Annu Rev Neurosci年度综述 | 感觉信息如何塑造脑状态？——苑克鑫团队提出贯通感觉、唤醒与情感的理论框架|下丘脑|皮层|神经元|苑克鑫

早上被闹钟叫醒的那一刻，你的大脑经历了一场剧烈的状态切换——从睡眠到清醒，从“关”到“开”。

你每天都生活在感觉信息的包围里。闹钟响、阳光照、有人拍你肩膀——这些都能瞬间改变你的脑状态。但问题是，它们是怎么做到的？同一个声音，为什么有时候能把你从深度睡眠里拽出来，有时候却被大脑自动屏蔽？为什么有些人听见门铃响就心跳加速，有些人却无感？

这些问题，本质上问的是：感觉信息如何调控“唤醒”（arousal）这一最基础的脑功能。

2026年3月23日，清华大学苑克鑫团队在Annual Review of Neuroscience发表了年度综述文章How Salient Sensory Stimuli Induce Brain-Wide State Alterations，为这个问题的解答提出了理论框架。

1唤醒这件事，得拆开了看

传统上，研究者把“唤醒”当成一个整体——醒着就是醒着，睡着就是睡着。但这篇综述提出了一个关键区分：一般性唤醒（general arousal）和特定唤醒（specific arousal）。

一般性唤醒是全局的，比如从睡眠到清醒的切换，决定你是“开着机”还是“关着机”。而特定唤醒则是带着行为指向的——看见蛇时的心跳加速、听见婴儿哭时的警觉、闻到食物时的“来劲儿了”，这些都是在“开机”状态下，大脑根据环境需求调出来的不同模式。

这个区分很重要。因为“开机”只是第一步，更关键的是“用什么模式开机”。如果你在野外，听见草丛里有响动，你需要快速进入防御模式；如果你在家里，闻到厨房传来香味，你需要进入觅食模式。同一个大脑，看上去是同一个“唤醒”状态，却能调出完全不同的行为输出——这种灵活性，正是生物智能的核心。

2三个系统，三种逻辑

综述梳理了参与感觉诱发唤醒的三个系统，每个系统的“干活逻辑”都不一样。

第一个是感觉系统本身，尤其是高阶感觉丘脑（图1）。传统教科书告诉你，丘脑就是个感觉信息的中转站——耳朵听到声音，传到丘脑，再传到皮层，完事。但这篇综述梳理了很多证据，证明高阶感觉丘脑根本不是被动中转站，它对于感觉信息是否显著（Saliency，如新颖性有多高、生物学意义有多大）很敏感，并且自己就能决定要不要唤醒皮层，以及用哪种方式唤醒。

以听觉为例，听觉丘脑内侧部（综述中称为 ATm）被证明是多模态感觉诱发唤醒的枢纽。它不光处理声音，还接收视觉、躯体感觉的输入，而且直接往下丘脑投射——也就是说，感觉信息还没走到皮层，在丘脑这一层就已经开始影响大脑的状态选择了。

图1 高阶感觉丘脑介导多模态感觉诱发唤醒的神经基础

第二个是传统意义上的一般性唤醒系统 ——脑干的那些神经调质核团，蓝斑、中缝背核、腹侧被盖区。教科书讲它们调控睡眠-清醒。这些核团对于感觉信息是否显著十分敏感，此外这篇综述还点出了一个有意思的细节：蓝斑去甲肾上腺素能神经元在感觉诱发唤醒中的作用，跟它自己的“基线活动”关系更大，而不是被声音诱发出来的那一瞬间的放电。

这解释了一个日常现象：同样一个声音，在睡眠深的时候叫不醒你，在睡眠浅的时候却能——不是声音变了，是你的大脑自己的背景状态变了。

第三个是那些跟特定行为绑定的功能区 ——下丘脑室旁核、腹内侧下丘脑、终纹床核。这些地方对感觉信息的显著性有极强的选择性。比如腹内侧下丘脑的SF1神经元，只对捕食者相关的刺激有持续反应，对纯音没反应，对食物也没反应。而且这种反应是持续性的，刺激没了它还在放电——这意味着，它们能维持一种“特定唤醒”状态，让你在危险过去之后仍然保持警惕。

3三个系统如何互相配合？

把这三大系统的反应曲线画在一起，就很有意思了（图2）。

特定功能系统（橙色）对感觉信息的显著性的响应近乎 “全或无“ ——不相关的刺激完全没反应，一旦突破阈值就全开，诱发特定唤醒状态，因此它就像是一个高分辨率的问题处理专家。与特定功能系统相比，一般性唤醒系统（蓝色）的非线性程度显著更低，平缓地改变唤醒状态，因此就像一个低分辨率的背景调节器。相较于前两者，感觉系统（绿色）对唤醒状态的改变与感觉信息的显著性之间呈非常线性的关系，其输出会叠加在前两者之上，调控最终的唤醒水平。

这三大系统像是在进行不同分辨率下的唤醒评估，它们的输出加在一起，决定了你面对一个感觉刺激时最终会进入什么状态。这个关系可以简洁表示成这样：

全局唤醒 = f₁(S) + f₂(S) + f₃(S)

其中 S是感觉显著性，但S不是一维的——不同系统对不同维度的显著性敏感，且各自存在响应最大化的 “ 偏好维度 ” 。这个框架勾勒了3 种截然不同但却分工明确的大脑工作模式，其好处是，它可以解释为什么同一个刺激在不同人身上、同一个人不同状态下效果不一样——因为三个系统的基线状态和增益系数不一样。

图2 由感觉刺激诱发唤醒水平变化的机制示意图，展示了特定功能系统（橙色）、感觉系统（绿色）和一般性唤醒系统（蓝色）的调控作用。

4唤醒与情感：一枚硬币的两面

到这里，一个更深层次的问题浮现出来：情感和唤醒之间是什么关系？

直觉告诉我们，它们密切相关——你害怕的时候心跳加速，你开心的时候精力充沛，你抑郁的时候什么都提不起劲。但这种相关性背后，有没有更结构化的联系？

这篇综述提供的框架，恰好能把这种关系说清楚。

情感状态，本质上可以理解为“特定唤醒”的某种长时间持续模式。焦虑，是防御相关的特定唤醒系统增益过高，而且关不掉。抑郁，是一般性唤醒水平持续偏低，同时正向行为（觅食、社交）相关的特定唤醒系统被抑制。创伤后应激障碍，是那些本该随着刺激消失而关闭的特定唤醒状态，被卡在了“开”的位置。

换句话说，情感障碍的核心，极有可能是唤醒调控系统的功能紊乱。不是“醒着”或“睡着”这种宏观状态出了问题，而是“用什么模式醒着”这种精细调控出了问题。

从这个角度看，感觉信息之所以能影响情感，是因为感觉信息是唤醒系统的“遥控器”——不同参数的光、声、躯体感觉刺激，能选择性地激活或抑制不同的唤醒子系统，从而改变大脑的状态模式。如果这个逻辑成立，那么用感觉信息干预情感障碍，就不是什么玄学，而是有明确神经基础的操作。

5还有哪些问题没有解决？

综述结尾也点明了几个需要攻克的硬骨头：

不同唤醒状态是并行通路介导的还是汇聚到共同枢纽？特定功能系统的脑区内部有没有专门的“唤醒神经元”？能不能建立刺激参数-神经活动-行为概率的量化关系？这些问题，本身就带着下一步研究的味道。

还有个更根本的问题：在大脑如何主动与外界环境进行交互的议题中，现有的预测编码框架通常把感觉结构当成传递预测误差的中转站，但这篇综述梳理的证据表明，高阶感觉丘脑本身就在主动整合唤醒信号，而且这种整合不依赖皮层输入。未来的计算模型，不妨重新审视那些传统上被视为仅执行基础功能的脑区，充分考量它们在唤醒调控等维度上所展现出的复杂性。

文章链接：

https://doi.org/10.1146/annurev-neuro-112723-034728

制版人：十一

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（*排名不分先后）