《The Cerebellum》：Large-Scale Cerebellar-Cerebral Network Alterations Underlying Impaired Social Predictive Processing in Cerebellar Neurodegeneration
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摘要：小脑是检测和调整社会预测内部模型（internal models）的关键节点。然而，社会预测在神经退行性小脑病变患者（CB）中鲜有研究。为此，研究人员采用定制任务和静息态功能磁共振成像（resting-state fMRI），考察了CB患者的社会预测能力
摘要：小脑是检测和调整社会预测内部模型（internal models）的关键节点。然而，社会预测在神经退行性小脑病变患者（CB）中鲜有研究。为此，研究人员采用定制任务和静息态功能磁共振成像（resting-state fMRI），考察了CB患者的社会预测能力及其相关的小脑-大脑网络。13名成年CB患者和26名匹配对照组完成了三项计算机化预测任务，其中情境先验（contextual priors）激活特定的内部模型，设定可能影响模糊目标（情绪表情、人格特质、非社会物体）识别的预期。通过2×2×2混合效应方差分析（mixed-effects ANOVA）对准确率和反应时进行分析。从绩效效率得分中导出一致性指数（congruency index, CI），反映反应是否受情境影响驱动，并通过2×2混合效应方差分析进行分析。受试者接受了3T脑部磁共振成像（MRI），包括T1加权和静息态功能磁共振成像序列。研究人员先验地选择后部及蚓部小脑小叶（cerebellar lobules）作为感兴趣区（regions of interest, ROIs），并用于基于种子点的功能磁共振成像分析，考察小脑-大脑功能连接（functional connectivity, FC）。从患者改变了的连接簇中提取FC值，并与CI进行相关分析。CB患者在人格特质任务中表现较差，表现出对情境线索的更高依赖。在涉及心理化（mentalizing）和学习功能的网络中发现小脑-大脑连接不足。在CB患者中，人格特质任务中较高的CI（反映更大的情境影响和未能修正行为反应）与右侧VIII小叶-右侧壳核（putamen）连接不足显著相关。这些发现表明，当情境预期与传入信息冲突时，更新高阶社会预测的灵活性降低，并伴随小脑-大脑FC的改变。探索性发现进一步指出，小脑-基底节（basal ganglia）连接可能是预测性社会认知的一个潜在相关网络组成部分，值得进一步研究。
论文解读：小脑神经退行性疾病中社会预测加工受损的神经机制
一、研究背景与问题提出
社会认知是指个体理解、解释并恰当回应他人行为、情绪和意图的认知与情感过程集合，是有效社会互动的支撑基础。在动态变化的社会环境中，个体不仅需要在线加工社会线索，更需要具备预测他人行为、情绪反应和意图的能力。当前社会认知研究越来越多地在预测编码框架（predictive coding framework）下概念化这些过程：大脑持续生成关于传入感觉信息的预测，并将其与实际输入进行比较；当传入信息偏离先验预期时，产生预测误差（prediction error），内部模型随之更新以优化未来预测。在这一框架中，情境信息构成先验（priors）的主要来源之一，情境一致（congruent）信息促进对动作、物体或情绪表达的识别，而不一致（incongruent）情境则损害表现，这种一致性效应（congruency effect）成为衡量情境信息如何预测性引导社会知觉和行为的重要指标。
传统上，社会认知和社会预测过程被归因于分布式的脑网络，包括默认模式网络（Default Mode Network, DMN）及其心理化相关成分，如颞顶联合区（temporoparietal junction, TPJ）、背内侧和腹内侧前额叶皮层（dmPFC, vmPFC）、楔前叶、颞中回和后扣带回等。然而近几十年来，小脑已从单纯的运动协调结构转变为支持认知、情感和社会过程的关键脑区。在预测编码框架内，小脑被认为通过比较传入刺激与预期模式来生成内部模型，预测未来事件并检测预测与实际结果之间的不匹配。Leggio等人提出的序列检测理论（sequence detection theory）进一步指出，小脑检测和模拟时间及空间上组织的事件序列，通过处理与先前习得模式相关的传入信息以及尚无特定预期的新信息，小脑参与内部模型的生成和精化，以预测未来事件并发出不匹配信号。序列检测被视为一种领域一般性过程，通过小脑-大脑相互作用支持超出运动行为的认知和社会过程。
尽管证据不断积累，小脑患者中基于情境的社会预测缺陷的神经基础——以及小脑-皮层功能连接在支持情境预测加工中的具体作用——仍知之甚少。小脑变性患者中小脑-皮层FC的破坏可能损害其预测社会结果和检测社会预测误差的能力，但将特定连接减少模式与生态效度高的基于情境的社会预测任务表现直接关联起来的证据仍然缺乏。本研究正是针对这一空白，考察小脑退行性病理个体与匹配健康对照者在基于情境的社会预测中的表现及其相关的小脑-大脑网络。
二、研究设计与主要技术方法
研究人员招募了13名小脑神经退行性疾病患者（平均年龄49.54±12.88岁，平均教育年限15.08±2.66年，男女比例5/8）和26名匹配健康对照（平均年龄50.35±5.06岁，平均教育年限15.62±2.26年，男女比例10/16）。患者入组标准包括弥漫性小脑萎缩、右利手、符合MRI扫描条件、确诊小脑神经退行性疾病、一般智力功能正常、年龄18-75岁、症状持续时间超过6个月；排除标准包括额外神经或精神疾病诊断以及MRI检查发现的皮层病变。健康对照的入组标准包括年龄至少40岁、右利手、符合MRI协议条件、一般智力功能正常；排除标准包括神经和/或精神疾病诊断、心血管疾病、头部外伤、梗死、动脉瘤、卒中或缺血病史。所有参与者接受了社会预测测试和3T脑部MRI扫描。患者接受了神经学评估和国际合作共济失调评定量表（International Co-operative Ataxia Rating Scale, ICARS）以量化小脑运动缺陷的严重程度（平均33.46±13.41分）。
行为任务方面，参与者完成了三项计算机化基于情境的预测任务，两项涉及社会领域（情绪表达预测和人格特质预测），一项作为非社会对照任务（非社会物体预测）。实验范式改编自Ferrari等人（2023）的研究。每项任务包含160个试次，由目标类别、与启动刺激的一致性（一致vs.不一致）和模糊度水平（高vs.低）交叉产生的八种组合各20个试次构成。情绪表达预测任务使用NimStim面部刺激集中的快乐和恐惧表情面孔，通过20%和30%的面部变形操作产生高、低模糊度；人格特质预测任务使用Oosterhof和Todorov数据库中的可信赖和不可信赖面孔，通过参数连续体产生模糊度变化；非社会预测任务使用Konkle和Oliva数据库中的自然和人工物体图像，通过不同像素模糊产生模糊度水平。每项任务中，情境启动刺激与目标的关系可一致或不一致。
MRI采集方面，在3T Siemens MAGNETOM Prisma扫描仪上使用64通道头颈线圈获取数据。解剖数据包括T1加权（MEMPRAGE序列）和T2加权（SPACE序列）图像。静息态功能数据采用多回波T2*加权GE-EPI序列（TR=980ms，三个TE，Multiband因子4，2.8mm3各向同性体素，488个体积）采集。静息态fMRI数据按BIDS标准组织，通过整合fMRIPrep和tedana的工作流程进行预处理，包括运动校正、磁化率畸变校正、多回波去噪（PCA降维和RobustICA分解以分类BOLD和非BOLD噪声成分）、空间标准化和带通滤波（0.008-0.09Hz）等步骤。
感兴趣区（ROIs）根据自动化解剖标注图谱3（Automated Anatomical Labeling 3, AAL3）的小脑小叶分区定义，先验地选择后部半球和蚓部小脑小叶（Crus I、Crus II、VIIb、VIII和IX）作为种子点进行种子点到体素的功能连接分析。第二层分析采用双样本t检验考察CB与HS组间FC差异，将总灰质体积作为 nuisance 协变量，排除小脑仅分析大脑皮层，结果在FWE簇级校正p<0.05水平显著。
统计分析方面，对准确率和反应时进行2×2×2混合效应方差分析（目标模糊度×一致性×组别）。进一步将准确率和反应时合并为效率指数——速率校正得分（Rate-Correct Score, RCS），计算公式为RCS=(C/ΣRT)×1000，在此基础上计算一致性指数（Congruency Index, CI），公式为（一致试次RCS-不一致试次RCS）/［（一致试次RCS+不一致试次RCS）/2］，作为情境促进的标准化测量指标。CIs通过2×2混合设计方差分析（模糊度×组别）检验。事后比较采用Holm-Bonferroni校正。对于显示显著组间差异的任务，将CB患者中显著改变连接簇的个体FC估计值与相应CI值进行Spearman秩相关分析，采用Benjamini-Hochberg校正控制多重比较，并对显著关联进行以ICARS总运动严重程度为控制变量的偏相关敏感性分析。
三、研究结果
（一）基于情境的预测任务
由于参与者层面的离群值排除是分别针对每项任务和行为测量进行的，最终样本量在准确率、反应时和CI分析中略有差异。所有最终样本中CB与HS在年龄、教育和性别分布上均无显著差异。
（二）情绪表达预测任务
在情绪表达预测任务中，准确率和反应时的2×2×2混合方差分析结果未显示组别主效应或涉及组别的显著交互作用，表明CB患者在情绪表达预测任务中的表现与健康对照无显著差异。
（三）人格特质预测任务
在人格特质预测任务中，CB患者表现较差，显示出对情境线索的更高依赖。CI分析进一步证实了这一发现，CB患者在人格特质任务中的CI显著高于健康对照，反映出更大的情境影响和未能修正行为反应。
（四）非社会预测任务
在非社会预测任务中，未观察到显著的组间差异，CB患者在非社会物体预测中的表现与健康对照相当。
（五）静息态功能连接分析
种子点到体素功能连接分析发现，CB患者在与心理化和学习功能相关的网络内存在小脑-大脑连接不足（underconnectivity），涉及后部小脑区域与皮层社会认知区域之间的功能连接降低。
（六）脑-行为相关性分析
在CB患者中，人格特质任务中较高的CI与右侧VIII小叶-右侧壳核连接不足显著相关。该关联在控制ICARS总运动严重程度后仍然成立，表明这一脑-行为关联并非由运动缺陷严重程度所驱动。
四、讨论与结论
研究结果表明，小脑神经退行性疾病患者在高阶社会预测任务中表现出缺陷，特别是在人格特质推断方面——这一任务对复杂社会内部模型的构建提出了更高要求。当情境预期与传入信息冲突时，CB患者表现出更新高阶社会预测的灵活性降低，并伴随小脑-大脑功能连接的改变。具体而言，小脑-大脑连接不足出现在涉及心理化和学习的网络内，而右侧VIII小叶-右侧壳核连接不足与人格特质任务中更高的情境依赖显著相关。
这些发现支持小脑在基于情境的社会预测加工中的关键作用，表明小脑-皮层功能连接的破坏可能损害个体在情境预期与传入信息冲突时更新社会预测的能力。探索性发现进一步指出，小脑-基底节连接可能是预测性社会认知的一个潜在相关网络组成部分，这一发现为理解小脑如何通过与小脑-皮层环路及基底节系统的交互参与社会预测加工提供了新视角，值得进一步研究。研究结果对于理解小脑退行性疾病患者的社会认知缺陷机制具有重要理论意义，也为未来针对小脑-基底节网络的社会认知干预研究提供了方向。
