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第四章 血清素、情绪缓冲与光

色氨酸耗竭告诉我们什么

血清素(5-羟色胺)由必需氨基酸色氨酸合成。研究者无法直接测量活人脑内的血清素水平,于是常用一种实验方法暂时降低它:急性色氨酸耗竭。受试者在实验室里喝下一种不含色氨酸、但含其他大量氨基酸的饮料,几个小时内血中色氨酸大幅下降,大脑合成血清素的原料随之减少;对照组喝含色氨酸的平衡饮料。

证据

库尔斯(Cools)、罗伯茨(Roberts)与罗宾斯(Robbins)综述了这类研究:降低血清素会改变人对惩罚和负面信息的处理,影响某些形式的冲动控制,而且效应在本身具有易感性的人身上更明显。他们认为血清素参与调节情绪与行为控制过程,特别是与厌恶性预测有关的过程,而不是简单地对应「心情好坏」(Cools et al. 2008)。

证据

克罗克特(Crockett)等人在最后通牒博弈中发现,色氨酸耗竭后,受试者更多地拒绝不公平的分配提议,而他们对提议是否公平的判断和当时的心情并没有改变 (Crockett et al. 2008)。

这些实验说明血清素与「对不利信号的反应」有关,人在血清素降低时更容易对不公平作出惩罚性的反应。它们没有说明「血清素越高越好」,也没有说明日常情绪低落是由血清素不足造成的。

注

核对后的修正。 「抑郁症由血清素不足引起」这一流行说法缺乏一致的证据。蒙克里夫(Moncrieff)等人的系统性伞形综述检视了血清素及其代谢物、受体、转运体、色氨酸耗竭和遗传学等方面的研究,结论是没有一致证据支持抑郁症由血清素活性降低引起 (Moncrieff et al. 2023)。这篇综述本身也受到一些精神病学家的批评,但它提醒我们不要把一个神经递质与一种情绪等同起来。这与抗抑郁药是否有效是两个不同的问题,本书不讨论后者;任何用药问题都请咨询医生。色氨酸耗竭是在伦理审批和医学监护下进行的实验程序,不是可以自己尝试的方法。

光与血清素之间有一个直接的人体测量。

证据

兰伯特(Lambert)等人从健康男性的颈内静脉采血,测量血清素代谢物,用以估计大脑的血清素周转。周转率在冬季最低,并与测量当天的日照时长正相关:日照越长,周转越高 (Lambert et al. 2002)。

眼睛里的另一种感光细胞

视网膜里除了用于成像的视杆细胞和视锥细胞,还有一小群自身感光的视网膜神经节细胞(ipRGC)。它们含有黑视素,对蓝绿光最敏感,反应慢而持久,主要投射到下丘脑的视交叉上核,即昼夜节律的主时钟。

证据

伯森(Berson)、邓恩(Dunn)与高尾(Takao)在大鼠中证明,投射到视交叉上核的视网膜神经节细胞本身就能感光,即使与视杆、视锥细胞的突触传入被阻断 (Berson et al. 2002)。

人的内在昼夜周期平均约为 24.2 小时,略长于一天 (Czeisler et al. 1999)。如果没有光的校正,时钟每天会向后漂移一点。光在不同时刻起不同的作用:

证据

哈尔萨(Khalsa)等人给受试者在不同生理时刻施加单次 6.7 小时的强光,测得人的光相位反应曲线:核心体温最低点之前的光使时钟后移(延迟),之后的光使时钟前移(提前)(Khalsa et al. 2003)。蔡策(Zeitzer)等人发现,夜间光对时钟的重设和对褪黑素的抑制,在约 100 勒克斯时已达到一半的最大效应,约 550 勒克斯时接近饱和 (Zeitzer et al. 2000)。古利(Gooley)等人发现,睡前处在普通室内光(约 200 勒克斯)下,与处在昏暗光下相比,褪黑素分泌开始得更晚、持续时间更短 (Gooley et al. 2011)。

证据

赖特(Wright)等人让受试者在夏季野外露营一周,只接触自然光、不接触电灯。露营后,他们的褪黑素开始分泌的时刻平均提前约两小时,与日落时间更接近 (Wright et al. 2013)。

一个相位模型

推导

人类昼夜时钟的简化相位模型。状态量是核心体温最低点(CBTmin)的时刻;内在周期 24.2 小时;光在 CBTmin 之前使时钟延迟、之后使时钟提前(正弦形状的相位反应曲线);光的作用随照度饱和(半饱和约 100 勒克斯)。比较四种日常光照安排在 90 天后达到的稳定相位,并按「褪黑素开始分泌约在 CBTmin 前 7 小时」估计傍晚的褪黑素开始时刻(DLMO)。

# A simplified phase model of the human circadian clock under daily light (cross-disciplinary
# simplification; real models such as Kronauer's are limit-cycle oscillators).
# State: clock time of the core-body-temperature minimum (CBTmin). Intrinsic period 24.2 h
# (Czeisler et al. 1999), so without light the clock drifts 0.2 h later each day.
# Light shortly before CBTmin delays the clock, light shortly after advances it (Khalsa et al. 2003);
# the response saturates with illuminance (half-maximal near 100 lux, Zeitzer et al. 2000).
import math

TAU = 24.2
def prc(hours_after_cbtmin):
    x = (hours_after_cbtmin + 12) % 24 - 12          # wrap to -12..+12 h
    return 0.6 * math.sin(math.pi * x / 12)        # h of advance (+) per hour of saturating light

def drive(lux):
    return lux / (lux + 100.0)

def settle(schedule, days=90):
    """schedule: list of (start hour, end hour, lux) of light at the eye, repeated daily."""
    cbt = 4.0                                        # start: CBTmin at 04:00
    for _ in range(days):
        shift = 0.0
        for start, end, lux in schedule:
            h = start
            while h < end:
                shift += 0.25 * drive(lux) * prc(h + 0.125 - cbt)
                h += 0.25
        cbt = (cbt + (TAU - 24) - shift) % 24        # advance moves CBTmin earlier
    return cbt

def clock(h):
    h %= 24
    return f"{int(h):02d}:{int(round(60 * (h % 1))) % 60:02d}"

indoor = [(7, 23, 150)]
plans = {
    "indoor light only, 07:00-23:00 at 150 lux": indoor,
    "plus 30 min outdoors after waking (10,000 lux)": [(7, 7.5, 10000), (7.5, 23, 150)],
    "plus bright room 21:00-24:00 (500 lux)": [(7, 21, 150), (21, 24, 500)],
    "both: morning outdoors, dim evening (20 lux)": [(7, 7.5, 10000), (7.5, 21, 150), (21, 23, 20)],
}
print("light plan                                     CBTmin   estimated DLMO (CBTmin - 7 h)")
for name, sched in plans.items():
    c = settle(sched)
    print(f"{name:46s} {clock(c)}    {clock(c - 7)}")
# light plan                                     CBTmin   estimated DLMO (CBTmin - 7 h)
# indoor light only, 07:00-23:00 at 150 lux      03:19    20:19
# plus 30 min outdoors after waking (10,000 lux) 03:09    20:09
# plus bright room 21:00-24:00 (500 lux)         04:35    21:35
# both: morning outdoors, dim evening (20 lux)   02:23    19:23

在这个模型中,单纯增加 30 分钟晨间户外光,只使时钟提前约 10 分钟,因为整天的室内光已经提供了相当一部分「白天」信号;傍晚三小时的明亮室内光使时钟后移一个多小时;而晨间户外光加上暗的夜晚,使时钟提前约一小时。这与赖特的露营研究方向一致:起作用的不只是早上多了光,还有晚上少了光。模型的数字不应被当作预测,真实的相位反应曲线不是正弦形,人与人之间的差异也很大。

注

晨间户外光不要求看太阳:在室外、视线自然朝向天空和地面的方向即可。阴天户外的照度通常仍是室内的十倍以上。绝不要直视太阳;有眼病、正在服用光敏药物或患有双相障碍的人,在有意增加光照前请先咨询医生。本书不讨论褪黑素补充剂,更不给出剂量。

假说 · 尚未验证

尚未确立。 在晚睡的成年人中,连续两周每天起床后一小时内在户外停留至少 20 分钟、并在睡前两小时把室内照明降到 30 勒克斯以下,能使唾液褪黑素开始分泌的时刻提前至少 30 分钟。如果在随机试验中,干预组与对照组 DLMO 变化之差的 95% 置信区间上限小于 30 分钟,假说就被推翻。

小结

血清素参与调节对负面信号的反应,但「血清素 = 平静」与「血清素低 = 抑郁」都过于简单。光是人能主动改变的少数几个输入之一:通过 ipRGC,它校正昼夜时钟的相位;在一项人体测量中,晴天的大脑血清素周转更高。下一章转向一个更能被意识直接调动的系统:呼吸与心率。

参考文献

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Cools, Roshan, Angela C. Roberts, and Trevor W. Robbins. 2008. “Serotoninergic Regulation of Emotional and Behavioural Control Processes.” Trends in Cognitive Sciences 12 (1): 31–40.
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Czeisler, Charles A., Jeanne F. Duffy, Theresa L. Shanahan, et al. 1999. “Stability, Precision, and Near-24-Hour Period of the Human Circadian Pacemaker.” Science 284 (5423): 2177–81.
Gooley, Joshua J., Kyle Chamberlain, Kurt A. Smith, et al. 2011. “Exposure to Room Light Before Bedtime Suppresses Melatonin Onset and Shortens Melatonin Duration in Humans.” Journal of Clinical Endocrinology and Metabolism 96 (3): E463–72.
Khalsa, Sat Bir S., Megan E. Jewett, Christian Cajochen, and Charles A. Czeisler. 2003. “A Phase Response Curve to Single Bright Light Pulses in Human Subjects.” The Journal of Physiology 549 (3): 945–52.
Lambert, Gavin W., Christopher Reid, David M. Kaye, Garry L. Jennings, and Murray D. Esler. 2002. “Effect of Sunlight and Season on Serotonin Turnover in the Brain.” The Lancet 360 (9348): 1840–42.
Moncrieff, Joanna, Ruth E. Cooper, Tom Stockmann, Simone Amendola, Michael P. Hengartner, and Mark A. Horowitz. 2023. “The Serotonin Theory of Depression: A Systematic Umbrella Review of the Evidence.” Molecular Psychiatry 28: 3243–56.
Wright, Kenneth P., Andrew W. McHill, Brian R. Birks, Brandon R. Griffin, Thomas Rusterholz, and Evan D. Chinoy. 2013. “Entrainment of the Human Circadian Clock to the Natural Light-Dark Cycle.” Current Biology 23 (16): 1554–58.
Zeitzer, Jamie M., Derk-Jan Dijk, Richard E. Kronauer, Emery N. Brown, and Charles A. Czeisler. 2000. “Sensitivity of the Human Circadian Pacemaker to Nocturnal Light: Melatonin Phase Resetting and Suppression.” The Journal of Physiology 526 (3): 695–702.

Fan, Y. (2026). Dynamical Systems of Neurotransmitters and Endocrinology: Dopamine Reward Prediction Error, Serotonergic Homeostasis, HPA-Axis Allostatic Load and the Challenge Hypothesis, Read Beside East Asian Classics of Mind Regulation [神经递质与内分泌的动力系统] (Version 1.0.0). 5D Library. https://doi.org/10.5281/zenodo.23738782 · Licensed under Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International (CC BY-NC-ND 4.0).