研究揭示人腦如何表征恐懼情緒

　　近日，電子科技大學神經療法·社會認知與情感神經科學實驗室（neuSCAN）與美國達特茅斯學院Tor Wager教授團隊合作一項關于人腦如何表征恐懼情緒的研究成果發表在Nature Communications期刊上。

　　研究團隊開發了一個預測恐懼程度的高特異性和敏感性神經表征（neural signature），并結合行為實驗、功能磁共振成像、機器學習等多模態方法，揭示了全腦而非單一腦區（如杏仁核）在編碼恐懼信息。

　　恐懼對人類的環境適應和生存發展發揮著重要作用，它也是學界研究的最廣泛的一種情緒。然而，心理學和神經科學領域對恐懼情緒的研究范式以及恐懼的神經機制一直存在爭議。不過，這項新研究成果證實了前人的理論假設，即恐懼習得任務中形成的習得性恐懼和人們在面對恐怖事務或場景時產生的恐懼情緒具有不同的神經表征。

　　恐懼習得任務是研究恐懼最常用的一種實驗范式。在該研究任務中，當實驗對象（人或動物）聽到某一聲音或者看到某一圖片時（可能）會受到電擊；重復多次以后，當實驗對象聽到同樣聲音或者看到同樣圖片時就會感到“害怕”，即形成了習得性恐懼。近年來，一些理論研究認為習得性恐懼與我們日常生活中感受到的恐懼（比如面對蛇或者事故現場等）可能具有不同的神經機制，然而這一理論缺乏實證數據的支持。由于生活中的過度恐懼是導致焦慮癥等情緒障礙產生的首要原因。因此，對恐懼情緒進行量化以及揭示恐懼的神經機制，可為情緒障礙患者的診療提供重要的理論基礎和臨床價值。

　　研究首先招募了67名健康成年人，要求他們觀看一系列包含恐怖動物和場景在內的圖片并評定恐懼程度，在任務過程中使用fMRI記錄被試的腦活動。隨后，團隊使用這些fMRI數據開發了一個預測個體恐懼程度的神經表征（visually induced fear signature； VIFS）（如上圖），結果發現VIFS可以準確預測開發集（交叉驗證）、驗證集（與開發集使用類似實驗范式和相同fMRI掃描參數）以及泛化集（使用不同實驗范式和不同MRI機器）的恐懼程度（如下圖）。

　　接下來，研究考察了哪些腦區參與對恐懼信息進行編碼。首先通過全腦分析，團隊創新性地把多變量模式的權重（predictive weight）及其“重建的激活模式”（reconstructed activation）結合起來，發現廣泛分布的腦區都對預測恐懼具有穩定的貢獻，并且這種貢獻與受試者的恐懼評分相關。雖然基于局部腦區的分析（大腦分割模板，探照燈以及感興趣腦區和網絡如杏仁核和皮層下腦區）也發現了多處腦區可顯著預測恐懼水平，但其預測效果相比全腦分析相去甚遠。另外，當在全腦隨機選取10000個體素進行預測時其效果與全腦的預測效果非常接近（如下圖）。綜上，該研究表明，廣泛分布于全腦的腦區都參與到了恐懼信息的編碼，而單一腦區（如被廣泛認為是“恐懼中心”的杏仁核）或者腦網絡（如包含杏仁核的皮層下腦區）并不能充分編碼恐懼信息。

　　此外，該研究發現，盡管恐懼情緒的神經反應模式（VIFS）可以準確區分泛化集高中低三種不同程度的恐懼（正確率在80%以上），但它并不能區分習得性恐懼刺激和中性刺激；另一方面，習得性恐懼刺激的神經反應模式（TPS）可以準確地預測不同樣本上的習得性恐懼和中性刺激，但它也無法預測恐懼情緒評分。此外，這兩種神經反應模式在空間分布上也各有不同。因此，通過對比神經反應模式功能和空間分布的相似性，該研究首次揭示了恐懼習得任務中形成的習得性恐懼和面對恐怖場景時的恐懼情緒可能具有不同的神經表征（如下圖）。此外，該研究還發現恐懼和非特定的負性情緒（比如惡心、悲傷等）具有共享的以及特異性的神經機制，VIFS的反應對負性情緒與恐懼評分之間的關系起到調節作用。

　　綜上，該研究首次開發出了一個可以客觀衡量恐懼情緒水平的神經指標，并通過多層次全方位分析，系統探索了大腦如何編碼恐懼信息。此外，研究還發現恐懼習得任務中習得性恐懼激發的神經反應不同于日常情境中的恐懼（如面對蛇或者事故現場）所引起的神經反應，第一次通過實證證據表明，恐懼習得范式研究的“恐懼”可能并不是我們生活中常說的恐懼或者害怕。

　　本研究得到了國家重點研發計劃，國家自然科學基金，美國國家精神健康研究院（NIMH）等項目的支持。電子科技大學為第一作者單位。

　　相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-021-26977-3