来源 | 中国科学院心理研究所官网
心理所研究揭示额顶脑区多样的功能连接模式支持语言理解中的预期和整合
作者：李晓庆研究组
你是否曾经注意到，当有人跟你说“今天下午我们去海滩，记得带上你的____”时，即使对方没有说完，你也会预测对方说 “泳衣”“防晒霜”等与海滩相关的物品。这种预测能力看似简单，却是大脑的一项强大功能，帮助我们在日常交流中更快速、准确地理解信息。
这种语言预测的能力是如何实现的？首先，大脑会基于已有的知识和上下文背景来预测接下来可能出现的话语内容。当听到新的信息时，大脑可以迅速将其与已有的预测整合，从而加快对整个话语的理解。这一复杂过程依赖于广泛分布在额叶、颞叶、顶叶以及感知脑区的层级性预期加工脑网络(Caucheteux et al., 2023; 见图1A)。然而，目前仍不清楚这些脑区如何动态合作以实现高效的语言预测。
为了回答上述问题，中国科学院心理研究所李晓庆研究组开展了一项磁共振成像研究。在该研究中，被试逐部分阅读呈现的句子（句子结构为：背景部分；代词+及物动词；目标名词）。例如：“小齐想在墙上钉钉子”——“他找到了”——“锤子”。这种分屏呈现的方式能有效分离背景信息加工、预测加工和整合加工。同时，该实验操控了背景信息对目标名词的语义约束性（高限制 vs. 低限制；见图1）。研究采用任务态功能连接分析，聚焦于语义限制性（高 vs. 低）和加工阶段（预测 vs. 整合）之间的交互作用，以揭示位于层级性预期加工脑网络顶部的双侧颞顶联合区（Temporoparietal junction；TPJ）和额下回（Inferior frontal gyrus；IFG）如何与其他脑区相互协作，以支持语言理解中的语义预测和整合。
图1.（A）层级性预期加工脑网络;（B）选择的种子点位置;（C）任务流程和实验材料举例
结果发现，相比于低语义限制性条件，在高语义限制性条件下：在预期阶段，右侧TPJ与认知控制脑区、支持记忆表征的默认网络脑区和视觉脑区有更强的功能连接，左侧TPJ和双侧IFG与视觉脑区有更强的功能连接；而当目标名词出现时，即整合阶段，以上功能连接模式减弱（见图2和3）。这可能是由于预测的语义信息被随后的感知信息验证，从而降低了对该感知信息的认知加工需求。该结果支持了预测编码理论。相反，当无法根据背景信息预测即将出现的目标名词时，即在低语义限制性条件下，以上功能连接模式则在整合阶段更强。并且，以上效应在视觉脑区重叠，说明额顶皮层与视觉脑区的功能连接在语义预期中的重要作用。
图2. 双侧TPJ种子点的功能连接结果。DMN=默认网络；FPN=额顶控制网络；LB=边缘网络；VAN=腹侧注意网络；DAN=背侧注意网络；SM=感觉运动网络；VN=视觉网络
图3. 双侧IFG种子点的功能连接结果
以上结果表明，额顶脑区与认知控制、记忆和感觉系统的多样脑功能连接模式支持着语言理解中的自上而下的语义预期和自下而上的语义整合。这种基于语境信息可用性的灵活脑功能连接模式可能是人类高效的语言理解能力的关键。
该研究获得国家自然科学基金（32171057，32300882）和中国科学院心理研究所项目（E3CX1625CX）的支持。
文章已在线发表于Journal of Neuroscience。心理所博士研究生何雅吉为第一作者，心理所李晓庆研究员和张美超副研究员为共同通讯作者。
论文信息：
He, Y., Shao, X., Liu, C., Fan, C., Jefferies, E., Zhang, M.*, & Li, X.* (2024). Diverse frontoparietal connectivity supports semantic prediction and integration in sentence comprehension. Journal of Neuroscience. e1404242024. https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.1404-24.2024
心理所研究揭示alpha和beta神经振荡在大小错觉加工中的作用
作者：蒋毅研究组
人类的大小知觉并不总是对物理世界的客观反映,而是高度依赖于背景线索。已有研究提出艾宾浩斯错觉（Ebbinghaus illusion）可能源于两种认知机制：低水平的轮廓交互和高水平的大小对比。然而，这两种机制的神经基础尚不清楚。
为了探究这一问题，脑与认知科学国家重点实验室蒋毅研究组的科研人员采用脑电技术开展了一项实证研究。研究采用双眼视差技术操纵艾宾浩斯错觉的中央目标圆和周围诱导圆的相对深度位置，使目标圆呈现在诱导圆的前方或后方，来干扰大小对比而不影响轮廓交互作用。同时记录脑电活动，考察alpha和beta振荡在该错觉加工中扮演的角色。
行为结果发现,当目标圆与诱导圆呈现在不同深度平面时(即水平视差条件下),错觉效应显著降低。脑电结果表明，无论目标圆与诱导圆是否在一个深度平面，知觉更大的目标圆会减弱中央顶区早期alpha频段能量值（8-13 Hz，刺激呈现后0-100ms），并且顶叶区域alpha能量值与大小错觉效应具有负相关关系。而在零视差条件下，知觉更大的目标圆会增强枕顶区beta频段能量值（14-25 Hz，200-300 ms），并且零视差与水平视差条件下的错觉效应与beta频段能量值存在正相关关系。
（左：实验刺激示例；右：脑电结果）
该研究首次揭示了艾宾浩斯错觉中轮廓交互和大小对比这两种认知机制的神经生理学基础，即早期alpha振荡与低水平的轮廓交互有关,而相对较晚的beta振荡则与高水平的大小对比有关。研究支持了不同频段的神经振荡参与视觉加工的不同方面的观点。
该研究得到了科技部、国家自然科学基金委、中国科学院等的支持。
研究成果已在线发表在Neuroscience Bulletin。心理所博士生陈丽红（已毕业）为论文第一作者，心理所蒋毅研究员为通讯作者。
论文信息:
Chen, L., & Jiang, Y. (2024). Distinct contributions of alpha and beta oscillations to context-dependent visual size perception. Neuroscience Bulletin, 40(12), 1875-1885. doi: 10.1007/s12264-024-01257-4
相关论文：
Chen, L., Qiao, C., Wang, Y., & Jiang, Y. (2018). Subconscious processing reveals dissociable contextual modulations of visual size perception. Cognition, 180, 259-267. doi: 10.1016/j.cognition.2018.07.014
Chen, L., Xu, Q., Shen, L., Yuan, T., Wang, Y., Zhou, W., & Jiang, Y. (2022). Distinct contributions of genes and environment to visual size illusion and the underlying neural mechanism. Cerebral Cortex, 32(5), 1014-1023. doi: 10.1093/cercor/bhab262
心理所研究揭示社会规范适应能力与其脑功能活动共享遗传基础并可预测抑郁程度
作者：古若雷周媛组 金悦宁
在人们的日常生活中，诸多行为和价值观构成了社会的稳固基石。互惠、团结、公平等社会规范，不仅深深植根于社会文化中，而且被证实具有显著的遗传性。这种遗传基础使社会规范能够代际相传，成为人们社会交往中不可或缺的一部分。其中，公平规范是最常见的社会规范之一，其宽松或严苛程度在不同情境下具有较大差异。个体能否适时调整心中的公平规范标准，对于适应环境具有至关重要的意义。例如，学会在必要时“低头”，接受看似不公平的待遇，有助于个体在不公平环境中积累资源，从而提高生存和发展的几率。尽管既往研究已经发现，社会规范服从本身及其神经基础具有遗传性，但是对于社会规范适应能力的遗传程度，我们仍知之甚少。因此，探究公平规范适应能力及其神经基础是否具有可遗传性、是否可预测心理健康状态，甚至三者是否共享遗传基础等问题，将有助于人们更深入地理解社会规范的进化机制，为个体适应环境、维持心理健康提供新的思路和方法。这些问题的答案，也有助于回答Science期刊在创刊125周年所提出的前25个重要科学问题之一：“人类的合作行为是如何进化的？”
为了探究上述问题，中国科学院心理研究所周媛研究员带领团队开展了系列研究。研究一招募了174名（87对）同性别双胞胎，在完成回应者版单轮匿名最后通牒博弈时进行了任务态功能磁共振扫描，并采集唾液样本进行了感兴趣位点的基因多态性检测，以确定公平规范学习能力及其相关脑活动的遗传度，并发现与其相关的基因多态性。研究二在8年后纵向追踪了研究一中122名双生子的抑郁症状以及心理适应能力，以探究公平规范适应能力能否预测长期的心理健康指标。由于多巴胺基因与适应能力密切相关，该研究重点探究了多巴胺基因多态性是否构成三者共同的遗传基础。
研究一首先使用计算模型来分离公平决策中的规范适应系统以及公平评估系统，并使用学习率来量化规范适应系统中对规范的适应能力，使用公平敏感度以及初始公平规范来共同量化公平评估系统中的规范严格程度。接着，综合采用行为遗传学、计算建模、基于模型的影像遗传学分析、影像转录组关联分析等多种方法进行数据分析。
图1. 研究框架图
单变量遗传分析显示，公平规范适应能力（36%）、初始公平水平（41%）以及公平敏感度（32%）都具有中等水平遗传度。规范适应系统与公平评估系统是两个相对独立的系统，拥有低表型相关且受到不同单核苷酸多态性调节：公平敏感度和初始公平规范同时受到多巴胺DRD2受体基因（rs1800497和rs2283265）以及色氨酸羟化酶基因TPH2（rs4570625）影响，而学习率仅受到前述两个DRD2受体基因影响。
对规范预期偏差相关脑活动的单变量遗传分析，可在全脑发现18个具有显著遗传度的脑区。进一步使用双变量遗传模型搜索与学习率同时具有显著表型相关与遗传相关的脑区，发现右侧前脑岛的脑功能活动和学习率表型相关显著，但遗传相关不显著；但辅助运动区/内侧额上回（SMA/mSFG）脑功能活动和学习率表型相关和遗传相关均显著，提示二者共享遗传基础。两个多巴胺DRD2受体基因多态性（rs1800497和rs2283265）同时影响学习率及SMA/mSFG对预期偏差的编码，表现为T等位基因携带者学习率更低、对预期偏差编码更弱。中介分析证实了SMA/mSFG对预期偏差的编码活动在多巴胺DRD2受体基因多态性与适应能力之间存在显著部分中介作用。
图2. 与学习率具有显著表型相关的脑区：（A）SMA/mSFG；（B）右侧前脑岛
基于Allen转录图谱的影像转录组关联分析发现，SMA/mSFG脑区TOP20高表达的KEGG通路与GO生物过程中，包含了多巴胺通路相关功能的基因，负责化学突触传递调制的基因，以及突触中的囊泡介导运输的基因，说明该脑区多个高表达基因可能和多巴胺通路有关。使用Metascape进行基因富集网络分析可视化，发现多巴胺通路相关功能基因位于网络的中心位置，证明了多巴胺通路相关基因在该脑区转录功能中处于核心位置。
图3. 影像转录组富集分析结果。（A）KEGG通路与GO生物过程富集分析；（B）Metascape基因富集网络分析可视化
研究二通过多水平线性模型分析，发现公平规范适应能力即学习率能够预测个体8年后的抑郁严重程度，边缘性显著预测认知灵活性和心理韧性。并且，公平规范适应能力与8年后抑郁严重程度具有遗传相关，公平规范适应能力在多巴胺DRD2基因多态性累加分数与8年后抑郁严重程度之间起到部分中介作用。
该研究首次揭示了遗传因素在社会规范适应及其脑功能活动中扮演着不可忽视的驱动角色，它赋予我们在瞬息万变的环境中迅速习得新规范的能力，维持更好的心理健康水平，从而增加生存上的优势。这些研究结果不仅为理解社会规范进化机制提供了新的见解，而且为早期识别抑郁高风险个体、及时实施针对性的干预措施以增强其社会适应能力并缓解抑郁症状提供了重要的理论指导。
该研究得到了科技创新2030-“脑科学与类脑研究”重大项目（2021ZD0200600）、国家自然科学基金（82171535, 72033006, 81771473, 32130045, 91432302）和中国科学院心理研究所揭榜挂帅项目的支持。
文章已在线发表于Advanced Science。心理所博士后金悦宁为第一作者，心理所研究员周媛为通讯作者，心理所博士研究生郑党（已毕业）、樊青晨、中丹学院硕士研究生王昌硕（已毕业）、心理所硕士研究生扈原源为论文共同作者。丹麦Aarhus大学Martin Dietz助理教授、心理所古若雷研究员、李新影研究员、陈杰副研究员对本文有重要贡献。
论文信息：
Jin, Y., Zheng, D., Gu, R., Fan, Q., Dietz, M., Wang, C., Li, X., Chen, J., Hu, Y., & Zhou, Y. Substantial Heritability Underlies Fairness Norm Adaptation Capability and its Neural Basis. Advanced Science, 2411070. https://doi.org/https://doi.org/10.1002/advs.202411070
相关论文：
Wang, Y., Zheng, D., Chen, J., Rao, L. L., Li, S., & Zhou, Y. (2019). Born for fairness: evidence of genetic contribution to a neural basis of fairness intuition. Social cognitive and affective neuroscience, 14(5), 539-548.
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