Cerebral Cortex：岛叶二分法在情绪面孔内隐检测中的应用

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导读

岛叶的功能分为后部(PI)和前部(AI)，PI主要连接体感区和运动区，AI主要连接额叶、边缘区和扣带回区。研究者报告了当个体的注意力从情绪转移时，从PI、AI和视觉梭状回的局部场诱发电位到包括疼痛在内的完整的情绪面孔系列的颅内记录。梭状回和PI对所有类型的面孔(包括中性面孔)的反应是一样的。相反，AI只对情绪面孔做出反应，主要是对痛苦和恐惧情绪面孔做出反应，而对中性面孔则不敏感。这两个部分反应的延迟几乎相同，表明它们通过不同的功能路径并行初始激活。对所有情绪面孔的一致反应和对中性面孔没有反应，表明AI的早期反应反映了情绪刺激的即时唤醒值和行为相关性，通过上丘和背枕的快速通道传递大致的空间频率信息。这种反应先于有意识地检测刺激的精确意义和效价，这需要与其他脑区进行网络交互和信息交换，而AI则是关键的中枢。

前言

脑岛参与多种感觉运动、认知和情绪功能。这种功能的复杂性反映了高度的细胞结构复杂性，一些研究描述了岛叶内多达七个不同的亚区域。从宏观结构上看，岛叶可以分为两个不同的区域，后岛叶(PI)和前岛叶(AI)，由岛叶中央沟隔开。这种二分法可能忽视了岛叶皮层细胞结构的复杂性，但是具有解剖学和生理学上的相关性：PI主要连接一级和二级躯体感觉区和运动区，而AI主要连接前额区、边缘区和扣带回区。在功能上，PI主要参与躯体感觉和痛觉输入的加工处理，特别是其后背侧部分，其腹侧部分也接受内脏和内感受性、听觉和前庭觉输入。另一方面，AI在涉及显著性检测和量级估计以及积极和消极感受的主观意识任务中特别活跃。因此，AI可以对任何感官形式的刺激作出强烈的反应，只要这些刺激与行为或情感足够相关。由于它与多种皮层-皮层下系统有着广泛的联系，AI经常被描述为一个网络中枢，协调多个大脑系统在多种环境下产生适应性行为。

PI和AI之间的交互似乎是将感官知觉和情感感受联系起来的关键。许多关于人类岛叶功能的研究都集中在它在来自身体状态信息的情感体验中的作用。越来越多的证据表明，岛叶调节外部和内部认知过程网络之间的相互作用，因而该区域在情绪感知中至关重要。而且在感觉和情绪方面有很大的重叠区域，如听觉和疼痛系统，有人认为，岛叶后部和前部的功能关系可能在刺激的感觉感知和情感整合之间起着过渡作用。但目前只有少数研究试图强调在感官刺激的感觉和情绪特征下不同岛叶的反应模式，这些反应的时间进程从未被探究过。有研究表明，PI和AI的激活可以在意识到伤害性刺激之前启动。

本研究采用内隐情绪加工任务，并且利用皮层内脑电的高时间分辨率分析脑岛在面孔加工的前意识阶段，评估功能性脑岛二分类是否已经存在于人类面孔的感觉和情绪特征的前知觉编码中。研究者将脑岛前部和后部记录的对中性和情绪面孔的反应与梭状回(Fus Gyr)记录的反应进行了比较，梭状回是一个已知能够被面孔激活的视觉区域。研究者纳入了疼痛面孔，因为脑岛后部和前部区域都参与了疼痛加工。

方法

参与者：共20例右利手患者(13例男性，平均年龄35岁，SD=13)，都患有药物难治性癫痫。使用定向性颅内电极进行研究。左半球电极植入6例，右半球电极植入10例，双半球电极植入4例。

刺激材料与事件相关电位范式：刺激是80幅静态灰度面孔图片，这些面孔图片是从标准化和经过验证的STOIC数据库中选择的，并从Simon等人(2008)的视频动态面孔数据库中导出。这些256×256像素的图像显示的是5名男性和5名女性的面孔，在统一灰度背景下表达痛苦、恐惧、愤怒、厌恶、悲伤、惊讶、快乐或中性表情(图1A)。所有外部面部特征(头发、耳朵和颈部)都使用中灰色椭圆面具去除。首先给参与者呈现一个200ms的注视点，然后呈现八种面部表情中的其中一张，持续时间为400ms，然后再呈现2700ms的注视点。随机呈现80个试次。参与者需默默计数，并报告其看到的男性面孔的数量。

图1.实验过程中使用的面孔图片(A)和实验流程(B)。

结果

行为表现：20例患者在性别检测任务中的表现良好，正确率为98.8±1.5%。没有患者报告说他们注意到刺激图片上的情绪。

梭状回，后岛叶和前岛叶的局部场诱发电位：所有类型的面孔都在梭状回诱发了明显的反应(图2，左侧)。在该区域，所有面孔的局部场诱发电位(LFP)形态都相似，由一个高振幅正波和一个较小的负波组成，平均潜伏期分别为111.8±1.6 ms和162.7±1.6 ms(表1)。岛叶LFP不像梭状回那样稳定。尽管如此，仍然能够识别出一个负成分，PI和AI的平均潜伏期分别为192.2±12.4 ms和199.4±12.9 ms(表1和图2)。中性面孔没有诱发显著LFP的唯一区域是AI。

表1

图2.中性面孔和情绪面孔在梭状回、后脑岛和前脑岛的局部场电位。

对LFP振幅进行方差分析显示，AI区域的反应显著大于PI(图2和图3)。方差分析显示，情绪类型的主效应显著，情绪与感兴趣区域的交互作用非常显著。如图3所示，这种交互作用从本质上解释了不同类型面孔在AI区域的反应幅值差异很大。根据预先定义的对比分析，AI对所有情绪面孔的反应明显高于对中性面孔的反应。此外，对痛苦和恐惧面孔的反应显著高于对其他情绪(厌恶、快乐、悲伤、愤怒和惊讶)的反应。相反，在PI中，所有面孔的反应幅值相似，包括中性面孔。

图3.图上半部分：20例患者在中性面孔和情绪面孔出现后，在岛叶后部和前部记录的局部场诱发电位。右上方黑色方框：6例岛叶后部和前部均插有电极的患者在呈现中性面孔和情绪面孔后的局部场诱发电位。图中间部分：两个岛叶切片上植入电极点的位置。图下半部分：岛叶后部和前部呈现中性面孔和情绪面孔后的所有平均局部场诱发电位的叠加。红色：疼痛面孔出现后的平均反应。橙色：恐惧面孔出现后的平均反应。蓝色：中性面孔出现后的平均反应。黑色：把快乐、惊讶、愤怒、悲伤和厌恶面孔叠加在一起的平均反应。

岛叶后部和前部LFP的振幅差异也取决于情绪面孔：事后检验表明，AI在厌恶、恐惧、疼痛的LFP显著大于PI，但是在中性面孔下的这种差异很小(图4)。

图4.箱线图显示了情绪面孔和中性面孔呈现后，岛叶前部和后部局部场诱发电位的振幅分布。

结论

本研究是第一个在人类PI和AI中，对一系列情绪面孔进行颅内事件相关电位记录的研究。PI对包括中性面孔在内的所有类型的面孔都做出了相同的反应，该区域可能会将其他人的面孔所传达的信息与主体内部产生的信息整合在一起。AI对中性面孔没有反应，但对所有情绪性面孔都有反应，对恐惧和痛苦面孔的反应最大，该区域可以被视为检测行为相关刺激的关键区域。因此，AI将对情绪面孔(及其行为相关性)的即时唤醒值进行编码，这将先于其精确效价的检测和知觉决策的启动。随后的加工处理过程需要与其他脑区进行网络交互和进一步的信息交换，在这方面，AI可能扮演着“连接中心”的角色。

原文：Insular Dichotomy in the Implicit Detection of Emotions in Human Faces.

https://doi.org/10.1093/cercor/bhab477

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