复旦大学团队揭示人类杏仁核的“隐藏”功能：情绪处理中的双神经环路
复旦大学团队揭示人类杏仁核的“隐藏”功能：情绪处理中的双神经环路
近日，复旦大学类脑智能科学与技术研究院的贾天野教授、冯建峰教授和剑桥大学的Trevor Robbins教授研究团队合作在Science Bulletin上发表了重要研究成果。研究团队首次揭示了人类杏仁核中存在两条独立的神经环路，分别负责情绪评估和不确定性加工，这一发现为长期争议的杏仁核功能提供了实证支持，并为精神疾病的研究提供了新的视角。
处理面部表情中的情绪信息是人类社交沟通的基础，而杏仁核作为情绪处理的中枢，在人类中甚至进化出了专门的神经元来解读面部表情。然而，尽管杏仁核在情绪处理中的重要性显而易见，大量神经影像学研究却未能证实其在区分情绪面孔中的作用。特别是当负面情绪面孔与中性面孔对比时，杏仁核激活的缺失——这一现象甚至在两项近期的大规模荟萃分析中被报道——让其在情绪处理中的作用受到质疑，并改变了许多神经科学家的看法。十多年来，关于人类杏仁核是否真正处理情绪信息，始终是神经科学中未解的谜团之一。
这种表面上的“不激活”可能是由多种潜在的过程同时被触发并相互干扰造成的。为此，研究团队开发了一种数学方法，可以解码这些过程，并有效地“重新发现”杏仁核在情绪处理中的作用。基于IMAGEN研究中的1000多名青少年情绪面孔加工任务的功能磁共振数据，通过创新的正交解码多认知过程方法（orthogonal-Decoding multi-Cognitive Processes, DeCoP），研究团队在杏仁核中分离出了两种空间上重叠但是功能独立的神经表征：一种响应情绪评估(emotional evaluation)，另一种响应情绪唤醒或不确定性(emotional arousal/uncertainty)。这种杏仁核内部情绪评估（与负面情绪相关）与情绪不确定性（与中性面孔相关）的共存现象揭示了长期以来的难题——杏仁核在负面和中性面孔对比中未表现出预期激活的原因。
进一步地，研究者识别到了杏仁核的两个子区域——中央杏仁核（central amygdala, CeA）和外侧基地杏仁核（basolateral amygdala, BLA）——分别作为情绪评估和情绪不确定性处理的核心区域。此外，功能连接分析揭示了两条对应的特定神经环路：一个以左侧CeA为核心的情绪评估加工环路，另一个以右侧BLA为核心的情绪不确定性加工环路。其中情绪评估加工与外化型精神症状（如品行障碍、注意多动缺陷障碍等）有关，情绪不确定性加工与内化型精神症状（如焦虑、抑郁等）有关。同时，这两个加工环路都对成瘾行为（如酒精使用障碍）有影响。并且，这些加工环路对多维度精神健康的影响也通过外部临床数据集得到了验证。这项开创性的研究不仅“重新确立”了杏仁核在情绪处理中长期饱受争议的地位，还深化了对社交和情绪相关潜在神经行为机制的理解，为精神疾病的研究提供了重要的科学依据。
值得特别强调的是，如何从复杂的人脑信号中解码潜在的认知加工过程一直是神经科学领域中的一大挑战。贾天野教授及其团队开发了一种创新方法——正交解码多认知过程（DeCoP），成功应对此问题。该方法通过一组正交基解码任务特定的认知过程，不仅可以提供信号的无偏估计，并实现了对信号的功能独立性的有效统计推断。在此前的工作中，该团队通过严谨的理论推导以及数值模拟实验证明了正交分解原理推导信号独立性的可行性。在本研究中，研究团队将DeCoP应用于情绪面孔任务，并进一步扩展该方法用于解码特定认知加工过程的神经环路（例如任务态功能连接）。这使我们得以理解诸如杏仁核在情绪任务中“不激活”这一矛盾现象，并揭示了其潜在的神经机制。这项研究进一步强调了DeCoP作为推动认知任务范式设计和揭示潜在神经认知加工过程假设检验的强大工具的潜力。
本文原文来自复旦大学官网