人类惊跳反射的生理心理机制及其应用
天鸣宏远
4714
惊跳反射（Startle reflex），又称震惊反射或惊反射，是动物被突发性的强感觉刺激诱发的一种防御性反射，表现为面部及躯体肌肉的快速收缩，之后往往还伴随着当下行为的中止以及心率的增加。这样的反应模式能由听觉、视觉、触觉等多种感觉模式所诱发，表现出了很大的可塑性和行为的多样性，具有一种应对掠食者伤害的防御性功能，在人类也是应对意外刺激或遇到险情时的一种避险保护反应。惊跳反射还是衡量各种认知、注意、感觉和感觉运动整合加工过程的独特方式，因此受到研究者的关注。
一、惊跳反射反应指标
研究者发现了许多有效可靠的惊跳反射反应指标，比如面部表情肌活动、整个身体的屈曲和伸直反射、心率的增加以及皮肤导电性增加等，但最受关注的仍是眨眼反射。
二、惊跳反射的诱发刺激类型
在惊跳反射的研究中，诱发刺激可以为听觉刺激、视觉刺激、触觉刺激等。
在惊跳反射中最常用的诱发刺激为听觉刺激，通常称为听觉惊跳反射（acoustic startle reflex,ASR）。听觉惊跳刺激可以是宽带白噪声、纯音或其它录制或合成的声音。研究表明，当其他参数保持恒定时，噪声比纯音更可能产生ASR，且振幅更高潜伏期更短。同时，操纵噪声的多个变量如带宽、强度、增强时间和持续时间均会对眨眼反射造成显著影响。此外由于听觉系统刺激能量的时间总和特征，当呈现多个听觉刺激时，惊跳反射还受到刺激间隔和刺激数目的影响，刺激产生和呈现的方式也会影响惊跳反射。
两类视觉刺激可诱发不相关的眨眼反射：一种是突然增强的光亮，另一种就是快速接近的刺激，后者又称笛卡儿眨眼反射（Cartesian blink reflex）。目前并不清楚这两种反射是否均是惊吓的组成部分。很显然，前者比后者更像是惊跳反射的刺激，因为笛卡儿眨眼反射需要经验和完整新皮层的参与才能完成。在以闪光研究眨眼反射时，应该对照明峰强度、持续时间、上升/下降时间、主波长（假如不是白光）、方位以及环境观察条件等参数加以报导或控制。
触觉刺激通常由电、磁或机械装置得以实施。电刺激的部位通常为三叉神经的三个主要皮下分支。强度为4~8 毫安的电刺激持续0.1ms 就可以无痛地诱发眨眼反射。磁刺激通过控制磁场变化而引起神经组织产生电流，是电刺激的变通，而且磁刺激不像电刺激那样痛因而被试更能够忍受。经颅磁刺激（Transcranial Magneticstimulation, TMS）日益受到研究者的青睐。眨眼反射还可由触碰或是吹气等机械刺激施加于支配三叉神经的皮肤区域而诱发。但是由于机械刺激的参数如强度、持续时间、波形等难以控制，且机械刺激的装置往往伴随着声响，有混淆致因源的局限，因而在此类研究中应用较少。
三、惊跳反射的生理机制
神经心理学家通常认为，眼、耳等感觉器官传入的信息经过丘脑中继后抵达大脑新皮层相应感觉区；在皮层感觉区刺激信息被加工整合、识别和理解；新皮层发出的对感觉信息作出反应的神经冲动传入边缘系统；边缘系统和自主神经系统的活动再反馈到大脑皮层，引起一种意识性的情绪反应和体验。这是正常情况下情绪活动的神经通路。LeDoux 研究发现，感觉信息抵达丘脑后，除了主要传向大脑皮层以外，还能够沿着一小束神经纤维直接传向杏仁核（amygdalanucleus, LA）。这条小而短的“胡同”使杏仁核能够直接获取感觉信息。在新皮层下达的神经信息到来之前，抢先作出反应。信息从杏仁核的基底外侧核又传至中央核，中央核的传出纤维投射到外侧下丘脑和脑干的某些区域，通过调节自主神经系统的活动而对情绪性的刺激产生反应。全身性惊跳反射就是这样由突发性强刺激引起的。
声音惊跳反射包括一个突然的强烈声音后产生的全身骨骼肌的快速收缩。听觉信息传入内侧膝状体的内侧部，还能够通过其他听觉通路到达内侧膝状体的外侧部和丘脑的其他核团。内侧膝状体内侧部只投射到初级听皮层，而外侧部投射到听觉的初级皮层和联合皮层。源于膝状体和听觉联合皮层的听觉输出进入杏仁核，并通过杏仁核内的连接转输到杏仁核的中央核，后者直接投射到惊跳反射环路。
四、惊跳反射的心理机制
惊跳反射是一种防御反应，人们的情绪和所处的环境对惊跳反射效应的幅度都有影响。
惊跳反射增强的心理机制。当人体接受某种强刺激（如电击）后，其惊跳反射的幅度增强。强刺激本身的厌恶性可能诱发机体的恐惧或焦虑状态，在杏仁核底外侧记录到ASR 特异性相关的场电位，提示了惊跳刺激的厌恶性特征与其对杏仁核的激活密不可分。
Lang等人在对观看厌恶图片时ASR 幅度大大增强的现象进行研究后提出了匹配假说。匹配假说认为，如果图片诱发的情绪状态与后来的强声刺激诱发的防卫性反应之间相互匹配，则ASR 增强。反之，愉快的情绪状态与防卫性反应之间不匹配，ASR 则减弱。后来的研究还证实人们在想象恐怖情景或者阅读恐怖小说时，ASR 反应也会显著增强。
惊跳反射衰弱的心理机制。惊跳反射衰弱的心理机制有三种类型：适应、前脉冲抑制、愉快衰减。
适应是指反复呈现惊跳刺激后机体的ASR幅度减弱，但并非由于肌肉疲劳或是感受器响应的钝化造成的。适应被视为一种非联结学习，反应的衰减只依赖于非条件刺激的呈现次数。
前脉冲抑制。惊跳反射的兴奋性不仅可以受到注意功能的可靠调制，而且可以受到前注意信息加工的调制。一个先于惊跳刺激30~500ms 出现的可觉察的非惊吓的、微弱的听觉、视觉或触觉刺激，会对ASR产生显著的抑制作用，这个现象称为前脉冲抑制。惊跳反射的PPI 实际上是通过运动系统的活动反映了脑内的一种信息加工保护机制的激活过程，在刺激认知的紧要阶段，考虑到精确的刺激分析加工和最小化干扰而保护先前注意的刺激的加工，并且可以避免刺激的超强负荷而导致对后续刺激加工能力的下降。这个被动的前脉冲抑制过程不需要被试的积极反应而是一个自动加工的过程。它是目前所公认的跨哺乳动物种系所共有的一种感觉运动门控的模型。
愉快衰减。研究者们发现在人类身上，厌恶性情境使ASR 幅度增强而愉快的情境则使之降低。这种假定的享乐状态导致的ASR 衰减也表现在动物身上。应用巴普洛夫条件反射训练大鼠在灯光与食物之间建立联结，发现大鼠在预示食物奖赏的灯光呈现后，ASR 显著降低。ASR 的愉快衰减效应可能反映了建立在驱动与反驱动概念之上的ASR 调控的状态依赖性机制，该机制认为通常由厌恶性事件引发的行为可以被愉快的情境所减弱。
五、人类惊跳反射的应用
临床研究中创伤后应激障碍（PTSD）常用的测量方法主要包括自陈量表或访谈。在对人类惊跳反射反应的客观测量方法出现后, 有研究者对比了自我报告与肌电、皮电等客观方法, 发现二者间相关性不高, 且客观方法测得的惊跳反射水平与PTSD 整体症状相关性更强。美国精神病协会甚至将惊跳反射的增强作为诊断创伤后应激障碍的标准之一。
近年来, 惊跳反射与情境性焦虑、恐惧抑制等新范式结合, 发现特定情境下惊跳反射改变是PTSD 患者特有的表现。惊跳反射在创伤应激障碍研究中所取得的新进展对PTSD 病理机制的探索和临床诊断都有所启发和推进。惊跳反射可以区分恐惧与焦虑, 而这两种情绪是焦虑障碍的核心病变，因此可以利用惊跳反射测试对各种类型的焦虑障碍进行比较， 建立一个新的理解和划分不同类型焦虑障碍的标准。
Braff 等人首次报告了在精神分裂症病人中PPI缺失的现象，进一步的临床研究支持了这一结果，并发现精神分裂症病人PPI 的异常与几种重要的临床阳性和阴性症状有密切的相关。一些研究结果表明，精神分裂症病人所表现出的PPI 缺失可以作为一种稳定的感觉运动门控作用失常的标志
六、人类惊跳反射实验仪器设备的发展
在人类惊跳反射实验的早期阶段，没有专门的实验设备。研究人员通常是借助通用的电生理设备，自制实验环境。如在被试的下眼睑放置银-氯化银电极，连接肌电图仪或脑电图仪采集电生理信号，将白噪声刺激信号录制在磁带或CD光盘上，使用磁带机或CD机播放声音刺激信号，以此来实现对人类惊跳反射行为的定量测量。但是由于人类惊跳反射实验要求声音刺激信号和肌电采集之间保持精确到微秒级的严格同步，这就给研究人员带来了很大的困难。同时在实验过程中产生的伪迹也难以消除，从而对实验结果造成了很大的影响，实验数据处理也给研究人员带来了很大的工作负荷。
随着人类惊跳反射实验的逐步推广，专用的实验设备也不断涌现出来。这些设备不但能够在声刺激与肌电信号采集之间建立严格的同步关系，而且能够提供更多的可选择的诱发刺激信号，消除伪迹的影响，有些产品甚至能够自定义实验指标公式。国外设备中如美国的SDI人类震惊反射测试仪，英国的PsyChLab人类震惊反射系统，国产设备如Xeye Human Startle Reflex人类震惊反射系统。其中SDI提供的功能较为单一，提供白噪声作为诱发刺激信号，虽然也提供吹气作为诱发刺激，但由于气泵和气动阀门的声音，会对实验结果造成一定的影响。英国的PsyChLab和国产的Xeye系统所能呈现的刺激信号和实验环境相对丰富一些，不但能够提供常用的白噪声信号作为诱发信号，还能提供纯音以及自定义的各种声音信号作为诱发信号。更具价值的是这些实验系统还能够将图片和音频作为环境背景图像和背景声音，用以影响被试的情绪，从而使惊跳反射的研究更加深入和广泛。除此之外，国产设备Xeye系统还可以同步驱动电刺激、经颅磁刺激作为震惊反射的诱发信号，在数据处理上还具备了自动筛选和自定义公式的功能。
本文参考并节选了以下文献和资料：
1. 卢宁艳，王 健，杨红春，心理科学进展2008，16（6）：899~904
2. 董昕文，王超逸，王昌利，李勇辉，惊反射在创伤后应激障碍研究中的应用：高唤醒与恐惧抑制，心理科学进展2013, Vol. 21, No. 6, 965–974
3. SDI，PsyChLab，Xeye震惊反射系统产品介绍和说明书
本文作者：北京天鸣宏远科技发展有限公司 王昌利
一、惊跳反射反应指标
研究者发现了许多有效可靠的惊跳反射反应指标，比如面部表情肌活动、整个身体的屈曲和伸直反射、心率的增加以及皮肤导电性增加等，但最受关注的仍是眨眼反射。
二、惊跳反射的诱发刺激类型
在惊跳反射的研究中，诱发刺激可以为听觉刺激、视觉刺激、触觉刺激等。
在惊跳反射中最常用的诱发刺激为听觉刺激，通常称为听觉惊跳反射（acoustic startle reflex,ASR）。听觉惊跳刺激可以是宽带白噪声、纯音或其它录制或合成的声音。研究表明，当其他参数保持恒定时，噪声比纯音更可能产生ASR，且振幅更高潜伏期更短。同时，操纵噪声的多个变量如带宽、强度、增强时间和持续时间均会对眨眼反射造成显著影响。此外由于听觉系统刺激能量的时间总和特征，当呈现多个听觉刺激时，惊跳反射还受到刺激间隔和刺激数目的影响，刺激产生和呈现的方式也会影响惊跳反射。
两类视觉刺激可诱发不相关的眨眼反射：一种是突然增强的光亮，另一种就是快速接近的刺激，后者又称笛卡儿眨眼反射（Cartesian blink reflex）。目前并不清楚这两种反射是否均是惊吓的组成部分。很显然，前者比后者更像是惊跳反射的刺激，因为笛卡儿眨眼反射需要经验和完整新皮层的参与才能完成。在以闪光研究眨眼反射时，应该对照明峰强度、持续时间、上升/下降时间、主波长（假如不是白光）、方位以及环境观察条件等参数加以报导或控制。
触觉刺激通常由电、磁或机械装置得以实施。电刺激的部位通常为三叉神经的三个主要皮下分支。强度为4~8 毫安的电刺激持续0.1ms 就可以无痛地诱发眨眼反射。磁刺激通过控制磁场变化而引起神经组织产生电流，是电刺激的变通，而且磁刺激不像电刺激那样痛因而被试更能够忍受。经颅磁刺激（Transcranial Magneticstimulation, TMS）日益受到研究者的青睐。眨眼反射还可由触碰或是吹气等机械刺激施加于支配三叉神经的皮肤区域而诱发。但是由于机械刺激的参数如强度、持续时间、波形等难以控制，且机械刺激的装置往往伴随着声响，有混淆致因源的局限，因而在此类研究中应用较少。
三、惊跳反射的生理机制
神经心理学家通常认为，眼、耳等感觉器官传入的信息经过丘脑中继后抵达大脑新皮层相应感觉区；在皮层感觉区刺激信息被加工整合、识别和理解；新皮层发出的对感觉信息作出反应的神经冲动传入边缘系统；边缘系统和自主神经系统的活动再反馈到大脑皮层，引起一种意识性的情绪反应和体验。这是正常情况下情绪活动的神经通路。LeDoux 研究发现，感觉信息抵达丘脑后，除了主要传向大脑皮层以外，还能够沿着一小束神经纤维直接传向杏仁核（amygdalanucleus, LA）。这条小而短的“胡同”使杏仁核能够直接获取感觉信息。在新皮层下达的神经信息到来之前，抢先作出反应。信息从杏仁核的基底外侧核又传至中央核，中央核的传出纤维投射到外侧下丘脑和脑干的某些区域，通过调节自主神经系统的活动而对情绪性的刺激产生反应。全身性惊跳反射就是这样由突发性强刺激引起的。
声音惊跳反射包括一个突然的强烈声音后产生的全身骨骼肌的快速收缩。听觉信息传入内侧膝状体的内侧部，还能够通过其他听觉通路到达内侧膝状体的外侧部和丘脑的其他核团。内侧膝状体内侧部只投射到初级听皮层，而外侧部投射到听觉的初级皮层和联合皮层。源于膝状体和听觉联合皮层的听觉输出进入杏仁核，并通过杏仁核内的连接转输到杏仁核的中央核，后者直接投射到惊跳反射环路。
四、惊跳反射的心理机制
惊跳反射是一种防御反应，人们的情绪和所处的环境对惊跳反射效应的幅度都有影响。
惊跳反射增强的心理机制。当人体接受某种强刺激（如电击）后，其惊跳反射的幅度增强。强刺激本身的厌恶性可能诱发机体的恐惧或焦虑状态，在杏仁核底外侧记录到ASR 特异性相关的场电位，提示了惊跳刺激的厌恶性特征与其对杏仁核的激活密不可分。
Lang等人在对观看厌恶图片时ASR 幅度大大增强的现象进行研究后提出了匹配假说。匹配假说认为，如果图片诱发的情绪状态与后来的强声刺激诱发的防卫性反应之间相互匹配，则ASR 增强。反之，愉快的情绪状态与防卫性反应之间不匹配，ASR 则减弱。后来的研究还证实人们在想象恐怖情景或者阅读恐怖小说时，ASR 反应也会显著增强。
惊跳反射衰弱的心理机制。惊跳反射衰弱的心理机制有三种类型：适应、前脉冲抑制、愉快衰减。
适应是指反复呈现惊跳刺激后机体的ASR幅度减弱，但并非由于肌肉疲劳或是感受器响应的钝化造成的。适应被视为一种非联结学习，反应的衰减只依赖于非条件刺激的呈现次数。
前脉冲抑制。惊跳反射的兴奋性不仅可以受到注意功能的可靠调制，而且可以受到前注意信息加工的调制。一个先于惊跳刺激30~500ms 出现的可觉察的非惊吓的、微弱的听觉、视觉或触觉刺激，会对ASR产生显著的抑制作用，这个现象称为前脉冲抑制。惊跳反射的PPI 实际上是通过运动系统的活动反映了脑内的一种信息加工保护机制的激活过程，在刺激认知的紧要阶段，考虑到精确的刺激分析加工和最小化干扰而保护先前注意的刺激的加工，并且可以避免刺激的超强负荷而导致对后续刺激加工能力的下降。这个被动的前脉冲抑制过程不需要被试的积极反应而是一个自动加工的过程。它是目前所公认的跨哺乳动物种系所共有的一种感觉运动门控的模型。
愉快衰减。研究者们发现在人类身上，厌恶性情境使ASR 幅度增强而愉快的情境则使之降低。这种假定的享乐状态导致的ASR 衰减也表现在动物身上。应用巴普洛夫条件反射训练大鼠在灯光与食物之间建立联结，发现大鼠在预示食物奖赏的灯光呈现后，ASR 显著降低。ASR 的愉快衰减效应可能反映了建立在驱动与反驱动概念之上的ASR 调控的状态依赖性机制，该机制认为通常由厌恶性事件引发的行为可以被愉快的情境所减弱。
五、人类惊跳反射的应用
临床研究中创伤后应激障碍（PTSD）常用的测量方法主要包括自陈量表或访谈。在对人类惊跳反射反应的客观测量方法出现后, 有研究者对比了自我报告与肌电、皮电等客观方法, 发现二者间相关性不高, 且客观方法测得的惊跳反射水平与PTSD 整体症状相关性更强。美国精神病协会甚至将惊跳反射的增强作为诊断创伤后应激障碍的标准之一。
近年来, 惊跳反射与情境性焦虑、恐惧抑制等新范式结合, 发现特定情境下惊跳反射改变是PTSD 患者特有的表现。惊跳反射在创伤应激障碍研究中所取得的新进展对PTSD 病理机制的探索和临床诊断都有所启发和推进。惊跳反射可以区分恐惧与焦虑, 而这两种情绪是焦虑障碍的核心病变，因此可以利用惊跳反射测试对各种类型的焦虑障碍进行比较， 建立一个新的理解和划分不同类型焦虑障碍的标准。
Braff 等人首次报告了在精神分裂症病人中PPI缺失的现象，进一步的临床研究支持了这一结果，并发现精神分裂症病人PPI 的异常与几种重要的临床阳性和阴性症状有密切的相关。一些研究结果表明，精神分裂症病人所表现出的PPI 缺失可以作为一种稳定的感觉运动门控作用失常的标志
六、人类惊跳反射实验仪器设备的发展
在人类惊跳反射实验的早期阶段，没有专门的实验设备。研究人员通常是借助通用的电生理设备，自制实验环境。如在被试的下眼睑放置银-氯化银电极，连接肌电图仪或脑电图仪采集电生理信号，将白噪声刺激信号录制在磁带或CD光盘上，使用磁带机或CD机播放声音刺激信号，以此来实现对人类惊跳反射行为的定量测量。但是由于人类惊跳反射实验要求声音刺激信号和肌电采集之间保持精确到微秒级的严格同步，这就给研究人员带来了很大的困难。同时在实验过程中产生的伪迹也难以消除，从而对实验结果造成了很大的影响，实验数据处理也给研究人员带来了很大的工作负荷。
随着人类惊跳反射实验的逐步推广，专用的实验设备也不断涌现出来。这些设备不但能够在声刺激与肌电信号采集之间建立严格的同步关系，而且能够提供更多的可选择的诱发刺激信号，消除伪迹的影响，有些产品甚至能够自定义实验指标公式。国外设备中如美国的SDI人类震惊反射测试仪，英国的PsyChLab人类震惊反射系统，国产设备如Xeye Human Startle Reflex人类震惊反射系统。其中SDI提供的功能较为单一，提供白噪声作为诱发刺激信号，虽然也提供吹气作为诱发刺激，但由于气泵和气动阀门的声音，会对实验结果造成一定的影响。英国的PsyChLab和国产的Xeye系统所能呈现的刺激信号和实验环境相对丰富一些，不但能够提供常用的白噪声信号作为诱发信号，还能提供纯音以及自定义的各种声音信号作为诱发信号。更具价值的是这些实验系统还能够将图片和音频作为环境背景图像和背景声音，用以影响被试的情绪，从而使惊跳反射的研究更加深入和广泛。除此之外，国产设备Xeye系统还可以同步驱动电刺激、经颅磁刺激作为震惊反射的诱发信号，在数据处理上还具备了自动筛选和自定义公式的功能。
本文参考并节选了以下文献和资料：
1. 卢宁艳，王 健，杨红春，心理科学进展2008，16（6）：899~904
2. 董昕文，王超逸，王昌利，李勇辉，惊反射在创伤后应激障碍研究中的应用：高唤醒与恐惧抑制，心理科学进展2013, Vol. 21, No. 6, 965–974
3. SDI，PsyChLab，Xeye震惊反射系统产品介绍和说明书
本文作者：北京天鸣宏远科技发展有限公司 王昌利
