【BI&AI】Lecture 12 - Emotion in Brain & AI

Emotion in Brain & AI

专业术语

Limbic system 边缘系统
Amygdala 杏仁核
temporal lobe 颞叶
hippocampus 海马体
Central Nucleus 中央核
medial amygdala 内侧杏仁核
ventral periaqueductal gray 腹侧中脑导水管周围灰质

课程大纲

What is emotion

• 当大脑检测到某些具有挑战性的情况时，会引发一系列更多或更少无意识的生理反应（Physiological responses）。这些自动的（unconsciously）生理反应发生在大脑和身体之中。

  • 在大脑中，这些反应涉及到觉醒水平的变化以及注意力、记忆加工和决策策略等认知功能的改变。

  • 在身体中，这些反应涉及到内分泌、自主神经和肌肉骨骼等方面的反应。

• 感受（Feelings）是有意识（conscious）的体验，通常（但并非总是）伴随着这些身体反应。从某种意义上说，感受是我们的大脑创造的描述，用来代表由情绪状态产生的生理现象。

The James- Lange vs The Cannon- Bard Theory

情绪的产生有两种流派，在下图展示了两种流派解释的看到蛇所引发的情绪反应。

• The James- Lange理论认为，情绪是对我们身体生理变化的知觉，即生理变化在先，情绪体验在后。例如，当我们看到一条蛇时，会本能地感到害怕，这种害怕情绪是由于我们的生理反应，如心跳加速、血压升高，我们对这些身体变化的感知导致了恐惧情绪的产生。简而言之，詹姆斯-兰格理论主张“我做了所以我觉得”。

• The Cannon- Bard Theory理论认为，情绪体验和生理变化是同时发生的，都是由中枢神经系统的丘脑控制的。当外部刺激发生时，神经冲动会传递到丘脑，然后同时引发身体和情绪的反应。这意味着，当我们遇到一条蛇时，我们感到的恐惧和身体的生理反应是几乎同时出现的，因为它们都是由丘脑激活的。坎农-巴德理论可以概括为“我感觉到所以我做了”。
  
  Neural control of emotional responses to external stimuli
  

Limbic System

边缘系统（Limbic system）是一个位于大脑深处的复杂结构，包括海马体、杏仁核、扣带回等多个部分。它主要负责处理情感、记忆和学习等与人类行为密切相关的功能。其中杏仁核（Amygdala）主要参与处理情感信息，特别是与恐惧和焦虑等负面情绪有关的信息。

Basic emotion theory

Body involved in 6 basic emotions
有个研究观察人在不同情绪下激活的身体部位有哪些，越红的颜色表示这部分越活跃。

Brain activation with 5 basic emotions
下图是关于五种情绪激活的脑区的热图，可以看到每一种情绪激活的脑区都不是一个区域，并且现在关于每种情绪具体激活什么脑区还没有定论。

Amygdala

杏仁核的横截面

(a) 外侧（Lateral）和内侧（medial）视图显示了颞叶（temporal lobe）中杏仁核的位置与海马体（hippocampus）的关系。

(b) 大脑经冠状切面切割，显示了杏仁核的横截面。基底外侧核（basolateral nuclei）（用红色标示）接收视觉、听觉、味觉和触觉输入。皮质内侧核（corticomedial nuclei）（用紫色标示）接收嗅觉输入。**中央核（Central Nucleus）**在情绪调节和恐惧反应中起着关键作用。中央核接收来自壳核和其他脑区的输入，并通过其输出神经元向下丘脑、脑干和自主神经系统发送信号，调节生理和行为反应。

Amygdala and induced fear

杏仁核跟焦虑恐惧这种负面情绪有关，所以对恐惧面孔的大脑活动显示出比对中性表情面孔更多的杏仁核活动（下图）。
杏仁核损伤的患者也无法识别恐惧的面部表情，并且对这些表情无法产生自主的恐惧反应。

Q: 当使用电刺正常的激杏仁核的时候，会发生什么？
A: 根据刺激的位置不同，杏仁核刺激可能会引起不同的效应，包括增加警觉或注意力的状态。在猫的杏仁核侧面刺激可以引发恐惧和暴力攻击的组合。据报道，对人类杏仁核进行电刺激可能导致焦虑和恐惧。

Amygdala and unconditioned fear

许多动物依靠与生俱来的（无条件的）嗅觉信号来检测威胁、伴侣、食物等。例如，啮齿动物在探测到狐狸尿液时会表现出停止活动和其他防御行为。

Neural circuits underlying innate fear
在哺乳动物中，涉及捕食者或同种异味的无条件威胁信息从嗅觉系统的嗅球组分传递到内侧杏仁核(medial amygdala)。内侧杏仁核的输出到达腹侧下丘脑(ventromedial hypothalamus)，腹侧下丘脑与前乳头下丘脑核相连接。学习性恐惧依赖于腹侧中脑导水管周围灰质（ventral periaqueductal gray, ventral PAG）区域，而无条件恐惧反应则依赖于下丘脑到背侧PAG区域(doral PAG)的连接。

Amygdala & learned fear(Fear-conditioning learning)

当我们的感官接收到刺激，（来自感官的信息在传递到中央核之前，通常会先传递到内侧杏仁核进行加工和整合）会将信息传导到杏仁核，杏仁核的特定区域将信息传递到Hypothalamus产生自主的反应，或者传递到脑干中的PAG来控制行为，或者传递到大脑皮层其他区域。

内侧杏仁核的信息只传递给中央核吗？
不是，一般来说，感官信息首先通过感觉皮层传递到内侧杏仁核。内侧杏仁核在接收到这些感觉信息后进行加工和整合。
然后，内侧杏仁核可以通过多个路径将信息传递到其他杏仁核区域，包括中央核。其中一条重要的路径是内侧杏仁核-中央核路径（Medial Amygdala-Central Nucleus Pathway），它允许内侧杏仁核的信息传递到中央核。
除了内侧杏仁核-中央核路径之外，还有其他路径和连接，例如来自壳核和核团团块等核团的输入，以及与大脑皮层和下丘脑之间的连接。

杏仁核与其他脑区之间信息传递

• 杏仁核与感官信息的传递：外界的感官刺激，如视觉、听觉和嗅觉等，首先被传递到大脑的感觉皮层。然后，来自感觉皮层的信息将传递到杏仁核。
• 杏仁核内部的信息处理：一旦感官信息到达杏仁核，它将在杏仁核内部进行处理和加工。杏仁核由多个核团组成，包括基底核（basal nuclei）、中央核（central nuclei）和核团团块（nucleus of the amygdala）。这些核团之间通过神经元连接形成复杂的回路。在杏仁核内部，感官信息与情感、记忆和行为反应相关的神经元进行交互作用，从而产生情绪和恐惧的响应。
• 杏仁核与大脑皮层的连接：杏仁核与大脑皮层之间的连接是情绪和记忆加工的关键。杏仁核与前额叶皮层（prefrontal cortex）和顶叶皮层（temporal cortex）之间的连接特别重要。这些连接允许杏仁核与高级认知和情感调节过程相互作用，以调节情绪反应和行为的表达。
• 杏仁核与下丘脑的连接：杏仁核与下丘脑之间的连接是情绪和自主神经系统调节的重要通路。杏仁核的输出神经元与下丘脑的不同核团相连接，其中包括下丘脑的腹侧核团（ventromedial nuclei）和前乳头下丘脑核（pre-mammillary nuclei）。这些连接允许杏仁核通过下丘脑调节自主神经系统的活动，从而影响生理反应，如心率、呼吸和体温等。

Neural circuits engaged during fear conditioning
下图显示了不同的感官信息在大脑中的传递过程

Amygdala and fear- conditional learning
B图展示了在学习之前和学习之后杏仁核放电变化，C图可以看到，在学习恐惧条件之后，LA neurons是比听觉皮层的神经元先放电电，也就是说，在恐惧条件（声音）到来之前，在大脑中就已经产生了恐惧。

这节课很有意思，感觉以后对于不理解的人，就想ta一定是脑子有病就行了hhh