焦虑样行为减少，且雄性小鼠的皮质酮水平降低

3.食欲素神经元仅在有恐惧经历的小鼠中选择性参与共情与亲社会行为

为探究下丘脑外侧区（LHA）的食欲素能神经元（LHA^Orx）是否参与共情与亲社会行为以及其活动是否与ACC theta振荡相关，研究团队采用光纤记录技术，在小鼠ACC表达基因编码的食欲素传感器（OxLight1），实时监测食欲素能神经元的活动，同步记录小鼠在观察性恐惧实验和安慰实验中的行为与食欲素信号，并对比naive OF组和Exp OF组的差异。他们发现Exp OF组小鼠在“注视式冻结”和异体梳理时，ACC区域的食欲素能神经元活动均显著升高，而“非注视式冻结”、条件化（Conditioning）阶段和自我梳理时无明显变化（图6F-I、图6L-O），naive OF组小鼠仅在习惯化阶段出现短暂的食欲素活动升高（图7F），在“注视式冻结”和异体梳理时无明显变化（图7H-I、7M-O），这一短暂升高仅与觉醒相关，而非情感共情或亲社会行为。上述结果表明LHA^Orx神经元仅在有恐惧经历的小鼠中被选择性招募到共情（观察性恐惧）和亲社会行为中，其活动变化与ACC的5-7 Hz theta振荡变化高度一致，提示二者可能存在调控关系。

图6 Exp OF 组观察者小鼠食欲素神经元选择性参与情感共情和亲社会行为

图7 naive OF组观察者小鼠食欲素神经元不参与情感共情和亲社会行为

4.食欲素驱动的ACC theta振荡是共情与亲社会行为的关键调控者

为验证LHA^Orx神经元向ACC的投射是否通过调控ACC的5-7 Hz theta振荡进而调控共情与亲社会行为，研究团队结合化学遗传学和光遗传学，同步进行LFP记录和行为学监测，验证通路抑制对theta振荡和行为的影响，并借助DeepLabCut机器学习实时检测小鼠注视行为，以精准触发光抑制。他们发现化学遗传学抑制LHA^Orx-ACC通路后，Exp OF组小鼠在“注视式冻结”时ACC的5-7 Hz theta振荡功率降低（图8H-O），安慰实验中的异体梳理时长减少、自我梳理时长增加（图8P-Q），实时、注视依赖式光遗传学抑制该通路（仅当小鼠注视演示小鼠时触发抑制）后，Exp OF组小鼠的“注视式冻结”行为减少（图9C-F），ACC的5-7 Hz theta振荡功率显著降低（图9G-N），且仅在观察性恐惧的条件化阶段施加这种光抑制，就会导致后续安慰实验中的异体梳理时长减少（自我梳理无变化）（图9O、S），且异体梳理时的ACC theta振荡功率降低（图9T-V），而对naive OF组小鼠进行相同的光抑制，其“注视式冻结”、异体梳理行为及ACC theta振荡均无明显变化。综上所述，LHA^Orx神经元向ACC的投射，通过驱动ACC的5-7 Hz theta振荡，因果性调控有恐惧经历小鼠的共情（观察性恐惧）和亲社会行为；该通路仅在有共同恐惧经历时被激活，是连接情感共情与亲社会行为的关键上游调控通路。

图8 化学遗传学抑制LHA^Orx-ACC通路破坏Exp OF 组观察者小鼠的情感共情和亲社会行为

图9 LHA^Orx-ACC的投射通过theta振荡驱动Exp OF 组观察者小鼠情感共情和亲社会行为

总结：共情与善意的“神经密码”，藏在食欲素与theta振荡里

回到我们开头提到的场景：我们安慰失意的同学，小鼠安抚受惊吓的同伴，这些行为看似简单，实则是大脑内一套精密神经环路协同作用的结果：共同的恐惧经历是共情与亲社会行为增强的关键，适度的恐惧经历会促进共情向亲社会行为转化，过度恐惧则会抑制这一过程；前扣带回皮层ACC的5-7 Hz theta振荡，是共情（观察性恐惧）和亲社会行为（安慰行为）的共享神经底物，仅在有恐惧经历的小鼠中，同时参与两种行为的调控；下丘脑外侧区的食欲素能神经元（LHA^Orx）向ACC的投射，是调控ACC theta振荡的关键上游通路，其选择性激活（依赖于前期恐惧经历），驱动theta振荡，进而实现情感共情向亲社会行为的转化；抑制该通路，会同时破坏共情与亲社会行为。简单来说，食欲素是“开关”，ACC theta振荡是“信号载体”，共同恐惧经历是“激活条件”，三者协同，让我们从“感受到他人的痛苦”，真正变成“主动帮助他人”。

这篇研究虽然破解了共情与亲社会行为的核心回路，但仍有很多细节等待我们探索：食欲素调控ACC theta振荡的具体分子机制是什么？此前研究提到食欲素可能通过orexin 2受体作用于ACC的CaMKIIα+锥体神经元^[3]，但其如何精准调控5-7 Hz theta振荡，仍需进一步探究；研究中观察到有恐惧经历的小鼠，ACC会出现4 Hz振荡（图2G），这种振荡与5-7 Hz theta振荡的关系是什么？是否参与自我恐惧记忆的召回，进而影响共情反应？研究中发现雄性小鼠的皮质酮水平在接受安慰后降低，而雌性小鼠无明显变化，这种性别差异的神经机制是什么？研究发现的神经环路是否与人类的共情障碍（如自闭症、精神分裂症）相关？能否通过调控LHA^Orx-ACC通路或ACC theta振荡，改善相关疾病的社交功能障碍？

结语

从实验室里的小鼠实验，到人类的社交行为，这篇研究让我们看到了神经科学的魅力——每一个看似本能的行为，都有大脑深处的神经信号在“指挥”。对于我们来说，读懂这些机制，不仅能加深对大脑功能的理解，更能为未来的神经疾病治疗、社交功能调控提供新的思路。下次再看到身边人伸出援手，不妨多想一想：在TA的大脑里，食欲素正驱动着ACC的theta振荡，上演着一场“共情到行动”的精密联动。这，就是科学的浪漫，也是善意的本质。

参考文献：

[1] D. Jeon, S. Kim, M. Chetana, D. Jo, H. E. Ruley, S.-Y. Lin, D. Rabah, J.-P. Kinet, H.-S. Shin, Observational fear learning involves affective pain system and Ca_v1.2 Ca²⁺ channels in ACC. Nat. Neurosci. 13, 482–488 (2010).

[2] S.-W. Kim, M. Kim, J. Baek, C.-F. Latchoumane, G. Gangadharan, Y. Yoon, D.-S. Kim, J. H. Lee, H.-S. Shin, Hemispherically lateralized rhythmic oscillations in the cingulate-amygdala circuit drive affective empathy in mice. Neuron 111, 418–429.e4 (2023).

[3] F. Luo, J.-Y. Deng, X. Sun, J. Zhen, X.-D. Luo, Anterior cingulate cortex orexin signaling mediates early-life stress-induced social impairment in females. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 120, e2220353120 (2023).

原文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.aea7140

作者：胡荣峰组 陈国华