特质焦虑中特质性视觉皮层过度活跃：早期感觉编码改变与兴奋-抑制失衡的证据

《Nature Communications》：Trait-like visual cortical hyperactivity in trait anxiety

本研究针对感觉加工与情绪特质关联的神经机制不明问题，通过四项高密度脑电图实验，发现特质焦虑个体存在稳定且特异的副视觉通路（P通路）皮层过度活跃，该现象最早出现于刺激后46毫秒，定位至初级视觉皮层（V1/V2），且与皮层兴奋-抑制平衡（通过1/f斜率评估）调控失常相关。研究揭示了感觉皮层本身在情绪特质形成中的主动作用，为焦虑及相关精神障碍的早期感觉病理机制提供了新视角。

　　

你是否曾感到自己对周围环境的细微变化异常敏感？比如，别人不太在意的光线、颜色或图案，却让你感到不安或分心？这种感官敏感往往与焦虑特质密切相关。长期以来，科学家们注意到，感觉处理在不同个体间存在显著差异，尤其是感觉过敏（对基本非情绪性刺激的过度敏感）与焦虑相关特质及精神疾病风险有着密切联系。传统理论认为，这种感官-情绪关联主要源于边缘系统（如杏仁核）或前额叶皮层的调控，但实证支持相当有限。近年来，越来越多的证据提示，感觉皮层本身可能具备超越传统“标签线”分析的灵活性价值编码能力。那么，特质焦虑个体的感觉皮层是否存在固有的、稳定的活动模式改变？其背后的神经机制又是什么？为了解答这些问题，一项发表在《自然-通讯》（Nature Communications）上的研究展开了深入探索。

为了回答上述问题，研究人员设计并实施了四项高密度脑电图（high-density EEG, hdEEG）实验，涉及三个独立的受试者样本，并进行了多达三次的重复评估（多波次评估）。研究核心在于利用视觉诱发电位（Visual Evoked Potentials, VEPs）来精确测量早期视觉皮层活动。VEPs是一种起源于早期（初级和次级）视觉皮层的电生理特征信号，通常在刺激呈现后约50-120毫秒出现。视觉处理在灵长类大脑中由不同的通路介导，特别是小细胞（Magnocellular, M）通路和侏儒细胞（Parvocellular, P）通路，它们功能特异，并与不同的精神障碍存在关联。为了精确区分这两种通路的贡献，研究 across all four experiments 采用了精心校准的、能选择性激活M或P通路的刺激。例如，M通路选择性刺激为低空间频率、低对比度的黑白Gabor光栅，而P通路选择性刺激则为高空间频率、红绿等亮度的彩色光栅。此外，研究还通过厌恶条件反射操纵状态焦虑水平，以区分特质性（稳定）与状态性（暂时）焦虑对感觉处理的影响。关键分析技术包括：基于高密度脑电图的视觉诱发电位（VEP）成分（如P1, C1/N1）的提取与分析、颅内源定位分析（使用精确低分辨率电磁断层扫描eLORETA）、以及从静息态脑电功率谱中提取皮层兴奋-抑制平衡（Excitation-Inhibition balance, E/I balance）的指标——非周期性指数（1/f斜率）。研究还重新分析了使用经过空间频率过滤的自然场景图像的数据，以验证发现在真实世界情境下的生态效度。样本队列主要来自美国大学（如佛罗里达州立大学、德克萨斯大学健康科学中心等）的年轻成人。

稳定且特质性的视觉皮层偏见于特质焦虑

在实验1中，研究人员发现，在所有三个时间点（基线、条件反射后、15天后），特质焦虑（通过行为抑制系统BIS评估）与P通路选择性刺激诱发的C1/N1波幅（经反转后表示幅度）均呈显著正相关，表明特质焦虑个体存在副视觉通路皮层过度活跃。同时，实验1也观察到M通路诱发的P1波幅与特质焦虑呈负相关（即M通路活动降低）。源分析（eLORETA）将这些效应定位到初级视觉皮层（V1/V2）。点对点波形分析和跨时间点相关性比较进一步证实了这种关联的稳定性和可靠性，不受 arousal 状态或时间间隔影响。

可重复且稳定的特质焦虑与副视觉通路皮层过度活跃的关联

实验2和3旨在验证实验1的发现并排除其他解释（如重复抑制效应或颜色处理特异性敏感）。实验2将P和M通路刺激呈现在不重叠的视野（中心 vs. 外周），实验3则使用无色的高空间频率/高对比度Gabor光栅选择性激活P通路。结果一致地复制了特质焦虑与P通路诱发的C1波幅的正相关关系，且源分析再次确认了早期视觉皮层（V1/V2）的参与。然而，实验1中观察到的M通路活动与特质焦虑的负相关在实验2和3中未能复现，表明特质焦虑的特异性关联在于P通路过度活跃，而非M通路活动改变。

特质焦虑中副视觉通路皮层活动的兴奋-抑制调控失常

研究人员进一步探讨了潜在机制。通过分析静息态脑电的非周期性指数（1/f斜率），他们发现，在低特质焦虑个体中，1/f斜率（越陡峭表示抑制越强）与P通路C1波幅呈负相关，表明E/I平衡正常调控视觉皮层反应。然而，在高特质焦虑个体中，这种关联消失，提示E/I对视觉皮层的调控功能受损，这可能是导致其视觉皮层过度活跃的机制。源分析将此效应定位于V1/V2。

生态效度：特质焦虑中对真实世界图像的副视觉通路皮层过度反应

为了检验发现的现实意义，研究重新分析了使用高/低空间频率（HSF/LSF）过滤的自然场景图像的数据。结果再次显示，特质焦虑与P选择性（HSF）图像诱发的P1波幅呈正相关，而与M选择性（LSF）图像无关。这种关联不受图像情绪内容（恐惧、厌恶、中性）的影响，证实了该效应在复杂真实世界刺激中的普遍性。

性别独立性

尽管女性参与者表现出比男性更高的特质焦虑水平，但分层回归分析显示，特质焦虑与P通路VEPs的关联在女性和男性中是相似的，且不存在显著的性别与焦虑的交互作用，表明这种感官皮层过度活跃效应是独立于性别的。

综上所述，这项研究通过严谨的实验设计，揭示了特质焦虑与早期视觉皮层（特别是P通路）稳定的过度活跃之间存在直接关联。这种过度活跃在刺激呈现后极早期（46毫秒）出现，位于初级视觉皮层，并且在不同 arousal 状态、刺激效价、时间间隔和实验范式中均表现出可重复性。更重要的是，研究首次将这种过度活跃与视觉皮层局部环路中兴奋-抑制平衡（E/I balance）的调控失常联系起来。这些发现挑战了传统上认为感觉异常 solely 源于高阶脑区（如边缘系统或前额叶）调控失常的观点，强调了感觉皮层本身在情绪特质形成中的主动作用。感觉皮层作为大脑与外部世界之间的“网关”，其功能特性的改变可能构成一种“自下而上”的机制，从信息处理的最初阶段就偏向于过度加工感觉输入，从而可能引发一系列下游的情感、认知症状，这在焦虑、创伤后应激障碍（PTSD）、自闭症等疾病中尤为常见。因此，该研究不仅深化了我们对感觉-情绪关联神经基础的理解，也为相关精神障碍的早期识别和干预（例如，针对感觉皮层E/I平衡的疗法）提供了新的潜在靶点。未来的研究需要进一步探索这种特质性感觉皮层偏见的遗传和环境决定因素，以及其预测临床结局的潜力。