近日，北京大學IDG/麥戈文腦科學研究所、心理與認知科學學院、北大-清華生命科學聯合中心方方/王茜團隊在 Journal of Neuroscience 發(fā)表題為“Rapid Processing of Invisible Fearful Faces in the Human Amygdala”的研究論文，運用高時空分辨率顱內腦電圖技術，揭示了人類意識下情緒面孔快速加工的神經機制。該研究成果被雜志編委會推薦為“press promotion”文章，入選雜志當期亮點研究（featured research），并由神經科學學會（Society for Neuroscience）在Twitter，Facebook以及LinkedIn等平臺上進行宣傳推廣。
我們總是能夠快速探測到環(huán)境中存在威脅，甚至在威脅處于不可見（意識下）的條件下。這種能力對于生存至關重要。嚙齒類動物研究提示，這一功能可以由皮層下通路實現，即皮層下通路將威脅性情緒信息直接傳達至杏仁核進行加工。由于這一通路繞過了皮層視覺通路，因此可以實現情緒信息的快速傳遞、甚至無意識威脅的快速探測和識別。然而，由于技術限制，皮層下通路在人類大腦中的存在一直缺乏直接證據。
為解決此問題，本研究采用了顱內立體腦電圖（stereo-electroencephalogram, sEEG）的方法，直接記錄癲癇患者杏仁核及皮層通路多個腦區(qū)對情緒面孔的神經反應；并使用后向掩蔽技術意識下呈現情緒面孔，以阻斷情緒信息在皮層通路的傳輸（圖1）。行為研究結果發(fā)現，被試對于情緒面孔的辨別能力處于幾率水平，說明實驗中大腦對情緒面孔處于無意識加工（unconscious processing）的狀態(tài)。運用sEEG技術，團隊發(fā)現，人類杏仁核仍然對意識下恐懼面孔有選擇性加工，且杏仁核的選擇性反應發(fā)生在90ms以內（圖2），早于皮層視覺通路對杏仁核的信息傳遞。進而，時頻分析結果發(fā)現，杏仁核對意識下恐懼面孔有選擇性反應能量主要源自Gamma頻段（27-33 Hz）（圖3）。
圖1. 實驗流程和杏仁核電極位點
圖2. 杏仁核顱內事件相關電位結果
圖3. 杏仁核顱內腦電時頻分析結果
那么，杏仁核對意識下恐懼面孔的快速選擇性加工信號是否源自視皮層呢？為了驗證皮層通路的可能性，團隊分別分析了早期視皮層（early visual area, EVA）、梭狀回（fusiform gyrus, FG）以及海馬旁回（parahippocampal gyrus, PHG）對意識下情緒面孔的加工模式。我們發(fā)現這些視皮層區(qū)域均不存在對無意識面孔的選擇性或快速反應（圖4），驗證了杏仁核的早期情緒反應并非來自皮層通路。這些發(fā)現支持了人類大腦中存在一個獨立于皮層通路的快速皮層下通路。
圖4.視皮層顱內事件相關電位結果
課題組已畢業(yè)博士生王英英和已出站博士后羅路為該論文的共同第一作者。方方教授和王茜助理研究員為本文共同通訊作者。課題組博士生陳冠鵬、首都醫(yī)科大學三博腦科醫(yī)院欒國明教授以及王雄飛副主任醫(yī)師做出重要貢獻。該工作得到了北大-清華生命科學聯合中心、科技部、國家自然科學基金委與北京智源人工智能研究院的資助。
原文鏈接：https://www.jneurosci.org/content/early/2023/01/05/JNEUROSCI.1294-22.2022
Featured Research: https://www.jneurosci.org/content/featured-research
2023-01-27