前額葉皮質損傷患者的情緒是如何改變的
張俊海，崔紹傑，解放軍306醫院，神經外科
在人腦，額葉約佔大腦皮質面積的 40%，主要由運動皮質、前運動皮質、前額葉皮質（prefrontal cortex, PFC）和額葉底內側部構成，它是大腦功能的執行中樞，並與大腦其他部位相聯繫，負責對傳入的信息進行加工、整合，並選擇適當的情感和運動反應。額葉病變不僅能改變認知功能、行為和決策能力，也能影響情感和情緒。額葉與情緒之間關係的研究可追溯到 1848 年美國佛蒙特州的鐵路工人 Gage 所遭遇的意外事故。一根鐵釺穿過他的顱骨和左側顴骨，記憶力並未受損，智力也未受累，術後身體恢復得很好，但其情緒和社會性行為發生了很大變化，個性變得傲慢無禮、出言不遜、執拗頑固、任性猶豫。近一個半世紀后經採取 X 線和計算機三維模擬技術，發現 Gage 受損的是雙側額葉中下部分和額葉的腹內側區，尤以左側 PFC 為甚。這是額葉與情緒、社會性行為直接相關的典型病例。除了外傷，對其他原因如腫瘤和手術所導致 PFC 受損的研究也發現有情緒的變化。自 20 世紀 30 年代 Moniz 首次在臨床上對患者行前額葉切除術以來，大量證據表明 PFC 在參與情緒調節上發揮著重要作用。.
PFC 區域較廣，涉及額葉凸面和內側面（BA 9，10，12，24，32，46 區）以及額葉底面（BA 11 區）和眶回（BA 47 區）。在大腦其他結構的協同下，PFC 在注意、知覺、能動性、計劃性、持續行為、工作記憶、語言、控制干擾以及執行功能等均發揮重要作用。特別地，PFC 也是情緒中樞通路的重要環節之一，此功能由其不同的組成部分如背外側部（DLPFC）、腹內側部（MPFC）和眶部（OFC）來執行，各部分在情緒加工過程中發揮著不同的作用。至於 PFC 各部分與情緒的精確對應關係。PFC 在情緒性工作記憶包括在執行功能中發揮作用，PFC 某些部位的損傷會影響對未來情緒性事件的預測能力，致使不能適時地調整行為方式，如對情緒性線索呈現前的預測和呈現后的維持產生影響，但並不妨礙對獎賞和懲罰的即刻反應。採用功能磁共振成像（functional magnetic resonance imaging，fMRI）對 OFC 的研究表明，在無動機時，MPFC 可能參與正性和負性的基本情緒表達，而對由正性或負性情緒狀態引導的目標，DLPFC 更可能直接參与此目標的表達。用正電子發射層析照相（positron emission tomography，PET）發現，在負性情緒形成時，在右側眶前回、額下回、額中回、額上回等發現葡萄糖代謝率增高，而正性情緒則導致左側中央前回及中央后回的葡萄糖代謝率增高。PET 研究顯示，焦慮時 MPFC 被持續激活。
PFC 損傷可造成人格的改變和行為的異常，如運動、言語、腦神經及植物神經功能和精神活動等方面會出現障礙。原發性神經系統的大面積損傷、腫瘤和出血對額葉的影響均會引起行為改變，包括情感表達上的異常，如自控能力差、坐立不安、欣快、抑鬱或情感淡漠。當腦瘤病變使 PFC 受損，患者表現為行為異常，但其智力、注意力及記憶力等均未受損，而情緒體驗的能力有所下降，且情緒引導作用的減退致使其思維決策失控並具衝動性和危險性。
精神分裂症
精神分裂症的癥狀與許多腦區以及它們之間聯繫纖維的功能障礙和結構改變有關。腦成像研究發現，DLPFC 處的突觸聯結髮生了改變，有些患者 PFC 灰質的體積減小，突觸結構簡單，皮質厚度降低。PFC 的病理變化造成患者易在青春期末和成年早期首次發病，PFC 特異神經元群活性的減退致使基本認知功能如工作記憶受到影響，單光子發射斷層掃描（SPECT）發現，患者的額葉皮層血流明顯下降，與雙生子中的正常同胞相比，功能性腦成像顯示雙生子中精神分裂症患者前額葉血流量明顯下降。DLPFC 通過工作記憶、計劃和注意從而對行為有執行控制的作用，此部位受損會造成廣泛的人格改變和自我控制障礙、對感覺刺激的情緒性反應失常、社會關係不良以及日常生活情景中的決策失誤等。
國外採取切除精神分裂症患者的 PFC 以期得到治療，發現患者出現許多情緒變化，且不能有效控制情緒，語詞功能和行為反應之間呈現分離現象，對外顯的情緒反應很難做出評價，還表現出情感淡漠，患者幾無例外地出現消極情緒，且多數易怒，而少見情感性質的改變，即正性和負性情緒間的變化不多，多見的是在同一種情感內的波動，如從悶悶不樂到悲痛欲絕。
精神分裂症患者 PFC 術後用語詞表達自身情緒狀態的能力很差，其特點是語意與所要表達之物並不匹配，用詞也常常是含糊的。儘管易怒顯而易見，但多為行為的情緒變化，而少有憤怒言語。可能是因心境和情感的不同步表達或語言和行為的分離而致，而這種分離現象單靠臨床觀察是難以確定的。術后的行為表現有些是精神分裂症本身所致。
對於精神分裂症患者，無論 PFC 切除或不切除，對情緒刺激的反應都較差，但所表現出的情緒障礙在兩類患者中有所不同。PFC 切除患者對情緒材料反應的正確率較高，即說明雖能對情緒材料正確識別，但不具備良好的情緒控制能力，這種識別與控制的分離現象，可能是情緒的認知缺陷所致。PFC 損傷而致的人格障礙不能將一定的心境或情緒轉化成適當的行為，此時也就呈現出情緒反應，且與其所處環境不相符。
前額葉切除
額葉皮質間的聯結在計劃、啟動和執行等功能以及對外界環境產生行為效應的監控上有著重要作用。額葉、網狀激活系統與丘腦之間的聯結有選擇性喚醒和對信息的選擇性門控作用，此聯結系統的損傷致使患者情感淡漠和行為失當。額葉－邊緣系統在情緒調節上尤為重要。人類大腦存在兩條相互獨立而平行的通路，即「額葉內側－扣帶回－海馬通路」和「眶回－額葉－顳葉－杏仁核通路」，這兩條通路對心境和行為都有調控作用。
PFC切除對情緒表達的影響
PFC 損傷或病變對患者的心境、情感、情緒和人格會產生影響, 可通過外科方法切斷額葉與邊緣葉－皮質下結構之間的主要聯結以改善癥狀。PFC 損傷對情緒表達的影響因素有：患者病前的人格類型、所用的情緒測試項目、病變在額葉中的準確定位、患者表現的臨床癥狀以及神經解剖結構等，常見多種因素的影響。手術方法不同，則額葉－邊緣葉通路中受影響的成分也不同，患者的情緒狀態也就會有不同的表現。對行 PFC 切除術患者的情緒變化缺乏充足的臨床對照研究資料。
PFC切除患者情緒異常的臨床特點
臨床上可用主題統覺測驗 (Thematic Apperception Test)誘導出情緒反應，但是其對 PFC 切除后的情緒效應變化不敏感。對腦損傷患者的情緒研究在很大程度上依賴於對情緒表達內容的界定，並且在研究時，患者病前的情緒表現也須加以考慮。
虛構症（confabulation）和錯構症(paramnesia)患者的額葉功能減退，情緒的異常也較突出。在 PFC 切除術患者也發現有虛構症和錯構症的臨床改變。
虛構症是患者對錯誤信息的表達，不論其程度如何，其表現都屬意識上的認知障礙，與自我校正不能有直接關係。虛構症可能與雙側 PFC 的病理性改變有關，患者會有人格上的異常，但其機理尚待研究。
錯構症主要表現為對已知內容或場景的反覆敘述，或稱重演性記憶錯誤(reduplicative paramnesia)，患者對過去實際經歷過的事物，在其發生的時間、地點和情節上，出現回憶錯誤，張冠李戴，唐漢不辨，往往將日常生活經歷中的遠事近移，並抒發相應的情感反應，錯構症患者的大腦有病理性改變，常有嚴重的雙側 PFC 結構性變化，且有情緒表達上的顯著改變，如態度冷淡、情感淡漠或呈欣快癥狀。
OFC切除的情緒異常
OFC 損傷患者在情緒化面孔圖片的匹配作業任務中的成績較正常對照組為低，在智商、記憶力、注意水平等匹配的條件下，正常對照組在情緒情境測驗中成績比 OFC 切除患者為好，他們能對靶刺激進行分析，並從中選擇正確的面孔圖片符合情緒化情境的要求，說明 OFC 的病變使圖片中情緒化成分的加工受到影響。在回答為什麼選擇特殊的情緒化的面孔與情景相匹配時，正常對照組始終予以明確的解釋，並能說出所做出的選擇正確與否，而作為對照的精神分裂症患者的回答不合邏輯，且所做出的選擇與情景無關。OFC 切除術的精神分裂症患者卻能注意到面孔圖片與情景相一致的特徵，如能指出兩者有共同的某種顏色，或能注意到面孔與靶刺激之間非情緒化因素的聯繫。這表明，此類患者儘管答錯了，但還是意識到了兩者間的關係。
重性抑鬱
重性抑鬱 (major depression)與急性躁狂 (acute mania) 發病時，也表現出PFC功能失常，但與心境狀態有關的特異性 PFC 系統的神經生理學特點尚不清楚。大腦的某些區域，包括額中回、丘腦、眶額葉皮質等可能與重性抑鬱患者的癥狀相關。連結基底神經節和前額葉皮質的神經網路是調節情緒的通路，其功能性或結構性的受損會影響情緒、認知過程和運動功能。對單側 PFC 損傷患者的研究發現，左右側 PFC 在情緒加工上發揮著不同的作用，例如左側損傷者更易發抑鬱癥狀。臨床上，左側 PFC 的急性卒中尤易引起抑鬱症，而右側損傷者更易出現躁狂癥狀。神經成像研究顯示重性抑鬱患者的腦血流量減少和代謝率下降，這種表現尤以左額區為著。抑鬱症患者左側 PFC 和 PFC 中 15O 的活性較正常人強，但在重性抑鬱患者左側 PFC 的活性下降。與對照組相比，抑鬱症患者和有抑鬱史但目前情感正常者的左側 PFC 活性降低。
正常被試的經顱磁刺激（repetitive transcranial magnetic stimulation，rTMS）實驗結果表明，對於左側 DLPFC 重複刺激能引起抑鬱效應，而刺激右側 DLPFC 則可產生興奮。高頻（10～20Hz）rTMS 可增強皮質的興奮性，而低頻 rTMS 則使之降低。給重性抑鬱患者左側 DLPFC 予以刺激可起到抗抑鬱的治療效果，高頻可增加此區域的皮質血流量，而低頻則減少此區域的皮質血流量。腦成像技術是研究大腦皮質局部變化與臨床治療效果之間關係常採用的方法，對這類患者行電抽搐治療 (electroconvulsive therapy, ECT)后顯示，反映 PFC 功能的指標如腦血流量的減少和腦電的減弱表明患者對此治療有反應，但對 ECT 的反應並非是糾正治療前的病理改變，而是 PFC 功能異常的顯現。
焦慮障礙
情緒的中樞環路有前扣帶回、海馬、島葉、PFC 和杏仁核等結構，每一結構對不同的情緒成分發揮獨特的作用，而 PFC 和海馬是調控正性和負性情緒的關鍵部位，焦慮症患者的 PFC 功能有變化。與正常對照組相比，利用實驗誘導出患者更強的負性情緒。通常對焦慮障礙患者採用可激起焦慮的刺激類型，如給予蜘蛛恐怖症患者以蜘蛛圖片或讓社交恐怖症患者面對公眾講話，結果顯示社交恐怖症患者預知要作公開演講時，其右側 PFC 的活性增強，焦慮障礙患者尤可見右下 PFC 和右側眶內 PFC 的活性持續增強。
對正常人及焦慮症患者的神經成像結果表明，PFC 諸多區域的活性增強可反映負性情緒的加重，很少有正性情緒的表達。在心境障礙或焦慮障礙患者，腦電測量顯示 PFC 左右不對稱。PFC 活性左右不對稱使得情緒反應的時間調節過程顯示出個體差異，這樣，左側 PFC 活性強的患者有可能比右側 PFC 活性強者更快地從負性情緒和應激狀態中得到恢復，而在焦慮障礙的皮質活性強度和時程反應上，情緒的中樞迴路所發揮的作用有明顯的個體差異。
半球偏側化效應
左右PFC的情緒反應特點
左側 PFC 興奮常導致正性情緒（如快樂），而激活右側 PFC 導致負性情緒（如噁心、悲哀、恐懼）。DLPFC 參與目標引導的行為（goal-directed behaviour）的表徵過程，即採取趨向（approach）還是避退(withdrawal)，左側 DLPFC 在對獎賞刺激的趨向反應中產生正性情緒，而對厭惡刺激的避退反應則由右側 DLPFC 產生負性情緒。不過，憤怒是一個例外，它雖是負性情緒，但其引導的反應屬趨向系統，這是因為憤怒使得個體具有攻擊性，從而可捍衛自己或加以防範。對情緒化目標引導行為的有效研究方法是給予動機選擇性注意任務，廣泛採用修正的 Stroop 顏色命名任務即情緒 Stroop 任務範式，讓被試儘快地對恐懼詞的顏色進行命名，而忽視詞義，將對恐懼詞及中性詞的顏色命名潛伏期相減后發現，恐懼詞對焦慮患者命名顏色產生的干擾作用較強，說明患者將注意資源更多地分配給了詞的情緒（如恐懼）成分。採用情緒圖片 Stroop 任務比較對中性及憤怒面孔的顏色命名，結果顯示自我報告憤怒值高的被試對憤怒面孔趨向選擇性注意，而糖皮質激素水平高的被試則表現為迴避選擇性注意，可能是左右側 DLPFC 造成了對憤怒面孔選擇性注意上的差別。
左右PFC損傷的情緒異常
外傷后應激障礙（posttraumatic stress disorder, PTSD）患者若伴有焦慮傾向或焦慮異常，則其右半球活性常增強，且迴避社會威脅情境，採用低頻 rTMS 法作用於右側 PFC 而可使其活性得到控制。讓患者選擇性注意憤怒面孔，在左側 PFC 予以低頻 rTMS，可使憤怒面孔造成的心理衝突減弱，左側 PFC 的活性降低，而右側 PFC 活性則增強；如果在右側 PFC 予以低頻 rTMS，則心理衝突加強，右側 PFC 活性降低，左側增強，且致患者迴避憤怒面孔，說明趨向和避退系統分屬左、右側 PFC 的神經通路。PFC 不對稱性的電生理測量結果的個體差異反映了負性情緒刺激后皮質活動恢復的程度，這提示 PFC 可能對情緒調節的時程或負性情緒所抑制的皮質活性起作用。
情緒能調節記憶、改變決策、影響學習以及使人類在面臨環境刺激時產生動機以便行動。目前已知 PFC 病變致使情緒改變，而情緒的變化又影響著大腦的其他部位，如右頂下葉的病變造成的情緒障礙似於額葉受損者，這可能是由於在頂、額和扣帶回之間有廣泛的聯繫。額葉的神經網路結構較為複雜，情緒的改變也就會隨著不同部位的結構缺損或功能變化而有所不同。人類 PFC 有別於動物，故難於從動物研究得以借鑒。對人類大腦 PFC 損傷前後的對比研究資料尚不多見，因此，對 PFC 損傷的臨床研究更顯重要。同時，有必要綜合利用分子神經生物學、功能性腦成像和行為干預等先進手段與臨床相結合，多層次地研究 PFC 損傷所致情緒異常的的生物學基礎和神經心理機制，探討 PFC 對情緒與注意、記憶及意志等心理過程進行相互整合、相互影響的活動規律，建立系統的認知行為干預手段，從而把臨床心理學和認知神經科學的研究成果應用到完善 PFC 損傷者情緒異常的評價與防治上。