指南共识 | fNIRS-tDCS联合研究——小脑-前额叶功能连接在识别处理情感语调中的作用

前 言

众多脑区中，前额叶是大脑额叶前端的皮层区域，其通过密集神经连接参与认知控制、情绪调节、疼痛感知及行为管理，并与丘脑背内侧核共同构成觉察系统。在日常生活中，我们常常通过语音的语调、音量和节奏来感知他人的情感状态，这种能力被称为情感语调识别（emotional prosody recognition）。然而，情感语调识别的神经机制尚不完全清楚。近年来，研究者们发现小脑不仅在运动控制中发挥重要作用，还参与了情感和认知处理。

一项发表在《The Cerebellum》上的研究，通过结合经颅直流电刺激（tDCS）和近红外脑功能成像技术（fNIRS），小脑与前额叶皮层（PFC）之间的功能连接在处理情感语调中的作用，并通过tDCS和fNIRS技术，评估小脑刺激对前额叶皮层神经活动的影响。本文将带你一探究竟，看看小脑如何通过调节前额叶皮层的神经活动来影响情感处理。

研究结论

被试：招募了20名健康大学生，所有被试均无神经或精神疾病史，且未服用影响神经活动的药物。

tDCS刺激：被试在一周内完成3次实验，每次实验间隔至少48小时。每次实验中，被试分别接受右侧小脑阳极刺激、左侧小脑阳极刺激和假刺激，刺激顺序随机。刺激使用经颅电刺激器，阳极放置在右侧或左侧小脑（电极中心位于枕骨外侧3cm处），阴极放置在同侧颊肌。刺激强度为2.0 mA，持续21分钟。假刺激在30秒后关闭。

fNIRS数据收集：通过fNIRS，在每次实验前后，各记录3分钟前额叶皮层的静息态神经活动。fNIRS设备探头布局基于国际10-20系统，共8个通道覆盖双侧PFC。fNIRS数据包括氧合血红蛋白（HbO2）和脱氧血红蛋白（HHb）的变化，用于评估神经活动的强度和模式。

图1：fNIRS通道排布

情感语调识别任务：被试需通过听到的语音判断情感内容。任务含6种情感状态：快乐、悲伤、愤怒、厌恶、惊讶、中性，共96条语音，每一条2.7s-3s。每种情感状态有10条语音，共70条。语音通过耳机播放，被试通过按键选择对应的情感状态，任务约18分钟，同步记录被试的反应时间以及错误率。

研究结果

行为结果：被试在识别惊讶、厌恶和快乐时错误数最多，识别愤怒时准确率最高，中性语音次之。尽管小脑刺激（无论是右侧还是左侧）对情感语调识别的错误率和反应时间均未产生显著影响，但神经活动层面能观察到明显变化。

图2：识别不同种类情绪语音的错误率（上表）和正确率（下表）

fNIRS结果：右侧小脑阳极刺激显著降低了PFC的HbO2水平，主要影响腹内侧前额叶和眶前额叶区域。而左侧小脑刺激的影响相对较弱。

图3：HbO2变化的方差结果

研究结论

研究得出结论，于右侧小脑进行阳极刺激能够显著减弱PFC的神经活动，该结论有力支持小脑-前额叶功能连接存在。尽管小脑刺激未显著影响情感语调识别的行为表现，但其对PFC的神经调节作用为未来的临床干预提供了新的思路，特别是其在情感处理和认知功能调节方面。

总结展望

这项研究为我们揭示了小脑-前额叶功能连接在处理情感语调中的重要作用，特别是右侧小脑刺激对PFC神经活动的调节作用。未来有望进一步探索如何将小脑刺激应用于临床治疗，特别是针对情感处理障碍领域，如抑郁症、焦虑症等。相信随着神经科学和心理学技术的深度融合，我们将能够设计出更加高效的认知干预策略，帮助人们在现代社会中更好地管理情感和认知功能。

撰文：邓青云

审核：尧利书

编辑：马睿琦

参考文献：

PanicoF,LucianoSM,SalzilloA,SaglianoL,TrojanoL.InvestigatingCerebello-FrontalCircuitsAssociatedwithEmotionalProsody:ADouble-BlindtDCSandfNIRSstudy.Cerebellum.2024Dec;23(6):2397-2407.doi:10.1007/s12311-024-01741-7.Epub2024Sep14.PMID:39276299;PMCID:PMC11585498.

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