季節性變化在動物王國中起著重要作用——在繁殖、食物供應、冬眠，甚至毛色方面。然而，這種季節性是否對人類有如此重大的影響，仍然是一個懸而未決的問題。它最廣為人知的關聯是情緒——即在寒冷的月份感到沮喪，在夏季感到振奮——以及在極端情況下，季節性抑鬱症，一種被稱為季節性情感障礙 (SAD) 的現象。
本週發表在《美國國家科學院院刊》上的新研究旨在更深入地探究人類生物學如何適應晝夜週期（生物節律）以及年度季節性模式。科學家們之前已經發現與情緒相關的某些化合物（包括多巴胺和血清素）、受孕甚至死亡率的水平和濃度存在季節性變化。現在，神經科學家、比利時列日大學的研究負責人吉勒·範德瓦勒說，首次使用功能性磁共振成像，“已經確鑿地表明，認知和大腦的認知方式是季節性的”。 一些科學家正在質疑季節性與精神健康之間的聯絡，而這些發現正值此時。
最初旨在調查睡眠和睡眠剝奪對大腦功能的影響，範德瓦勒和他的同事們將 28 名參與者置於受控的睡眠/覺醒時間表三週，然後將他們帶到實驗室，在那裡他們停留了 4.5 天。在此期間，他們在沒有自然光、時間資訊和社互動動等季節性線索的情況下經歷了睡眠剝奪和恢復的迴圈。範德瓦勒的團隊在近一年半的時間裡，對相同的受試者重複了整個程式數次。
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在每次會話中，研究人員測量了受試者在兩項不同任務中的大腦活動：第一項任務透過讓參與者在螢幕上的秒錶開始計時後立即按下按鈕來探測持續性注意力。第二項任務評估工作記憶，這是一種更復雜的功能，需要資訊儲存和決策，方法是向參與者展示一系列字母，並要求他們說明每個字母是否與三個回合前出現的字母相同。
然後，研究人員使用功能性磁共振成像來尋找大腦活動中任何一致的季節性變化。他們發現，儘管任務的總體表現保持不變，但“認知成本”，或者換句話說，認知中可用或使用的神經資源，隨時間變化。最值得注意的是，參與持續性注意力的大腦活動（尤其是在丘腦、杏仁核和海馬體等區域）在夏季最高，在冬季最低。與工作記憶相關的大腦活動（包括丘腦枕核和島葉以及前額葉和額極區域的反應）的模式偏移了三個月，工作記憶是一種更高層次的執行功能，使我們能夠回憶和處理資訊，它在秋季較高，在春季較低。
瑞士巴塞爾大學的生物節律學家安娜·維爾茨-賈斯蒂斯沒有參與這項研究，她認為研究結果令人興奮。“功能性磁共振成像研究的新穎之處在於，它正在從正常的心理和行為測量轉向真正關注認知和大腦重要的更高階功能，”她說。“我們真的就像倉鼠一樣。即使我們生活在光週期不再是季節性的人工環境中，我們的大腦中也有對季節性做出反應的程式，”她補充道。
範德瓦勒的下一個目標是在神經元水平上研究季節性，並觀察其在其他認知功能和實驗控制不太高的環境中的表現，或者相反，在允許更多實驗室測試時間的環境中的表現。“我們表明，在系統層面，大腦區域彼此互動，這反過來又與表現有關，”他說。“但我們不知道底層是什麼。”
這項研究尤其具有相關性，因為它與易受季節影響的人群有關，包括那些患有 SAD（以及躁鬱症和精神分裂症等精神疾病，這些疾病有時也表現出季節性波動）的人群，這種聯絡最近受到了爭議。上個月在《臨床心理科學》雜誌上，奧本大學蒙哥馬利分校的研究人員發表了一項基於人群的研究結果，質疑將重度抑鬱症與季節性變化聯絡起來是否有效。
“建立季節性很困難，”範德瓦勒說，“但在這裡，在我們的研究中，我們有機會嚴格控制協議近五天，所以我對我們的結果真的很有信心。”