季节性变化在动物王国中起着重要作用——在繁殖、食物供应、冬眠，甚至毛色方面。然而，这种季节性是否对人类有如此重大的影响，仍然是一个悬而未决的问题。它最广为人知的关联是情绪——即在寒冷的月份感到沮丧，在夏季感到振奋——以及在极端情况下，季节性抑郁症，一种被称为季节性情感障碍 (SAD) 的现象。
本周发表在《美国国家科学院院刊》上的新研究旨在更深入地探究人类生物学如何适应昼夜周期（生物节律）以及年度季节性模式。科学家们之前已经发现与情绪相关的某些化合物（包括多巴胺和血清素）、受孕甚至死亡率的水平和浓度存在季节性变化。现在，神经科学家、比利时列日大学的研究负责人吉勒·范德瓦勒说，首次使用功能性磁共振成像，“已经确凿地表明，认知和大脑的认知方式是季节性的”。 一些科学家正在质疑季节性与精神健康之间的联系，而这些发现正值此时。
最初旨在调查睡眠和睡眠剥夺对大脑功能的影响，范德瓦勒和他的同事们将 28 名参与者置于受控的睡眠/觉醒时间表三周，然后将他们带到实验室，在那里他们停留了 4.5 天。在此期间，他们在没有自然光、时间信息和社交互动等季节性线索的情况下经历了睡眠剥夺和恢复的循环。范德瓦勒的团队在近一年半的时间里，对相同的受试者重复了整个程序数次。
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在每次会话中，研究人员测量了受试者在两项不同任务中的大脑活动：第一项任务通过让参与者在屏幕上的秒表开始计时后立即按下按钮来探测持续性注意力。第二项任务评估工作记忆，这是一种更复杂的功能，需要信息存储和决策，方法是向参与者展示一系列字母，并要求他们说明每个字母是否与三个回合前出现的字母相同。
然后，研究人员使用功能性磁共振成像来寻找大脑活动中任何一致的季节性变化。他们发现，尽管任务的总体表现保持不变，但“认知成本”，或者换句话说，认知中可用或使用的神经资源，随时间变化。最值得注意的是，参与持续性注意力的大脑活动（尤其是在丘脑、杏仁核和海马体等区域）在夏季最高，在冬季最低。与工作记忆相关的大脑活动（包括丘脑枕核和岛叶以及前额叶和额极区域的反应）的模式偏移了三个月，工作记忆是一种更高层次的执行功能，使我们能够回忆和处理信息，它在秋季较高，在春季较低。
瑞士巴塞尔大学的生物节律学家安娜·维尔茨-贾斯蒂斯没有参与这项研究，她认为研究结果令人兴奋。“功能性磁共振成像研究的新颖之处在于，它正在从正常的心理和行为测量转向真正关注认知和大脑重要的更高级功能，”她说。“我们真的就像仓鼠一样。即使我们生活在光周期不再是季节性的人工环境中，我们的大脑中也有对季节性做出反应的程序，”她补充道。
范德瓦勒的下一个目标是在神经元水平上研究季节性，并观察其在其他认知功能和实验控制不太高的环境中的表现，或者相反，在允许更多实验室测试时间的环境中的表现。“我们表明，在系统层面，大脑区域彼此互动，这反过来又与表现有关，”他说。“但我们不知道底层是什么。”
这项研究尤其具有相关性，因为它与易受季节影响的人群有关，包括那些患有 SAD（以及躁郁症和精神分裂症等精神疾病，这些疾病有时也表现出季节性波动）的人群，这种联系最近受到了争议。上个月在《临床心理科学》杂志上，奥本大学蒙哥马利分校的研究人员发表了一项基于人群的研究结果，质疑将重度抑郁症与季节性变化联系起来是否有效。
“建立季节性很困难，”范德瓦勒说，“但在这里，在我们的研究中，我们有机会严格控制协议近五天，所以我对我们的结果真的很有信心。”