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文章作者: 蔡麗雲博士
人類大腦的杏仁核 (amygdala) 是負責處理情緒的中樞，會將當下外在環境的刺激與過去的經驗作連結，尤其是焦慮、恐懼有關的經驗。大腦的前額葉皮質 (prefrontal cortex) 則是負責收集各種外在資訊進行分析判斷，然後再告訴杏仁核做出正確情緒反應。但是在緊急狀況、或是慢性壓力反應之下，大腦前額葉皮質出現缺陷、或是杏仁核過度活化，都有可能造成大腦前額葉皮質還沒搞清楚狀況，杏仁核就搶先啟動戰或逃模式«註¹»，於是看到黑影就開槍。要避免杏仁核過度反應，首先要讓大腦前額葉皮質與杏仁核的迴路連結變強，讓理智判斷能快速控管情緒反應 (1)。
八週心率變異生理回饋增強大腦額葉皮質與杏仁核連結
2021年六月的神經科學前沿 (Frontiers in Neuroscience) 雜誌發表一篇利用靜息態功能性磁振造影 (resting state fMRI) «註²» 觀察健康成年人，在為期8週的心率變異生理回饋 (HRV Biofeedback) 訓練前後的腦功能變化。其研究結果證明，心率變異生理回饋訓練在提升自律神經活性的同時，也伴隨增強大腦前額葉皮質與杏仁核之間的迴路連結 (2)。
圖片來源: 神經科學前沿 (Frontiers in Neuroscience) 雜誌原文連結
研究對象: 32 名健康的白人受試者完整參與這個研究。首先將年齡相近、性別相同的受試者配對，然後隨機分配到實驗組和對照組。15 名參與者進行心率變異生理回饋訓練（7 名男性；8 名女性；年齡：30 ± 8 歲）。17 名參與者進行對照組訓練 (以玩手機遊戲取代心率變異生理回饋訓練)，（8 名男性；9 名女性；年齡：29 ± 10 歲）。
實驗步驟:
前測: 受試者在休息狀態下進行fMRI量測，並同時測量手指的脈搏。前測是為了 先確認與情緒相關的腦區與心率變異具有相關性。並同時收集心率變異生理回饋訓練之前的功能性腦區以及心率變異數據。
連續8週心率變異生理回饋訓練介入(3): 實驗組進行HRV Biofeedback訓練，每週必須進行五次訓練，包括四次在家訓練和一次在實驗室接受指導訓練。對照組的受試者以手機遊戲取代HRV Biofeedback。心率變異生理回饋的8週訓練內容: 前面2週評估共振頻率 (resonance frequency)，並練習共振頻率呼吸 (resonance frequency breathing)。第三週開始練習使用找到的共振頻率呼吸，受試者學習讓心率曲線的振幅變大。
後測: 收集HRVBF訓練之後的功能性腦區以及HRV數據，並進行數據分析。
實驗結果: 此研究發現實驗組在心率變異生理回饋訓練介入8週之後，心率有顯著下降。並且，自律神經衡量指標SDNN (Standard Deviation of Normal to Normal R Wave) 有明顯增加。與對照組在靜息態功能性磁振造影變化相比，實驗組的大腦前額葉皮質 (vmPFC) 與右側杏仁核 (right amygdala)，前腦島 (anterior insula)，中扣帶皮質 (middle cingulate cortex) 的連結有明顯增強 «註³»。
心率變異生理回饋訓練是一種藉由調整呼吸頻率讓自律神經活性提升、交感神經與副交感神經平衡的技術。在臨床上已經被證實能減輕焦慮感、改善壓力反應 (從東京奧運談心率變異生理回饋)。許多研究認為心率變異生理回饋訓練能有效減輕憂鬱、焦慮症狀，可能是這種呼吸技術刺激心臟上面的迷走神經上傳路徑，進而影響參與情緒調節的大腦區域。這條從心臟自律神經上傳到大腦進行溝通的路徑稱作中樞自主神經網路 (the central autonomic network，CAN，Benarroch, 1993)。
註1: 戰或逃，讓我們的祖先能在面對野生動物時得以救命。然而，現在我們不太容易面對猛獸的威脅，戰或逃的壓力反應卻依然存在，甚至可能傷害我們的健康 (公視影片https://www.youtube.com/watch?v=dDoKuE2kuuo)
註2: 大腦神經細胞活動時需要血管提供氧氣與葡萄糖，因此神經細胞活躍的腦區會伴隨有較大的血液流動與流量。功能性磁振造影 (functional Magnetic Resonance Imaging，fMRI) 就是偵測大腦的血氧變化量 (Blood-Oxygenation Level-Dependence，BOLD) 來推測神經細胞的活動，是一種間接觀察技術 (直接觀察神經細胞活動的技術，例如微電極電生理技術)。功能性磁振造影的偵測研究，有些會讓受試者一邊進行某種任務一邊偵測腦功能 (任務態功能性磁振造影)；有些則讓受試者處在清醒放鬆狀態 (靜息態功能性磁振造影)，這篇研究屬於後者。
註3: 腹側中央前額葉皮質 (Ventromedial Prefrontal Cortex，vmPFC): 是人類大腦前額葉皮質 (Prefrontal Cortex，PFC) 的一部分，負責理性的調控，從腦影像與病理的研究，已經知道vmPFC具有調控杏仁核情緒反應的作用。中扣帶皮層 (Middle Cingulate Cortex): 是邊緣系統 (limbic system)的一部分，與杏仁核一起負責情緒調控。
參考文獻
1. The Role of the Amygdala and the Ventromedial Prefrontal Cortex in Emotional Regulation: Implications for Post-traumatic Stress Disorder, Andrewes & Jenkins, Neuropsychology Review, 2019, https://doi.org/10.1007/s11065-019-09398-4
2. The Influence of Heart Rate Variability Biofeedback on Cardiac Regulation and Functional Brain Connectivity, Schumann et al., Frontiers in Neuroscience, 2021, https://doi.org/10.3389/fnins.2021.691988
3. Effect of an eight-week smartphone-guided HRV-biofeedback intervention on autonomic function and impulsivity in healthy controls, Schumann et al., Physiological Measurement, 2019, https://doi.org/10.1088/1361-6579/ab2065
4. The Central Autonomic Network: Functional Organization, Dysfunction, and Perspective, Benarroch, Mayo Clinic Proceedings, 1993, https://doi.org/10.1016/s0025-6196(12)62272-1