Nature 神经科学新进展:结合人工智能消除恐惧记忆

假设你恐高、害怕蜘蛛或有幽闭恐惧症,现在有一种能让你免于恐惧的方法,你会使用吗?


一个神经科学家团队近日宣布他们发现了一种可以通过重新调节人脑以克服特定恐惧的方法。他们的方法如果可以得到进一步的研究证明,那么就有望得到一种治疗恐惧症或创伤后应激障碍(PTSD)的方法。

这个跨国团队本周一在 Nature Human Behaviour 上发表了他们的研究论文《Fear reduction without fear through reinforcement of neural activity that bypasses conscious exposure》。


据美国国家心理健康研究所的数据,在美国大约有 1900 万人(8.7% 的人口)在面对特定目标或处于特定情形时会出现显著的或持续性的恐惧。

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图中的两个红色球体显示了大脑的恐惧中心——杏仁体(amygdala)。


而另一种焦虑症 PTSD 则影响了大约 770 万美国成年人,这种疾病多半来源于个人经历的创伤事件,比如性侵犯或军事战斗。


该研究的作者表示他们想要开发目前已有的焦虑症治疗方法的替代方法。比如说,厌恶疗法(aversion therapy)是将病人暴露在他们的恐惧面前,让他们明白黑屋子、高楼或狭窄的电梯其实是无害的。


这种新方法结合了人工智能(AI)和大脑扫描技术,得到了一种被称为「解码的神经反馈(Decoded Neurofeedback)」的技术。


在他们的实验中,这些神经科学家在 17 名健康的志愿者身上进行了实验。他们没有测试参与者已有的恐惧症,而是创造了一种新的温和的「恐惧记忆」——在志愿者看到一张特定的计算机图像时就给他们一次简短的电击。


大脑扫描仪监控了这些志愿者的心理活动,并且能够找出特定的恐惧记忆的标识。使用人工智能图像识别方法,研究者表示他们开发出了一种快速且准确的读取恐惧记忆信息的方法。


「那么接下来的挑战就是找到一种减少或消除这些恐惧记忆的方法,而且不需要有意识地唤起它,」该论文的作者之一、剑桥大学工程系神经科学家 Ben Seymour 说。


Seymour 说该团队意识到这些志愿者的大脑仍然表现出了特定恐惧记忆的症状,即使当他们正在休息而没有意识到恐惧的时候。


因为这些科学家们能快速解码这些大脑模式,他们给参与者的一点钱,然后可怕的记忆就会与这些奖励联系起来。受试者被告知了他们的现金奖励能反应出他们的大脑活动,但是他们不知道活动的具体细节。这个团队将这一过程重复进行了三天。


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「事实上,以前调整过来预测疼痛性休克的(恐惧)记忆的特征现在正在被重新编程以预测一些积极的事,」Ai Koizumi 说道,她是这项研究的第一作者,也是日本大阪信息和神经网络研究中心的科学家。


在奖励疗法结束后,科学家向志愿者们再次展示了与电击相关的图片,志愿者们大脑中的恐惧中心——杏仁体——不再出现增强活动了。


「这意味着我们可以减少恐惧的影响,在志愿者们没有意识到的情况下消除恐惧的记忆。」Koizumi 说道。


该项研究的作者同时表示,目前进行过的试验范围仍然过小,他们将会进行进一步研究,并将这种方法最终改进为临床疗法,用于患有恐惧症或 PTSD 的患者。同时,研究人员希望「解码的神经反馈」可以帮助这些患者避免暴露疗法的压力或药物治疗的副作用。



论文:通过增强绕过有意识暴露的神经活动实现无痛恐惧减少(Fear reduction without fear through reinforcement of neural activity that bypasses conscious exposure


摘要

恐惧调节(fear conditioning)是各种物种的一个根本上重要的和保有的过程。在人类中,这和恐惧症(phobias)和创伤后应激恐惧症(PTSD)等与恐惧相关的疾病有关。恐惧记忆可以通过反调节(counter-conditioning)来减少,其中恐惧调节的刺激物(CS+s)可以通过奖励(reward)或全新的无威胁刺激来强化。但是这个过程涉及到 CS+s 的明确表征,其在成功减少恐惧之前本身就是一种厌恶刺激(aversive)。当研究者尝试将这种实验范式转换成临床设置时,这种厌恶感可能会成为一个问题。此外还有这样的基本问题:恐惧对象的明确表征是否是有必要进行恐惧减少的。尽管之前没有明确刺激表征的学习已经得到了证明,但恐惧是否能在避免明确暴露于 CS+s 的同时被减少还是很大程度上未知的。最近开发出的一种方法使用了一种明确的方法来诱导学习,这种方法使用了多变量功能磁共振成像(fMRI)信号的实时解码来增强特定刺激的神经表征,而不需要出现特定的刺激;也就是说,多体素脑活动模式(multi-voxel brain activity pattern)与特定刺激(解码出的 fMRI 神经反馈(DecNef))匹配的共现的配对奖励(pairing rewards)。研究表明参与者通过 DecNef 表现出了对特定视觉刺激特征的感知学习,而没有给出任何特定神经表征的诱导策略,也不清楚强化的神经表征的内容。在这里我们检验了是否可以将类似的方法应用到恐惧的反调节上。我们的研究表明我们可以通过将奖励与视觉皮层中表征一个 CS+ 的激活模式(activation pattern)配对来减少恐惧,同时参与者并不清楚这个手术的过程和目的。这个手术可能只是通过无意识过程(unconscious processing)实现恐惧相关疾病(如恐惧症和 PTSD)的全新治疗方法的初始步骤。

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吴攀
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