额叶δ振荡对心跳感知的因果调控作用及其机制研究

《Communications Biology》：Heartbeat perception is causally linked to frontal delta oscillations

本研究针对心跳感知的神经机制这一关键科学问题，通过结合脑电图和振幅调制经颅交流电刺激技术，首次揭示了额叶δ振荡与心跳感知之间的因果负相关关系。研究发现增强δ相位同步性会抑制心跳检测准确性，而抑制δ相位同步性则提升感知能力，为理解大脑-身体交互的预测编码机制提供了直接证据，对焦虑、抑郁等精神疾病的干预具有重要临床意义。

　　

当我们静下心来感受自己的心跳时，这种看似简单的生理过程背后，隐藏着大脑与身体之间复杂的对话机制。这种感知身体内部信号的能力被称为内感受（interoception），它不仅影响着我们对自身生理状态的认知，更与情绪调节和心理健康密切相关。然而，科学家们一直困惑于大脑究竟如何解读这些来自身体的信号，特别是心跳这类节律性生理信号是如何被大脑处理的。

近年来，越来越多的证据表明，心脏节律与大脑活动之间存在密切联系，尤其是前额叶区域的δ波段振荡（0.5-4 Hz）。一些研究发现额叶δ振荡（FDOs）与心率存在反相关关系，同时心脏活动也能调节δ振荡，这提示δ振荡可能在大脑与心脏的双向耦合中扮演重要角色。但令人遗憾的是，这种耦合关系与心跳感知之间的因果联系始终未能明确。

为了解开这一谜题，来自德国柏林夏里特医学院的研究团队开展了一项创新性研究。他们假设额叶δ振荡的相位同步性与心跳感知之间存在因果性的负相关关系，即δ振荡同步性增强会抑制心跳感知能力。为了验证这一假设，研究团队设计了一个精巧的实验范式，招募了24名健康志愿者，在记录脑电图（EEG）和心电图（ECG）的同时，让参与者完成心跳检测任务。

研究采用的关键技术方法包括：通过振幅调制经颅交流电刺激（AM-tACS）对前额叶皮层进行相位特异性神经调控，使用刺激伪影源分离（SASS）技术去除电刺激伪影，采用相位滞后指数（PLI）评估δ振荡的相位同步性，结合心跳诱发电位（HEP）分析和网络置换统计检验，所有参与者均来自同一研究中心并完成相同范式的行为任务。

额叶δ相位同步性与心跳感知的关系

研究人员首先发现在没有AM-tACS干预的情况下，额叶脑区存在一个δ振荡网络，其相位同步性在心跳检测错误时比正确时更高（t(23)=1.61, p=0.044）。这一结果表明δ相位同步性与心跳检测准确性呈负相关，即同步性越强，感知能力越差。特别值得注意的是，这种同步性差异仅存在于心跳检测任务中，而在声音检测任务中未观察到类似现象，说明δ振荡的调节作用具有任务特异性。

进一步分析显示，δ相位同步性与心跳诱发电位（HEP）振幅之间存在显著反相关关系。在ECG R波峰值后255-595毫秒的时间窗口内，中央、顶叶和枕叶区域的HEP振幅与额叶δ同步性呈负相关（r=-0.604, p=0.0018）。这种反相关关系强化了δ振荡对心跳相关脑活动具有抑制作用的观点。

AM-tACS对δ相位同步性和心跳感知的调控

研究团队通过AM-tACS技术，在心跳周期的早期（约250毫秒后）或晚期（约750毫秒后）对前额叶皮层施加刺激，以增强或抑制δ相位同步性。结果发现，晚期刺激时的心跳检测准确率（66.0±14.7%）显著低于早期刺激（69.2±15.7%），表明刺激时机对感知能力具有调节作用。

更重要的是，δ相位同步性的变化与心跳检测准确性的变化呈负相关（r=-0.411, p=0.0231）。当AM-tACS增强δ相位同步性时，心跳检测准确性下降；而当抑制δ相位同步性时，准确性提高。这种剂量反应关系为δ振荡对心跳感知的因果作用提供了有力证据。

研究结论与意义

这项研究首次证实了额叶δ振荡对心跳感知具有因果性的调控作用，为理解内感受的神经机制提供了全新视角。研究结果支持内感受预测编码理论，即额叶δ振荡可能传递来自前扣带回和腹内侧前额叶皮层等无颗粒内脏运动皮层的心跳预测信号。这些预测信号向下传播到初级感觉区域，抑制前馈处理，导致HEP振幅减弱和心跳感知准确性下降。

从临床角度看，这项研究为理解焦虑、抑郁、恐慌障碍等多种精神疾病的内感受功能障碍提供了新思路。AM-tACS技术为研究内感受与情绪过程的因果关系提供了实验工具，有望推动针对内感受障碍的新型治疗策略开发。

然而，研究也存在一定局限性。AM-tACS技术的效果受到个体解剖差异和大脑状态的影响，其空间聚焦性和穿透深度仍有待优化。此外，心跳检测范式本身存在概念性和心理测量学限制，未来需要开发更精确的内感受评估方法。

尽管如此，这项发表于《Communications Biology》的研究无疑开创了内感受神经机制研究的新范式，通过因果性干预手段揭示了大脑δ振荡在身体信号处理中的关键作用，为未来探索大脑-身体交互的奥秘奠定了重要基础。