城大科學家發現助動物感知危險的關鍵神經環路，為治療幻聽提供新研究方向

動物要在艱險的自然環境中求生，其與生俱來的先天防禦本能，包括逃跑、僵立和攻擊（flight-freeze-fight），至為重要。香港城市大學（香港城大）的神經科學家最近發現動物大腦中有一個重要的神經環路，它使動物能夠盡早感知和整合環境線索，以便及時啟動防禦行為。今次的科研發現，為如何進一步研發有效方法去治療出現幻聽的精神分裂症病人，提供了新的研究方向。

這項研究由香港城大神經科學系黃俊康講座教授（轉化神經科學）賀菊方教授和助理研究教授陳曦博士領導。研究團隊揭示了大腦內的前扣帶皮層（anterior cingulate cortex, ACC）和聽覺皮層（auditory cortex, ACx）在危機近在眼前時，如何連手幫助小鼠提高生存率。有關研究成果已在科學期刊《Cell Reports》上發表，題為「前扣帶皮層直接增強在氣吹促進的逃跑行為中的聽覺皮層反應」（"The anterior cingulate cortex directly enhances auditory cortical responses in air-puffing-facilitated flight behavior" ）。

在艱險的動物世界中，重要的環境線索，例如空氣的流動或氣吹（air-puffing），再隨後而來出現不尋常的聲音，便有可能是危機逼近的信號，例如獵食者突襲的前奏。為了縮短作出防禦行動所需的反應時間，動物需要盡快及極速地感知和整合這些預示危險的環境線索，從而迅速逃跑，以增加生存機率。但是，動物是如何做到這一點呢？

逃跑行為背後的腦神經運作

「在過去十年，科學家們研究了單一感官驅動的防禦行為，以及它背後所牽涉的潛在神經回路。然而，人們對顯著環境線索如何影響本能的防禦行為，則所知甚少，但其實這對提高生存機率非常重要，尤其是當動物遇到迫在眉睫的危機時。」陳曦博士指出。

以往的研究發現，高響度的聲音可以觸發動物以逃跑避險的先天本能。在香港城大的最新研究裡，研究團隊在發出高響度的聲音之前，向實驗中的小鼠給予氣吹，以模擬顯著的環境線索。他們透過解剖學、生理學、光遺傳學及化學遺傳學的方法，深入研究了腦部負責認知功能的前扣帶皮層和聽覺皮層所組成的神經環路，如何控制小鼠的逃跑行為。

在實驗過程中，香港城大的研究人員測量了小鼠在不同氣壓的「氣吹」及不同強度的聲音之下，小鼠逃跑的速度有何變化。他們亦使用了光纖亮度測量和細胞外記錄等先進技術，詳細記錄了實驗期間小鼠大腦活動的變化，並同時對瞳孔大小進行了監測。

以實驗探索吹氣及聲音造成的影響

首先，研究團隊展示了氣吹會促進小鼠因聲音而誘發的逃跑行為。在實驗中，他們首先確認了聲音能誘發逃跑行為，尤其是在高響度的聲音。然後，他們進一步研究假若在聲音之前出現氣吹，會如何影響小鼠的逃跑行為。結果實驗發現，在聲音出現之前，即使僅僅是溫和的氣吹，也會令小鼠跑得更快，即是觸發了更強烈的逃跑行為。這個模型為未來進一步理解動物與生俱來的防禦行為，提供了新方法。

其次，研究團隊展示了腦部的前扣帶皮層會對氣吹的相關信息進行編碼，並通過把信息傳遞到「聽覺皮層」，增強了聽覺反應，從而促進了逃跑行為。他們還證明了這一個新發現的神經環路，對於動物整合氣吹和聲音這兩大環境線索非常重要。假若抑制了前扣帶皮層的活動，又或是抑制了它對聽覺皮層的投射，會使促進逃跑的效果被中和。

此外，以往科學界對於聽覺皮層由上而下調控的研究，主要集中於運動皮層如何向聽覺皮層傳遞運動相關信息。但香港城大團隊在今次的研究中，便進一步揭示了腦部的前額葉區也能調控和增強聽覺皮層活動。

研究團隊相信，由前扣帶皮層及聽覺皮層（ACC-ACx）組成的神經環路，對於動物整合氣吹及聲音的環境線索極為重要。激活這一環路，對動物能夠在危險的自然環境中生存，或許至為關鍵。例如，氣流（氣吹）和不尋常的聲音的同時出現，與只有聲音，可更准確地幫助動物預測到獵食者的出現，從而使動物能夠及早應變，更快地逃跑。

治療幻聽的可能解決方案

然而，過分敏感的神經環路不一定是好事。賀菊方教授指出，正如「每枚硬幣都有正反兩面」，凡事有利有弊，前扣帶皮層若出現病理性的過度興奮，可能反過來會令聽覺系統過度活躍，誘發幻聽等問題及症狀。

賀教授認為，值得研究當中的啟示：「從今次的研究結果可見，抑制前扣帶皮層的過度興奮可能有助於減少幻聽，這為研發新方法去治療有幻聽症狀的精神分裂症患者，提供了一個新的研究方向。」 他續說︰「但科學界仍需進行更多的研究，來了解前扣帶皮層投射到感官皮層（如聽覺皮層）的機制，以及上述機制與幻聽等病理狀況可能存在的關聯。」

香港城大神經科學系的孫文健博士和湯朋博士以及城大生物醫學系的梁燁小姐，是有關研究論文的共同第一作者。賀菊方教授和陳曦博士是論文的共同通訊作者。研究得到了香港研究資助局、創新及科技基金、醫療衛生研究基金和國家自然科學基金委員會的支持。

https://www.cityu.edu.hk/zh-hk/research/stories/2022/05/05/cityu-scientists-reveal-new-neurocircuitry-essential-animals-sense-environmental-cues-imminent-danger