National Science Review|深圳先進院腦所戴輯團隊合作揭示靈長類情緒腦的起源及其功能發(fā)展
面部情感識別(facial emotion recognition)是人類重要的社交技能,這一能力讓我們能夠迅速而準確地識別他人的基本情感,例如快樂、恐懼等。這種社交能力在自閉癥譜系障礙(ASD)等社會認知障礙中常常受到嚴重影響。盡管面部情感識別在社交互動中扮演著至關重要的角色,但其起源至今仍不明確。本研究旨在探討這一能力的遺傳性及其在靈長類動物大腦中的內(nèi)在機制。

近日,中國科學院深圳先進技術(shù)研究院(簡稱“深圳先進院”)腦認知與腦疾病研究所/深港腦科學創(chuàng)新研究院戴輯團隊,聯(lián)合中國科學院心理研究所蔣毅團隊,在National Science Review在線發(fā)表了題為“Genetic and Neuronal Basis for Facial Emotion Perception in Humans and Macaques”的研究論文。該研究通過人類雙生子設計,利用行為、核磁共振成像(fMRI),結(jié)合獼猴在體電生理記錄,跨物種地研究了面部情緒感知的遺傳性和神經(jīng)基礎,深化了對情緒感知雙通道模型的理解,并闡明了靈長類情緒腦的起源及其功能發(fā)展。

圖1. 研究的整體思路:基于雙生子的行為、功能核磁共振成像實驗以及基于獼猴的電生理實驗
遺傳與環(huán)境的貢獻
本研究采用經(jīng)典的雙生子設計,研究人類面部情感識別能力的遺傳和環(huán)境影響(圖1)。雙生子分為同卵和異卵兩類,分別具備100%和50%的基因相似度,因而是研究遺傳作用的理想對象。在該該實驗中,研究人員讓志愿者觀察包含不同空間頻率信息的情緒面孔,發(fā)現(xiàn)遺傳因素調(diào)控面部情緒知覺中的低空間頻率(LSF)加工,而高空間頻率(HSF)加工則主要受環(huán)境影響(圖2)。這一發(fā)現(xiàn)突出了遺傳與環(huán)境在面部情感識別中的不同作用,提示LSF和HSF可能是不同的處理機制。

圖2. 行為實驗設計及基于雙生子的行為實驗結(jié)果
LSF與HSF的區(qū)分
低空間頻率(LSF)主要涉及面部情感的整體特征,而高空間頻率(HSF)則關注細節(jié)和變化。該研究進一步通過fMRI發(fā)現(xiàn),LSF的情感識別與杏仁核的功能具有遺傳關聯(lián),而HSF則沒有這種關聯(lián)。這表明LSF和HSF在面部情感識別中具有不同的神經(jīng)基礎,反映了它們在情感處理過程中的功能分工。通過對獼猴杏仁核進行在體的單細胞記錄,發(fā)現(xiàn)杏仁核存在加工LSF和HSF的不同神經(jīng)元,進一步證實了LSF和HSF在面部情感感知中的區(qū)別(圖3)。

圖3. 獼猴電生理實驗
先天與后天的爭議
這些研究結(jié)果提供了面部情感識別中LSF和HSF處理的遺傳和神經(jīng)證據(jù),表明LSF的識別能力主要是通過進化獲得,且受先天和遺傳模塊的調(diào)控,而HSF的能力則是在成長過程中通過學習獲得。這一發(fā)現(xiàn)為長期以來“先天與后天”之爭提供了新的視角,強調(diào)了面部情感識別能力的復雜性。
對自閉癥譜系障礙的啟示
本研究還揭示了LSF情感識別能力的遺傳特性,這一發(fā)現(xiàn)為尋找社會認知障礙(如ASD)的內(nèi)表型提供了重要線索。了解面部情感識別的遺傳機制和神經(jīng)基礎,將有助于更深入地探討這些障礙的成因和相關治療方法。
展望
綜上所述,面部情感識別能力既受到遺傳因素的影響,也受到環(huán)境的影響。LSF和HSF的處理機制在情感識別中有著明顯的分工,遺傳學和神經(jīng)科學的結(jié)合為我們揭示了這一能力的復雜起源。這些發(fā)現(xiàn)不僅幫助我們理解人類社交行為的基礎,還為研究和干預社會認知障礙提供了新的方向。未來的研究有望進一步揭示這一領域的更多奧秘,為改善和促進人際交往和社會適應能力提供有效的干預措施。
中國科學院心理研究所王莉、深圳先進院腦所張波為本研究共同第一作者,中國科學院心理研究所蔣毅、深圳先進院戴輯為共同通訊作者。該研究得到科技創(chuàng)新2030、國家自然科學基金委、廣東省自然科學基金、中國科學院青促會、中國科學院跨學科創(chuàng)新團隊、深圳市發(fā)改委等項目的資助,并受深港腦科學創(chuàng)新研究院支持。
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