超越光影：恐懼如何重塑晝夜節律鐘及其對創傷後壓力症候群的意義

在自然界的演化長河中，夜行性囓齒類動物的行為受到嚴格的時間限制：黑暗是安全的屏障。對於小鼠而言，夜間是覓食、進食與活動的高峰期，而白天則是休息與隱蔽於巢穴的時間。這種穩定的行為節律通常被視為對太陽週期的直接反應，由大腦中被稱為「主時鐘」（Master Clock）的機制主導，將內部生物過程與日出日落同步。

然而，Bussi et al.（2024）發表於《美國國家科學院院刊》（PNAS）的一項突破性研究，對這種「光中心論」的觀點提出了嚴峻挑戰。研究團隊藉由在小鼠原本偏好的活躍期（夜間）引入厭惡性刺激（隨機足部電擊），觀察到了驚人的行為反轉。這些動物並非僅僅停止活動，而是完全顛倒了晝夜：它們在光照期覓食，並在黑暗期築巢休息，日出而作、日落而息，儼然活得像個體面的人類！該不會下次看到他們正坐在迷你螢幕前面追劇看Netflix吧？不不不！等等，我們都還沒有開始介紹，請各位父母先別急、先收起你們手上的電療設備，我們這篇文章並不是在教各位如何導正孩子熬夜作息不正常的情形。

我們回來繼續講。上述的現象引發了一個極具臨床意義的科學好奇：為什麼在創傷後壓力症候群（PTSD）等焦慮障礙患者中，即便威脅早已消失，睡眠與節律紊亂仍會長期持續？答案可能隱藏在神經生物學的根本轉變中。該研究揭示，恐懼不僅僅是一種轉瞬即逝的情緒；它還扮演著「授時因子」（Zeitgeber）的角色：一種強大的非光照環境週期，具備凌駕於太陽光照之上的能力，進而重新編排生物鐘的神經迴路。順帶補充，Zeitgeber這個聽起來中二力十足的德文單字，直接翻成英文就是「時間給予者(time giver)」。在這個領域的研究中，如果做圖的時間軸是以我們外界控制的光照與否決定實驗的日夜週期，則x軸常會使用ZT(Zeitgeber Time)；與之相對，如果是生物自身內在的生理週期，x軸常會使用CT (Circadian Time)。

一、恐懼作為強效「授時因子」可與太陽抗衡

傳統上，光照-黑暗（LD）週期被認為是調節哺乳動物晝夜節律的最強授時因子。然而，本研究設計了一種更接近生存於原始大自然狀態的實驗籠具（見圖一），包含「安全巢穴區」與「覓食區」，其中覓食區配備金屬柵欄地板，以便實驗需要在特定的時間點傳遞電擊。研究人員將小鼠分為兩組：在黑暗期（夜間）出來覓食會慘遭電擊的「黑暗恐懼組」（Dark Fear, DF）以及在光照期（日間）出來覓食會慘遭電擊的「光照恐懼組」（Light Fear, LF）。

DF 組不僅是名稱響亮很像什麼重金屬搖滾樂團的團名，這些小鼠們的實驗結果還極其顯著：為了避開夜間的隨機電擊（由電腦控制每小時隨機分配3次0.2mA強度電流），我們的料理鼠王果決脫離黑暗料理界加入菊下樓，將其絕大部分的覓食與進食活動移至日間。數據顯示，DF 組小鼠在基準線時的日間活動比例僅為 23.3% ± 3.7%，但在電擊階段，這一數字驟升至 80.5% ± 4.7%。相比之下，LF 組僅表現出輕微的日間迴避行為，仍維持其典型的夜行性模式，繼續服膺於黑暗料理界（見圖二）。

這項發現之所以令學界驚訝，是因為它證明了循環性恐懼可以「劫持」原本由 SCN 主導的節律系統。原來不是只有邪惡組織可以洗腦主角加入反派，小當家根本不用浪費時間跟黑暗料理界PK，直接掏出電纜線就好了！正如研究人員在「顯著性聲明」（Significance Statement）中所述：

「我們的研究結果表明，循環性恐懼刺激對晝夜節律鐘的同步，會導致嚴重的晝夜行為失調，且這種失調在厭惡刺激移除後仍會持續數日……循環性恐懼是一種強大的非光照同步化環境週期。」

圖一、實驗環境架設示意圖。

二、並非單純的迴避行為，而是「真實」的同步現象

在時間生物學中，必須區分「遮蔽效應」（Masking）與「同步化」（Entrainment）。前者是單純的反應性反射，例如小鼠因為當下有電擊而躲進巢穴，好了傷疤忘了疼；後者則代表內部生物鐘相位發生了根本性的移位，一朝被蛇咬，十年怕草繩。研究團隊提供了三大證據，證實這種相位移位屬於真實的生物鐘同步化：

1. 在恆定黑暗（DD）中的持續性： 當 DF 組小鼠被轉移至無電擊的恆定黑暗環境（即「後電擊階段」）時，它們並未立即恢復夜行性。相反，它們維持了在電擊期間習得的日間覓食相位，日間活動比例仍維持在 68.1% ± 4.7%。

2. 過渡期（Transients）的觀察： 從夜行性轉向日行性的過程並非一蹴而就，而是需要數天的時間逐步移位。這種「緩慢調整」是典型生物鐘重新設定的標誌，而非瞬時的反射。

3. 預期行為（Anticipatory Behavior）： DF 組小鼠在黑暗期結束、燈光亮起前的一小時就開始進入覓食區。這種在安全期到來前的預判行為，並不是說這些老鼠有多肖貪、為了吃東西迫不及待，而是證明了老鼠大腦內部時鐘正在預測環境的變化。

此外，研究人員透過「提示性恐懼」（Cued Fear），也就是每次電擊前有 20 秒音調提示『傘電～傘電～』，與「非提示性恐懼」（Non-cued Fear）的對比發現，只有當恐懼不可預測且具備循環特質時，才會發生強力的節律同步化（Rayleigh Test 結果顯示非提示組 p < 0.0001）。這暗示了恐懼感本身作為時間參考信號的重要性。

圖二、LF與DF組的小鼠活動紀錄圖(actogram)與電擊前後表現分析。黃色區域代表接受光照的白天，灰色則代表無光照的黑夜，粉紫色區域則是電擊時段。黑色的條紋代表小鼠活動的紀錄。

三、分子機器 Bmal1 作為核心運行的引擎

為了剖析恐懼如何重塑時間，研究聚焦於核心分子鐘基因 Bmal1。該基因是驅動細胞內 24 小時轉錄翻譯反饋環路（TTFL）的關鍵元件。研究團隊利用前腦特定基因敲除模型（Cami-Bmal1{-/-}），測試了缺乏前腦核心時鐘功能的小鼠。

實驗發現，雖然這些敲除鼠雖然仍能感知疼痛（痛覺處理能力本來就完整），但在 LD 環境下，它們僅能表現出「遮蔽效應」：它們雖然在電擊時「抱頭鼠竄」的躲避，但一旦進入恆定黑暗（DD）環境，其行為立即變得無節律化（Arrhythmic），想竄也不知道從何竄起。這證明了前腦分子鐘對於儲存「恐懼時間記憶」是必不可少的。

這邊臨時插播，跟各位讀者補充說明文章中使用到基因名稱右上方出現 {+/+}、{+/-}、{-/-} 的標示，代表在實驗動物身上經過基因工程下，兩條染色體中移除了 無/其中一條/兩邊都移除了該基因 的動物個體，也就是 {-/-} 表示兩條呈對染色體中的該基因都移除什麼都不剩了，並不是指什麼元末明初代表害羞的表情符號 -////- 之類的…雖然我們有時也會在文章中使用emoji，但把表情符號放在次方也未免太過於獨步全球u_u。

行為指標對照：後電擊階段（恆定黑暗 DD）之分析

A. 野生型 (Bmal1{+/+}，對照組)：

- 覓食行為表現 – 維持恐懼習得相位，行為集中於安全窗

- 節律穩健度 (FFT 振幅峰值) – 高且具顯著性

B. 雜合型 (Bmal1{+/-})：

- 覓食行為表現 – 維持恐懼習得相位

- 節律穩健度 – 具顯著性峰值

C. 敲除型 (Cami-Bmal1{-/-})：

- 覓食行為表現 – 立即呈現無節律狀態

- 節律穩健度 – 無顯著晝夜頻率峰值

數據分析顯示，節律曲線經過快速傅立葉變換（FFT）後的振幅，在敲除鼠中趨近於零、已經進入零的領域、鼠鼠已經心累，證明了分子鐘是實現恐懼同步的生物學硬體。這邊FFT已經都幫大家算好了，請各位數學小神童不需要再拿出紙筆摩拳擦掌蓄勢待發。

四、視交叉上核扮演的角色：必要但不充分的條件

這是該研究最具神經生物學衝擊力的發現。研究人員利用病毒載體技術（AAV2/1-Ef1a-Gfp-Cre），在立體定位儀引導下，精確地在視交叉上核（SCN）刪除或挽救 Bmal1。

SCN 的必要性（Necessity）： 在 SCN-Bmal1{-/-} 小鼠中，即使給予強烈的循環恐懼刺激，手足無措的小鼠也無法維持恐懼同步化的節律。雖然有些個體因病毒未完全覆蓋 SCN 細胞而表現出極微弱的活動整合，但整體而言，失去 SCN 分子鐘意味著無法建立穩定的恐懼時間表。

SCN 的不充分性（Insufficiency）： 研究人員隨後進行了「挽救實驗」，在缺乏前腦分子鐘的小鼠中，僅在 SCN 內重新表達 Bmal1（利用 Cre 依賴型 AAV2/1-Ef1a-DIO-Bmal1）。這種老鼠出生就因為基因改造，全身的所有細胞都不會有Bmal1的表現，天生就不知Bmal1與節律為何物。但結果令人震驚：雖然 SCN 的挽救足以讓小鼠恢復對光照（LD）週期的同步能力（證明 SCN 時鐘功能正常），但它卻不足以支撐恐懼同步化。這些小鼠在 DD 環境下表現出「自律行動」（Free-run）的節律，完全忽略 12 小時的循環電擊週期，也就是不管先前有沒有遭受電擊，時間到了就像zombie一樣晃出去再次被慘電，逃不出這個無限輪迴見（圖三）。

這表明了一個層級化的分布系統：SCN 充當「相位參考點」（Phase Reference），提供基礎的時間框架，但真正學習並儲存厭惡刺激時間的，是位於前腦其他區域的「從屬時鐘」（Subordinate Clocks），可能分布於杏仁核或前額葉等恐懼編碼中心。

圖三、在進行挽救實驗後的小鼠，於全黑暗（DD）的環境中，出現無視電擊時段、仍舊出來進行覓食活動的現象。

五、時鐘中的「幽靈」：基因表達與行為的解耦

該研究最反直覺的發現源於原位雜交（In situ Hybridization）實驗。研究人員在六個時間點（ZT 2, 6, 10, 14, 18, 22）取樣，檢測 SCN 中的 Per1 與 Bmal1 基因表達。

結果顯示，儘管 DF 組小鼠的行為已經完全轉變為日行性，但其 SCN 的分子時鐘相位卻頑固地保持與原本的 LD 週期同步，與對照組 LF 小鼠毫無二致。這在 SCN 中創造了一種「解耦」（Decoupling）現象：主時鐘仍在根據太陽計時，而行為輸出卻被恐懼節律強行帶走，也就是SCN根本沒有問題，但是老小鼠的腦中似乎某處正循環撥放著施文彬的低語「暗時也已經來你麥耍大牌，你若耍大牌我會加你電[1]」。

值得注意的是，研究團隊分析了齒狀回（DG）與基底外側杏仁核（BLA）的 Per1 表達，結果並未發現與恐懼同步化的節律性。這暗示恐懼同步化的從屬時鐘可能隱藏在更特定的神經元子集內，而非整個大腦區域的普適性反應。這種「基因相位」與「行為相位」的背離，解釋了為何恐懼引發的節律紊亂如此難以糾正：因為身體內部正同時接收著兩個相互矛盾的時間信號，陰陽之力沒有服用俠客島的臘八粥難以調和。

六、從實驗室到臨床——與創傷後壓力症候群的連結

這項研究為創傷後壓力症候群（PTSD）提供了全新的病理機制解釋。PTSD 患者常伴隨嚴重的睡眠破碎、夜驚以及與創傷事件時間點相關的生理警覺。

作者提出一個大膽的假設：PTSD 患者的節律紊亂並非焦慮的簡單副產品，而是「先前被恐懼同步化的生物鐘」的殘餘輸出。在這個框架下，即使威脅已消除，大腦內部的恐懼時鐘仍在特定時間點發出「危險」信號讓你繼續怕草繩，導致長期的生理錯位。如研究中所述：

「我們的結果表明，焦慮障礙典型的晝夜節律與睡眠障礙，可能代表了先前被恐懼同步的生物鐘之輸出……這維持了一種在缺乏實際威脅情況下的適應不良行為與睡眠時機。」

這解釋了為何傳統睡眠藥物對 PTSD 效果有限，因為問題不在於「無法入睡」，而在於「生物鐘相位被錯誤地設定在警覺模式」，就算你睡著了，也會驚悚的夢見草繩與你同床共眠。

結語：焦慮症治療的新神經路徑圖

Bussi et al.（2024）的研究為恐懼與時間的神經生物學繪製了新的地圖。他們證實了循環恐懼作為主調節因子的地位，並界定了 SCN 作為相位參考點與前腦分子機器作為執行者的分工。所以SCN僅提供最晝夜時間的估算與參考建議，至於你各位皮有沒有在癢、要不要去雪山上用醬板鴨還是北京烤鴨救狐狸、學多國語言還是鍛鍊各種武學、使用刺針飛彈RPG，那是你自己的選擇、各人造業各人擔，到時候陷入輪迴還是造成PTSD都跟SCN無關。

這留給臨床醫學一個極具潛力的問題：既然我們能透過恐懼「同步化」生物鐘，我們是否也能透過特定的「時間療法」來「重設」它？理解 PTSD 睡眠障礙是一種「恐懼同步化節律」而非單純的失眠，將為治療開闢廣闊道路。未來的研究應聚焦於識別那些儲存恐懼時鐘的前腦特定核團，並探討如何透過非侵入性的時間干預，糾正焦慮大腦中那具失控的時鐘。這項神經框架不僅深化了我們對生物節律層級制的理解，更為治療慢性心理創傷提供了精準的時間生物學靶點。

AI 使用聲明：部分內文由 NotebookLM協助編輯

撰文：鄭主佑

原始論文：Bussi, I. L., Ben-Hamo, M., Salazar Leon, L. E., Casiraghi, L. P., Zhang, V. Y., Neitz, A. F., ... & de la Iglesia, H. O. (2024). The circadian molecular clock in the suprachiasmatic nucleus is necessary but not sufficient for fear entrainment. Proceedings of the National Academy of Sciences, 121(13), e2316841121.

https://doi.org/10.1073/pnas.2316841121