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研究發現人在壓力過大時，負責高級認知功能的腦區會交出“控制權”，讓一些在進化上相對古老、控制情緒和原始衝動的腦區掌控大腦，於是我們變得焦躁， 做出一些本不該做的事……
撰文 艾米·安斯頓（Amy Arnsten）
卡羅琳·M·馬緒爾（Carolyn M. Mazure）
拉吉塔·辛哈 （Rajita Sinha）
翻譯 趙祥宇
醫學 院校的入學考試，內容總是十分龐雜，應試者至少需要5個小時，才能做完上千道試題，即使準備得再充分，考生也會被弄得焦頭爛額。 對於即將成為內科醫生的人來說，持續的壓力往往導致邏輯思維能力減弱，甚至可能完全喪失。 當我們搞砸了演講，寫作遇到障礙，寫不下去，或是拼命想完成長時間的考試時，憋悶、緊張、思維停頓、煩躁不安、眉頭緊鎖、尖叫等種種症狀，就會隨 之而來。
幾十年來，科學家都認為已經弄清楚了，當人們在考試或在前線打仗時，大腦是怎樣工作的。 但最近，一種嶄新的實驗方法，讓科學家對壓力狀態下的人體生理活動有了全新的認識。 這些研究表明， 人們在壓力下的反應，不僅僅是由於一種原始的神經衝動影響了大腦中的某些部位 （這種原始反應存在於從蜥蜴到黑猩猩再到人類等許多動物中），實際上， 壓力還會影響靈長類動物大腦中最發達的部位，嚴重削弱最高級的大腦功能。
較早的教科書認為，當人們面對壓力時，位於大腦底部的 下丘腦 （一種較早進化出來的大腦結構）會迅速作出反應，並誘導腦垂體和腎上腺分泌一系列激素，這些激素能加速心跳、升高血壓、降低食慾。 而現在，在這個過程中，科學家發現 前額葉皮層 扮演著意想不到的角色。 前額葉皮層臨近頭部前額，能作為控制中心協調注意力、判斷力、決策能力、洞察力、計劃能力、回憶能力等高級認知功能。 前額葉皮層是大腦中較晚進化出來的部位，它甚至對暫時性、日常性的焦慮和擔憂都很敏感。
平時，一切正常時，前額葉皮層作為控制中心，能夠調控我們的基本情緒和衝動。 但是，最近的研究表明，巨大的、不可控制的壓力會引發一系列神經化學反應，不僅會減弱前額葉皮層的控制力，還會加強那些在進化上比較古老的大腦區域的影響力。 也就是說， 大腦將思維和情感的控制權從前額葉皮層轉移到了比較原始的區域 。 一旦這些比較古老的區域接管了控制權，我們就會發現自己處於深度焦慮的狀態，或者無法抑制平時很好約束的衝動：沉溺於食物、酒精、毒品，或是在專賣店大肆揮霍。 簡單地說，我們失控了。
人們逐漸認識到，過度的壓力會嚴重損傷大腦中高級“執行”區域的功能，這也引起了越來越多的科學家的興趣。 現在，他們不僅想弄明白，當我們不知所措時大腦裡發生了什麼，而且正在努力尋找行為和藥物干預的方法。
多年來，科學家對於人們為什麼會失控表現出了極大的興趣。 第二次世界大戰後，科學家分析了為什麼在和平時期訓練有素的飛行員，在激戰中往往會犯下簡單卻致命的錯誤。 直到近些年，隨著大腦成像技術的廣泛應用，人們才逐漸了解到大腦中發生了什麼。 大腦掃描發現， 前額葉皮層中的神經活動非常密集，這說明大腦的這個控制中樞非常容易受到影響 。
在復雜的大腦結構中，前額葉皮層所處的特殊位置決定了它對壓力具有很強的敏感性。 它是大腦中進化最完全的區域，佔了人類大腦皮層的三分之一，這個比例高於其他任何靈長類動物。 前額葉皮層的成熟過程也比其他大腦區域緩慢，青春期後才能發育完全。 這個區域包含許多負責抽象思維的神經迴路，能使我們集中註意力，堅持完成工作任務，同時將信息儲存在我們的工作記憶裡。 由於儲存了短時工作記憶，我們在做加法運算時，前額葉皮層可以幫助我們記住上一步運算結果。 而作為一個心理活動的控制單元，前額葉皮層還能抑制不適宜的想法和行動。
前額葉皮層的功能是通過 錐體細胞 （pyramidal cell，一種錐形神經元）組成的龐大內部網絡來實現的。 這種神經元還會與控制情緒、慾望和日常習慣，距離相對較遠的大腦區域相連。 當我們平時比較放鬆時，上述網絡裡的神經迴路會正常運行：工作記憶會提醒我們，要及時著手於下週就該完成的任務；而某些神經迴路將向大腦的低級部位發出信號，提醒 我們不要貪杯；還有的神經迴路會發出信息，傳遞到位於大腦深處、控制恐懼反應的杏仁體，讓我們不至於擔心正要停靠在人行道邊上的大卡車會迎面撞來。
要使這個網絡一直正常運行是很困難的，每當壓力增大時，即便是神經化學環境發生細微變化，都會阻礙網絡的信號傳輸。 一旦面對壓力，大腦中就會充滿讓人興奮的激素，比如去甲腎上腺素和多巴胺，它們是由腦幹的神經元釋放出來的，這些神經元伸出的軸突貫穿整個大腦。 前額葉皮層中，這類化學物質的增加會弱化神經元間的連接點——突觸的功能，使神經元不能正常放電。 於是，神經網絡變得不那麼活躍，我們調節自身行為的能力開始減弱。 當下丘腦控制的腎上腺將應激激素皮質醇釋放到血液，並由血液輸送到大腦時，情況會變得更糟糕。 在這種情況下，自我控制將依賴於一種很微妙的平衡。
“沉著冷靜”實際上是對我們一種基本生理現象的描述。 前額葉皮層中的神經迴路，可以讓工作記憶始終專注於我們當前的任務，防止大腦深處產生的大量神經遞質引發恐慌。
20年前，我們曾開展過一項研究，希望弄清楚屏蔽前額葉皮層的功能到底難不難。 安斯頓（本文作者之一）和耶魯大學帕特里西亞·高曼-拉希克（Patricia Goldman-Rakic，已故）在一項動物研究中首先闡明，在緊張狀態下，神經化學信號的 改變，是如何快速“關閉”前額葉皮層功能的。 該研究表明，在前額葉皮層中，當神經元受到大量神經遞質或應激激素的刺激時，神經元間的連接就會中斷，神經元的活性也會受到抑制。
與此相反，大腦深處的區域這時會對行為有著更強的控制力。 多巴胺會被傳送到大腦深處的一系列結構（統稱為基底神經節）中，它們能調控我們的慾望、日常情緒和運動反應。 基底神經節可以讓我們在騎自行車時，不會從車上摔下來，但也會讓我們對一些東西上癮，比如擋不住冰激凌的誘惑。
2001年，荷蘭格羅寧根大學的本諾·盧森達爾（Benno Roozendaal）和美國加利福尼亞大學歐文分校的詹姆斯·麥高（James McGaugh）及同事在大腦的另一個古老區域——杏仁體中，也發現 了相似的變化。 當受到去甲腎上腺素、多巴胺和皮質醇刺激時，杏仁體不僅會提醒神經系統中的其他部位做好準備，應對威脅，還會加強和恐懼等情緒相關的記憶。
科學家現在已經將研究延伸到人類。 這些研究表明，由於遺傳因素或者曾受到了較大的壓力，一些人要比別人更加脆弱。 當多巴胺和去甲腎上腺素“關閉”了前額葉皮層掌管高級認知功能的神經迴路時，這兩種神經遞質將通常會被酶分解，以保證神經迴路不會“關閉”很長時間。 於是，當壓力減小時，神經迴路就可以恢復正常。 但有一種基因突變會削弱這些酶的功能，讓攜帶這種突變的人更易受到壓力的影響，甚至患心理疾病。 同樣，一些環境因素也會讓人變得更脆弱，例如鉛中毒時，人會意識模糊，就像受到了較大的壓力。
還有一些研究則想弄清楚，當前額葉皮層連續幾天甚至幾週受到刺激，會發生什麼反應。 在長期壓力下，低級情感中樞的神經網絡似乎有所擴張，而負責邏輯推理的區域則開始萎縮。 在這些情況下，杏仁體神經元中用來接收信號的樹突逐漸變大，而前額葉皮層中的神經元樹突則萎縮了。 美國西奈山醫學院的約翰·莫里森（John Morrison）和同事發現，一旦壓力消失，前額葉神經元的樹突會再生，但如果壓力過大，這種再生能力就會消失。 辛哈（本文作者之一）在人類中找到的證據表明，大腦前額葉灰質的萎縮程度與我們承受的壓力有關。
一系列分子水平上的變化，使得我們在壓力面前更加脆弱，還可能導致抑鬱、成癮和焦慮等症狀，包括創傷後應激障礙等 。 性別也可能是一個重要因素，決定了我們如何應對壓力。 女性體內的雌性激素可能會增強她們的敏感性 。 例如馬緒爾（本文作者之一）和同事發現，面對生活壓力時，女性往往比男性更容易意志消沉。 和男性相比，她們更難擺脫成癮行為，比如吸煙。 對於男性來說，壓力的作用更多體現在讓慾望加劇，以及誘發不良習慣，後者是由基底神經節所調控的。
現在，我們仍然需要更多的研究，來弄清楚壓力是怎樣影響前額葉皮層的自我控制能力。 一些研究者正在研究其他的一些神經化學物質，看它們是如何影響前額葉皮層的。 英國劍橋大學的特雷弗·W·羅賓斯（Trevor W. Robbins）和安吉拉·羅伯茨（Angela Roberts）領導的團隊正在研究5—羥色胺，希望弄清楚這種和抑鬱密切相關的物質，是否 會通過在前額葉皮層中的一些作用，來調節壓力和焦慮情緒。
這些研究始終面臨不小的挑戰，因為根據當前的倫理標準，研究人員不能讓自願者處於極端的心理壓力中，而且還得告知自願者，他們可以隨時退出實驗。 由於自願者對實驗擁有這樣的控制力，就不能很好地模擬生活中的真實心理壓力。 不過，一些實驗室已經成功模擬出了沒有人為因素影響的壓力反應，比如讓自願者觀看驚悚電影，或像辛哈的團隊那樣，讓自願者回憶曾經受到過的壓力。
不過，有一個問題仍然困擾著研究者： 為什麼大腦會擁有一套機制，來減弱自己的高級認知功能。 我們也沒有確切答案，但如果附近的灌木叢中潛伏著一頭猛獸，那些原始反應可能有助於我們逃過一劫——當你在森林中看到一頭老虎，身體突然僵硬不動，老虎就 可能看不到你，這種反應可比記住某首名詩更有用。
我們大腦的高級功能網絡運行緩慢，擅長深思熟慮，而當這個網絡的功能被抑制時，原始的神經迴路就能在危險情況下及時制止我們，或讓我們快速逃離。 在現代社會，當我們面對危險時，這些機制可能起著相似的作用。 比如，當一個魯莽的司機超車時，我們會及時踩下剎車。 但是，如果我們一直生活在這種狀態中，前額葉皮層的功能就會不斷減弱，造成嚴重後果，特別是當親人身患重病，我們需要經過利弊權衡，作出重要決定時，或者是在極短 的時間內，要完成一個重要項目時。
對於焦慮的機制，隨著認識的不斷加深，我們可以設計出一些方案，來保持神經控制中心的平穩運行。 科學家希望，弄清楚使大腦由“思考型”退化到“反射型”思維模式的分子機制，可以由此找到治療應激障礙的有效方法。 一些結果印證了我們此前所知道的一些信息。 急救訓練或是服兵役，實際上都是為了讓基底神經核或其他大腦結構學會求生所必需的自發反應。 動物研究表明，心理控制意識始終是我們是否會在壓力下崩潰的決定性因素——對於軍人或急救醫師來說，這種意識已經是第二天性。 在聽眾面前從容自信的人，公開演講會讓他們興奮無比，而其他人則會感到恐慌，腦子裡一片空白。
動物實驗發現，在青春期時就能成功面對一般壓力的小動物，在成長過程中能更好地處理各種壓力。 類似地，在對人類的研究中發現， 成功面對各種挑戰的經歷能夠增強人類自身的適應能力。 相反，如果小孩在壓力下不斷受挫的話，那麼長大後，他們面對壓力時往往會更加敏感，更容易被各種負面情緒所困擾。
新的治療手段會逐漸湧現出來。 哌唑嗪 （prazosin）是一類用於治療高血壓的藥物，它能阻止去甲腎上腺素的負面作用，這種藥物正在患有創傷後應激障礙的老兵和平民接受測試。 哌唑嗪也許還能治療嗜酒和一定程度的強迫購物症。 最近，美國耶魯大學的雪莉·麥基（Sherry McKee）的一項研究發現，另外一種治療高血壓的藥物胍法辛（guanfacine)能抑制某些壓力反應，加強前額葉皮層神經網絡的功能 ，幫助壓力狀態下的人戒菸（對於治療青少年註意力障礙的緩釋型胍法辛，Shire醫藥公司要向安斯頓和耶魯大學支付專利費，但對於治療成人的普通胍法辛卻不支付 專利費）。 此外，許多實驗室已經證實，放鬆、深呼吸、冥思等行為療法也能降低壓力的影響。
我們如何才能控制自己呢？ 或許，了解了大腦在壓力下的反應模式，我們就能夠增強自身的控制力。 下次，當你參加考試或進行公開演講，大腦一片空白時，你就可以暗示自己：“這是大腦想讓我虎口脫險。”這樣，即使你找不到正確的答案或者是恰當的詞語， 你的臉上也會洋溢出滿足的笑容。
參考資料
Stress Signalling Pathways That Impair Prefrontal Cortex Structure and Function. Amy F. T. Arnsten in Nature Reviews Neuroscience, Vol. 10, pages 410–422; June 2009.
Can’t Remember What I Forgot: Your Memory, Your Mind, Your Future. Sue Halpern. Three Rivers Press, 2009.
Prefrontal Cortical Network Connections: Key Site of Vulnerability in Stress and Schizophrenia. Amy F. T. Arnsten in International Journal of Developmental Neuroscience, Vol. 29, No. 3, pages 215–223; 2011.
本文轉載自公眾號“環球科學ScientificAmerican”（ID: huanqiukexue）。
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