定义和概述
中枢自主网络（CAN）是分布在大脑皮层、边缘系统、下丘脑和脑干的一组相互连接的神经结构。 它是大脑内的一个调节系统，通过调节自主神经输出和整合内脏感觉信息来维持身体稳态。 1993年，美国梅奥诊所的神经学家Benarroch将分散研究的与自主神经系统相关的大脑区域系统化为一个功能网络，从而确立了CAN的概念。
传统上，自主神经系统被认为以周围结构、交感神经节和副交感神经节为中心。 然而，随着CAN模型的引入，人们逐渐清楚自主神经控制不是简单的外周反射，而是大脑多个层面的分层处理过程。 CAN整合来自内脏器官的感觉信息（内感受），根据环境变化和情绪状态实时调整交感神经和副交感神经的输出比例。
在 Beissner 等人发表的激活似然估计荟萃分析中。 2013年，通过综合128项功能神经影像研究，凭经验确定了CAN的核心组成部分。 根据这项分析，前岛叶、前扣带皮层和杏仁核是在自主任务中最持续激活的区域。
建筑结构
CAN由从大脑皮层层到脑干层按层次排列的多个神经结构组成。
脑岛
岛叶皮质是 CAN 的关键枢纽，也是内脏感觉信息的主要皮质接受区域。 来自所有内脏器官（例如心脏、胃、肺和膀胱）的感觉信息经过丘脑的后内侧腹核（VMpo），到达后岛叶，并依次向前处理。 整个岛叶负责内感受的自觉意识，形成对身体状态的主观感受。
奥本海默等人。 (1992) 在癫痫手术期间通过直接刺激岛叶引起心率和血压的变化。 刺激左侧岛叶时可观察到心动过缓和血压下降，刺激右侧岛叶时可观察到心动过速和血压升高，证实了岛叶的左右不对称心血管调节功能。 这一发现为了解岛中风后心脏并发症发生的机制提供了线索。
前扣带皮层
前扣带皮层 (ACC) 与岛叶一起是自主神经系统控制的皮质层中枢。 它将认知评估和情绪唤醒信息与自主输出联系起来。 ACC膝前区与副交感神经活动呈正相关，膝下区与交感神经活动呈正相关。
杏仁核
杏仁核是处理与威胁相关的情绪（例如恐惧和焦虑）的中心结构，并调节对情绪刺激的自主反应。 它直接从杏仁核中央核投射到下丘脑和脑干，引起防御反应，例如交感神经激活、心率加快、血压升高和呼吸频率加快。 在患有焦虑症的患者中，杏仁核的过度活跃与慢性交感神经过度活跃直接相关。
下丘脑
下丘脑是CAN的整合中枢，它综合来自上层大脑皮层和边缘系统的信息，并将其传输到下层脑干自主神经核。 室旁核（PVN）是下丘脑自主调节的关键结构，同时调节交感神经激活和应激激素（皮质醇）分泌。 下丘脑外侧控制唤醒和能量代谢，下丘脑前部（视前区）控制体温调节和睡眠-觉醒周期。
脑干自主神经核
自主神经输出的最终共同通路位于脑干。
- 孤束核（NTS）：这是内脏传入纤维第一个突触的部位，也是所有内脏感觉信息的主要中继站。 它是关键自主反射的起点，例如压力感受器反射和化学感受器反射。
- 迷走神经背运动核（DMNV）：副交感神经输出的主要起源核，将副交感神经信号传递至胃肠道、心脏等。
- 疑核（NA）：心脏迷走神经的起源核，产生呼吸性窦性心律失常，直接反映在心率变异性的高频成分（HF-HRV）中。
- 延髓腹外侧（VLM）：位于维持交感神经张力的血管舒缩中枢，是血压调节的最终有效通路。
功能
内脏感觉统合
CAN的主要功能是收集和整合内脏器官的感觉信息。 来自心脏压力感受器、主动脉弓和颈动脉窦化学感受器、胃肠道机械感受器和肺部牵张感受器的感觉信号通过迷走神经和舌咽神经到达孤束核。 该信息通过丘脑的后内侧腹核和副基底核传递到岛叶和前扣带皮层，形成有意识的内感受。
据报道，健康成年人在心率检测任务中的内感受准确度平均约为 65-70%，这个数字越高，心率变异性和情绪控制能力就越好。
自主输出控制
CAN通过实时调节交感神经和副交感神经的输出比例来维持心血管、呼吸、消化和体温状况的稳态。 较高的结构（前额叶皮层、前扣带皮层）对较低的结构（下丘脑、脑干核）施加强直抑制，当这种抑制得到适当维持时，自主神经输出的灵活波动是可能的。 Thayer 和 Lane 根据提出的神经内脏整合模型 (2009)，前额皮质对杏仁核通路的抑制作用越强，迷走神经张力就越高，表现为心率变异性的增加。
如果静息时心率变异性的时域指标SDNN在100毫秒以上，则自主控制能力评价为良好，如果低于50毫秒，则心血管事件的风险显著增加。
情绪与自主联系
情绪体验本质上伴随着自主反应。 之所以在恐惧的情况下心跳加快，在释怀时呼吸变慢，是因为杏仁核和前扣带皮层直接控制着脑干的自主神经核。 CAN 模型强调这种情感-自主联系是双向的。 不仅存在从大脑到肠道（向下）的通路，还存在内脏状态影响大脑情绪处理的通路（向上），这被视为具身认知的神经学基础。
如果焦虑症患者的杏仁核-岛叶连接过度增加，即使正常的内脏感觉也可能被解读为威胁信号，导致恐慌发作。 相反，当前额叶-杏仁核连接加强时，自主反应就会稳定。
临床意义
中风后自主神经功能障碍
岛叶区中风导致心脏自主调节快速紊乱。 在 Oppenheimer 等人的一项研究中，大约 25-30% 的岛梗塞患者在急性期观察到心电图异常（QT 间期延长、ST 变化、心律失常）。 右侧岛叶梗塞与交感神经过度活跃有关，增加室性心动过速或心源性猝死的风险，而左侧岛叶梗塞可导致副交感神经过度活跃和心动过缓。
伴有下丘脑或脑干病变的中风会导致更广泛的自主神经紊乱，包括温度调节受损、直立性低血压和出汗异常。 据报道，这些自主神经并发症是导致中风预后恶化的独立危险因素。
癫痫和自主神经系统
癫痫发作期间心率变化是一种非常常见的现象，80% 的颞叶癫痫发作中可观察到发作性心动过速。 这是因为癫痫发作活动会扩散到岛叶和杏仁核并直接刺激 CAN。 CAN 异常作为癫痫猝死 (SUDEP) 的机制也受到关注，据推测癫痫发作后抑制脑干自主神经核会导致心肺骤停。
情绪障碍和植物神经失衡
荟萃分析证实，抑郁症患者的心率变异性显著降低，据报道，与健康对照相比，SDNN 平均降低了 13 至 18 毫秒。 这被解释为前额皮质杏仁核抑制功能下降，削弱了 CAN 的下调作用。 在焦虑症和创伤后应激障碍 (PTSD) 中也观察到类似的 CAN 功能障碍，并且临床证据越来越多，自主神经指标的改善与情绪症状的改善密切相关。
检查
功能磁共振成像 (fMRI)
功能磁共振成像 (fMRI) 是一种研究和诊断工具，可以直接观察 CAN 组件区域的激活模式。 CAN 的功能连接通过测量执行自主任务（瓦尔萨尔瓦动作、冷压测试、观看情绪唤起视频等）期间岛叶、前扣带皮层、杏仁核和下丘脑的血流动力学反应来评估。 贝斯纳等人。 (2013) 的荟萃分析综合了 128 项研究的功能磁共振成像数据，并证实前岛叶和中央扣带皮层在自主任务期间表现出最一致的激活。
心率变异性 (HRV) 分析
心率变异性 (HRV) 分析是间接评估 CAN 输出状态的最实用的临床测试。 交感-副交感平衡通过时域指标（SDNN、RMSSD）和频域指标（LF、HF、LF/HF比）进行评估。 HF（0.15-0.40 Hz）分量反映起源于疑核的心脏迷走神经活动，并用作 CAN 副交感神经输出的指标。 静息高频功率低表明前额叶下行抑制减弱。
定量脑电图（QEEG）
定量脑电图 (QEEG) 通过定量分析头皮记录的脑电波来评估 CAN 高级结构（额叶、颞叶）的活动模式。 额叶α不对称反映了前扣带皮层和岛叶左右活动的差异，并与自主神经系统控制和情绪调节相关。 通过同时测量HRV和QEEG，可以以更加三维的方式识别脑心轴的功能状态。
治疗方法
经颅磁刺激 (TMS)
经颅磁刺激 (TMS) 是一种通过非侵入性刺激大脑皮层来调节 CAN 功能的治疗方法。 研究报告称，将重复 TMS (rTMS) 应用于背外侧前额叶皮层 (DLPFC) 或内侧前额叶皮层可增强前额叶-杏仁核通路，增加迷走神经张力并改善心率变异性。 高频（10-20Hz）rTMS增加皮质兴奋性并加强前额叶皮质的向下抑制，可以缓解交感神经亢进。
经颅直流电刺激 (tDCS)
经颅直流电刺激 (tDCS) 是一种通过头皮传递微弱直流电（1 至 2 mA）来控制皮质兴奋性的方法。 当在前额皮质放置阳极时，该区域的兴奋性增加，CAN的下调作用增强，从而改善自主神经系统的平衡。 tDCS 因其设备简单、副作用低而作为门诊自主神经控制治疗的潜力而受到关注。
基于神经内脏整合的方法
基于Thayer的神经内脏整合模型，正在尝试一种旨在恢复CAN功能的多层治疗方法。 通过生物反馈进行的 HRV 训练是一种行为干预，可直接加强疑核-迷走神经通路的音调，而呼吸控制训练（每分钟 6 次共振呼吸）可优化压力感受器反射，以增加 CAN 的闭路增益。 当与药物治疗和脑刺激治疗相结合时，这种非药物方法有望产生协同效应。