指南共識 | fNIRS-tDCS聯合研究——小腦-前額葉功能連接在識別處理情感語調中的作用

前 言

眾多腦區中，前額葉是大腦額葉前端的皮層區域，其通過密集神經連接參與認知控制、情緒調節、疼痛感知及行為管理，并與丘腦背內側核共同構成覺察系統。在日常生活中，我們常常通過語音的語調、音量和節奏來感知他人的情感狀態，這種能力被稱為情感語調識別（emotional prosody recognition）。然而，情感語調識別的神經機制尚不完全清楚。近年來，研究者們發現小腦不僅在運動控制中發揮重要作用，還參與了情感和認知處理。

一項發表在《The Cerebellum》上的研究，通過結合經顱直流電刺激（tDCS）和近紅外腦功能成像技術（fNIRS），小腦與前額葉皮層（PFC）之間的功能連接在處理情感語調中的作用，并通過tDCS和fNIRS技術，評估小腦刺激對前額葉皮層神經活動的影響。本文將帶你一探究竟，看看小腦如何通過調節前額葉皮層的神經活動來影響情感處理。

研究結論

被試：招募了20名健康大學生，所有被試均無神經或精神疾病史，且未服用影響神經活動的藥物。

tDCS刺激：被試在一周內完成3次實驗，每次實驗間隔至少48小時。每次實驗中，被試分別接受右側小腦陽極刺激、左側小腦陽極刺激和假刺激，刺激順序隨機。刺激使用經顱電刺激器，陽極放置在右側或左側小腦（電極中心位于枕骨外側3cm處），陰極放置在同側頰肌。刺激強度為2.0 mA，持續21分鐘。假刺激在30秒后關閉。

fNIRS數據收集：通過fNIRS，在每次實驗前后，各記錄3分鐘前額葉皮層的靜息態神經活動。fNIRS設備探頭布局基于國際10-20系統，共8個通道覆蓋雙側PFC。fNIRS數據包括氧合血紅蛋白（HbO2）和脫氧血紅蛋白（HHb）的變化，用于評估神經活動的強度和模式。

圖1：fNIRS通道排布

情感語調識別任務：被試需通過聽到的語音判斷情感內容。任務含6種情感狀態：快樂、悲傷、憤怒、厭惡、驚訝、中性，共96條語音，每一條2.7s-3s。每種情感狀態有10條語音，共70條。語音通過耳機播放，被試通過按鍵選擇對應的情感狀態，任務約18分鐘，同步記錄被試的反應時間以及錯誤率。

研究結果

行為結果：被試在識別驚訝、厭惡和快樂時錯誤數最多，識別憤怒時準確率最高，中性語音次之。盡管小腦刺激（無論是右側還是左側）對情感語調識別的錯誤率和反應時間均未產生顯著影響，但神經活動層面能觀察到明顯變化。

圖2：識別不同種類情緒語音的錯誤率（上表）和正確率（下表）

fNIRS結果：右側小腦陽極刺激顯著降低了PFC的HbO2水平，主要影響腹內側前額葉和眶前額葉區域。而左側小腦刺激的影響相對較弱。

圖3：HbO2變化的方差結果

研究結論

研究得出結論，于右側小腦進行陽極刺激能夠顯著減弱PFC的神經活動，該結論有力支持小腦-前額葉功能連接存在。盡管小腦刺激未顯著影響情感語調識別的行為表現，但其對PFC的神經調節作用為未來的臨床干預提供了新的思路，特別是其在情感處理和認知功能調節方面。

總結展望

這項研究為我們揭示了小腦-前額葉功能連接在處理情感語調中的重要作用，特別是右側小腦刺激對PFC神經活動的調節作用。未來有望進一步探索如何將小腦刺激應用于臨床治療，特別是針對情感處理障礙領域，如抑郁癥、焦慮癥等。相信隨著神經科學和心理學技術的深度融合，我們將能夠設計出更加高效的認知干預策略，幫助人們在現代社會中更好地管理情感和認知功能。

撰文：鄧青云

審核：堯利書

編輯：馬睿琦

參考文獻：

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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