小脑经颅直流电刺激在情绪面部表情处理中诱导主要的运动贡献而非感知贡献

《Brain Sciences》：Cerebellar Transcranial Direct Current Stimulation Induces a Predominant Motor Rather than Perceptive Contribution to Emotion Facial Expression Processing

　　

背景: 小脑最近被提出是面部表情(FE)处理的关键贡献者,尽管其参与的神经通路仍不完全清楚。本研究调查了小脑对FE处理的调节是否优先依赖于运动或感知回路。方法: 16名健康年轻参与者接受了小脑阴极经颅直流电刺激(tDCs)和假刺激,采用随机交叉设计。通过配对脉冲经颅磁刺激方案测量的小脑脑抑制(CBI)评估小脑-运动皮层相互作用,同时通过P100和N170事件相关电位(ERPs)评估早期感知处理。行为表现通过一项涉及识别中性、快乐和恐惧面孔的任务进行评估。结果: 小脑tDCs选择性调节了小脑-丘脑-初级运动皮层通路,在被动观看情绪性(快乐和恐惧)表情时产生显著的CBI降低,而对与早期面孔感知相关的枕颞ERP成分或情绪识别的行为测量(包括识别准确率和反应时间)没有显著影响。结论: 这些发现表明小脑对情绪面孔处理的贡献主要通过运动通路而非早期感知通路介导。小脑似乎在情绪面孔观察过程中调节运动网络活动,而不直接影响枕颞感知机制,尽管这种生理调节并未伴随行为表现的显著变化。这些发现支持了小脑参与社会认知主要与情绪相关运动加工的优化有关的假设。

**论文解读: 小脑经颅直流电刺激揭示情绪面部表情处理中运动贡献占主导**

**1. 研究背景与问题**

面部表情(FE)的快速识别对人类的生存与社会交往至关重要。已有研究表明,FE识别依赖于分布式皮层与皮层下网络的整合,包括快速皮层下通路和皮层通路,后者涉及感知与运动两大过程。在感知通路中,视觉刺激后约100ms的枕叶中线皮层活动(P100)和约170ms的枕颞皮层(特别是梭状回)活动(N170)是早期面孔加工的关键电生理指标。在运动通路中,情绪信息一旦到达边缘结构(如前扣带回、前额叶皮层、杏仁核),便会激活前运动区和运动区,产生与情绪相关的肌肉反应。近年来,小脑被提出是FE处理的额外贡献者,临床和神经调控研究均显示小脑损伤或可塑性改变会损害FE识别,尤其是对负性情绪的识别。然而,小脑调节FE识别的神经通路尚不完全清楚:小脑可通过丘脑投射至运动前皮层和运动皮层,也可通过脑干连接与杏仁核交互,进而影响枕颞视觉处理。因此,明确小脑对FE识别的贡献是优先通过运动通路还是感知通路,是当前研究的核心问题。本研究旨在通过小脑经颅直流电刺激(ctDCs)结合多种神经生理与行为评估,区分小脑参与FE处理的通路机制。论文发表在《Brain Sciences》。

**2. 关键技术方法**

研究人员共纳入16名健康年轻志愿者(7名女性,平均年龄25.0±4.1岁,均为右利手,样本来源于意大利撒丁岛当地社区)。采用随机交叉设计,每位参与者完成四个实验环节:真实或假性ctDCs下的TMS-识别任务环节,以及真实或假性ctDCs下的ERP环节。主要技术方法包括:(1)双线圈TMS方案测量小脑脑抑制(CBI):以配对脉冲模式,条件刺激(CS)置于右侧小脑半球,测试刺激(TS)置于左侧M1,记录对侧第一背侧骨间肌的运动诱发电位(MEP),CBI量化为条件MEP与未条件MEP的比值;(2)64导联脑电图(EEG)记录事件相关电位(ERPs):分析P100(枕区电极O1、O2、Oz在80-110ms最大正峰)和N170(后颞电极P7/PO7、P8/PO8在130-200ms最大负峰)的波幅;(3)行为识别任务:使用Karolinska Directed Emotional Faces(KDEF)数据库中的中性、快乐、恐惧面孔各32张(共96张),要求被试尽快且准确地按键判断表情类型,记录反应时和正确率。ctDCs采用阴极刺激(2mA,20分钟,含30秒升降坡),阴极置于右侧小脑半球,阳极置于同侧颊肌。

**3. 研究结果**

**3.1. TMS-识别任务结果**
通过CBI比值的重复测量方差分析,发现ctDCs条件与时间及FE类型的交互作用显著。事后分析表明:在真实ctDCs后,被动观看快乐面孔时CBI比值显著高于基线(p=0.001),恐惧面孔呈相似趋势(p=0.058),而中性面孔无显著变化。此外,在刺激后评估中,真实ctDCs下的CBI比值在快乐和恐惧面孔条件下均显著高于假性刺激(快乐p=0.037,恐惧p=0.044),中性面孔无差异。未条件MEP振幅和静息运动阈值(RMT)在各条件下均无显著变化。该结果表明ctDCs选择性调节了小脑-丘脑-M1通路,且该调节与情绪性面孔(尤其是快乐和恐惧)相关,不涉及中性面孔。

**3.2. 识别任务结果**
反应时分析显示,FE类型主效应显著(恐惧>中性>快乐,所有p<0.01),时间主效应显著(刺激后反应时整体延长),但ctDCs条件主效应及交互作用均不显著。正确率分析显示,仅FE类型主效应显著(中性及快乐高于恐惧),ctDCs条件与时间均无显著效应。因此,ctDCs未改变FE识别的行为表现。

**3.3. ERP结果**
P100波幅分析未发现FE类型、ctDCs条件、时间或交互效应的显著影响。N170波幅分析显示,FE类型主效应显著(恐惧面孔诱发的N170波幅大于中性面孔),半球×时间交互效应显著(右半球N170波幅从基线到刺激后降低),但ctDCs条件主效应及与FE类型或时间的交互效应均不显著。因此,ctDCs未影响早期枕颞感知加工成分(P100、N170)的波幅。

**4. 讨论与结论总结**

讨论部分指出,ctDCs降低CBI(即减少小脑对M1的抑制作用)且仅针对情绪性面孔,表明小脑通过小脑-丘脑-M1通路参与情绪面孔处理。该结果与先前研究一致,即小脑后外侧半球(VI、VII、VIII小叶及Crus I-II)接收来自前额叶、后顶叶、颞上回等认知与情绪相关区域的输入,并通过齿状核(DN)投射至M1,实现情绪信息对运动网络的调节。这种调节可能服务于运动模拟过程,即预运动信息传入小脑后与内外信息整合以微调运动准备,从而在情绪面孔(而非中性面孔)被动观看时选择性改变CBI。然而,情绪唤醒、注意增强或一般运动准备等替代解释无法排除。

ctDCs未影响早期感知加工(P100、N170)和FE识别行为,提示小脑对情绪面孔处理的贡献并非通过早期枕颞视觉感知通路,而是通过运动网络。这与小脑损伤患者中观察到情绪识别障碍但枕颞感知不受影响的结果一致,且与健康人中小脑对情绪面孔的神经生理效应仅在塑性协议后显现的特点相符。行为上未观察到ctDCs对识别成绩的影响,可能由于任务敏感性不足(刺激数量有限)或天花板效应,但小脑可能通过学习机制优化情绪信息加工,而非作为核心识别结构。

**研究结论翻译**: 总之,本研究表明,ctDCs调节了小脑对快乐和恐惧面孔表情的处理。这种作用主要通过减少小脑-丘脑-M1通路的抑制(由CBI评估)来发挥。相反,早期感知机制和FE识别表现未受影响。总体而言,这些发现表明小脑主要通过调节运动网络而非早期感知机制来参与FE处理。