这篇研究论文《neural correlates of perceived emotions in human insula and amygdala for auditory emotion recognition》由Yang Zhang、Wenjing Zhou、Juan Huang、Bo Hong和Xiaoqin Wang共同完成，分别来自清华大学脑与智能实验室（Tsinghua Laboratory of Brain and Intelligence, THBI）、清华大学玉泉医院癫痫中心以及约翰霍普金斯大学生物医学工程系。研究于2022年发表在期刊《neuroimage》第260卷上，文章编号119502。

学术背景

该研究属于神经科学与认知科学交叉领域，聚焦于人类大脑如何处理声音中的情绪信息。人类声音不仅传递语言信息，还携带说话者的身份和情绪状态（Ellis and Andrew, 1989）。理解声音情绪处理的神经环路对揭示社会互动的神经基础至关重要。前人研究表明，岛叶（insula）和杏仁核（amygdala）对情绪声音的反应比非情绪声音更显著，但尚不清楚这种选择性是由声音的声学特征（说话者表达的情绪）还是听者的主观感知决定。本研究通过颅内脑电图（intracranial electroencephalography, iEEG）记录癫痫患者在情绪识别任务中的神经活动，旨在区分听觉皮层（如Heschl’s gyrus, HG）、后岛叶（posterior insula, PI）、前岛叶（anterior insula, AI）和杏仁核在情绪加工中的功能差异：是编码声学特征（客观情绪）还是主观感知情绪。

研究流程

研究分为两个实验：
1. 实验1（情绪识别实验）：24名难治性癫痫患者（平均年龄24.5岁）参与，植入iEEG电极覆盖HG、PI、AI和杏仁核（电极位置见图1）。刺激材料选自蒙特利尔情感语音库（Montreal Affective Voices），包含12种声音（2种身份×6种情绪：愤怒、恐惧、厌恶、快乐、悲伤、中性）。患者需判断听到的情绪类型，每次刺激重复20次。通过对比正确匹配（“match”：感知情绪=呈现情绪）、错误匹配（“mismatch (miss)”：感知≠呈现）和虚报（“mismatch (false alarm)”：其他刺激被感知为目标情绪）的神经响应，计算刺激选择性指数（stimulus selectivity index, SIₛ）和感知选择性指数（perception selectivity index, SIₚ）。
2. 实验2（形态渐变实验）：7名患者参与，使用愤怒和恐惧声音生成11级渐变刺激（从0%恐惧/100%愤怒到100%恐惧/0%愤怒）。通过分析神经响应与声学/行为曲线的匹配程度，验证脑区功能倾向。

数据分析聚焦高频宽带（high-frequency broadband, HFB, 70–140 Hz）信号，其与fMRI血氧水平依赖（BOLD）信号和神经元群活动高度相关。通过短时傅里叶变换（STFT）和基线归一化提取HFB时间序列，统计峰值响应差异。

主要结果

1. 脑区功能分化：
   
   • HG和PI：SIₛ显著高于SIₚ（p<0.01），响应由声学特征驱动。例如，PI电极在“match”和“mismatch (miss)”（相同声学特征）中响应相似，但与“mismatch (false alarm)”差异显著（图2b）。
     
   • AI和杏仁核：SIₚ显著高于SIₛ（p<0.01），响应由感知情绪驱动。AI电极在“match”和“mismatch (false alarm)”（相同感知情绪）中响应一致，与“mismatch (miss)”差异显著（图2c）。杏仁核响应更晚（峰值约320 ms），且对感知情绪的选择性持续至820 ms（图3d）。
     
2. 时间层级：响应潜伏期从HG（170 ms）、PI（170 ms）、AI（220 ms）到杏仁核（320 ms）依次延长，支持“听觉皮层→后岛叶→前岛叶→杏仁核”的层级加工通路。
   
3. 形态渐变实验：HG和PI的神经响应更接近声学曲线（SSE较小），而AI和杏仁核更接近行为曲线（图5），进一步验证其分别编码声学特征和主观感知。

结论与意义

研究揭示了人类岛叶在情绪加工中的桥梁作用：后岛叶连接听觉皮层处理声学信息，前岛叶连接杏仁核编码主观情绪感知。这一发现为“多模态情绪处理模型”提供了直接证据，表明大脑通过层级通路将外部声学信息转化为内部情绪体验。科学价值在于阐明了意识性情绪感知的神经机制，应用价值可能涉及情绪障碍（如自闭症、精神分裂症）的神经调控靶点定位。

研究亮点

1. 创新方法：利用iEEG的高时空分辨率，首次在人类中分离情绪加工的客观与主观神经标记。
   
2. 理论突破：提出岛叶功能分化假说，即前、后岛叶分别作为“感知枢纽”和“声学接口”。
   
3. 跨实验验证：结合自然情绪和渐变刺激，增强结论的普适性。
   
4. 临床样本利用：通过癫痫患者颅内电极，获取了常规非侵入性技术难以实现的深部脑区数据。
   

其他价值

研究还发现杏仁核对多种情绪（如恐惧、愤怒）的响应无显著差异，提示其可能通过空间模式或跨脑区连接编码情绪多样性，这为未来高空间分辨率研究提供了方向。此外，个体差异分析（如电极位置、行为准确率）为后续个性化神经调控奠定了基础。