近日，北京大学心理与认知科学学院、IDG麦戈文脑科学研究所、生命科学联合中心方方团队在《Journal of Neuroscience》发表题为“Rapid Processing of Invisible Fearful Faces in the Human Amygdala”的研究论文，运用高时空分辨率颅内脑电图技术，揭示了人类意识下情绪面孔快速加工的神经机制。
该研究成果被杂志编委会推荐为“press promotion”文章，入选杂志当期亮点研究（featured research），并由神经科学学会（Society for Neuroscience）在Twitter，Facebook以及LinkedIn等平台上进行宣传推广。
我们总是能够快速探测到环境中存在威胁，甚至在威胁处于不可见（意识下）的条件下。这种能力对于生存至关重要。啮齿类动物研究提示，这一功能可以由皮层下通路实现，即皮层下通路将威胁性情绪信息直接传达至杏仁核进行加工。由于这一通路绕过了皮层视觉通路，因此可以实现情绪信息的快速传递、甚至无意识威胁的快速探测和识别。然而，由于技术限制，皮层下通路在人类大脑中的存在一直缺乏直接证据。
为解决此问题，本研究采用了颅内立体脑电图（stereo-electroencephalogram, sEEG）的方法，直接记录癫痫患者杏仁核及皮层通路多个脑区对情绪面孔的神经反应；并使用后向掩蔽技术意识下呈现情绪面孔，以阻断情绪信息在皮层通路的传输（图1）。行为研究结果发现，被试对于情绪面孔的辨别能力处于几率水平，说明实验中大脑对情绪面孔处于无意识加工（unconscious processing）的状态。运用sEEG技术，团队发现，人类杏仁核仍然对意识下恐惧面孔有选择性加工，且杏仁核的选择性反应发生在90ms以内（图2），早于皮层视觉通路对杏仁核的信息传递。进而，时频分析结果发现，杏仁核对意识下恐惧面孔有选择性反应能量主要源自Gamma频段（27-33 Hz）（图3）。
图1. 实验流程和杏仁核电极位点
图2. 杏仁核颅内事件相关电位结果
图3. 杏仁核颅内脑电时频分析结果
那么，杏仁核对意识下恐惧面孔的快速选择性加工信号是否源自视皮层呢？为了验证皮层通路的可能性，团队分别分析了早期视皮层（early visual area, EVA）、梭状回（fusiform gyrus, FG）以及海马旁回（parahippocampal gyrus, PHG）对意识下情绪面孔的加工模式。我们发现这些视皮层区域均不存在对无意识面孔的选择性或快速反应（图4），验证了杏仁核的早期情绪反应并非来自皮层通路。这些发现支持了人类大脑中存在一个独立于皮层通路的快速皮层下通路。
图4.视皮层颅内事件相关电位结果
课题组已毕业博士生王英英和已出站博士后罗路为该论文的共同第一作者。北京大学/生命科学联合中心方方教授和王茜助理研究员为本文共同通讯作者。课题组博士生陈冠鹏、首都医科大学三博脑科医院栾国明教授以及王雄飞副主任医师做出重要贡献。该工作得到了生命科学联合中心、科技部、国家自然科学基金委与北京智源人工智能研究院的资助。
原文链接
https://www.jneurosci.org/content/early/2023/01/05/JNEUROSCI.1294-22.2022
Featured Research
https://www.jneurosci.org/content/featured-research
