使用人脑中的单细胞记录估计同理心

对你理解他人的痛苦很重要的是大脑的一个三角形区域，称为脑岛，位于外皮层波纹的深处。但是，脑岛中的神经活动与来自大脑相关区域的输入在多大程度上编码同理心，以及这种编码的时间线，仍然是个谜。

eLife的一项研究分析了脑岛对我们理解他人疼痛的能力的贡献，方法是通过嵌入人脑的电极进行记录，测量癫痫患者在观看疼痛女演员的短片时单个细胞的神经元活动。该研究提高了我们对人们对他人痛苦的同情和反应能力的内在差异的理解，以及在某些神经精神疾病中缺乏同理心的潜在机制。

该研究分析了人类脑岛的颅内脑电图(iEEG)记录和单细胞记录。研究人员记录了7名癫痫患者在观看痛苦的面部表情或手被皮带抽打的短片时的神经活动。患者在观看视频时评估疼痛的强度。电影中的女演员所经历的痛苦程度各不相同。这使团队能够探索患者认为其他人更痛苦的电影是否是岛叶神经元表现出更多活动的电影。

作者指出：“我们发现20-190赫兹宽带范围内的活动与岛叶中两种类型刺激的试验感知强度相关。”

脑岛中的一些位置显示出面部表情的神经活动，但没有手被拍打的神经活动，而其他区域显示出手部刺激的神经活动，但没有面部表情的神经活动，脑岛中的其他区域被两种刺激激活。在整个脑岛，研究人员记录了与参与者在电影中报告的感知疼痛成比例的电活动。这在局部场电位和单个神经元中都是真实的，提供了第一个证据，即涉及我们自己疼痛的大脑区域包含其他人疼痛的细粒度表示。

当向参与者展示从中性表情到不同程度疼痛的面部表情时，对脑岛的电反应和电影中女演员的肌肉运动的分析表明大脑使用女演员的形状收缩的眼睛感知疼痛而不是面部的运动。

另一方面，当向参与者展示被击中的手时，大脑似乎可以推断出手在皮带拍打下的运动所造成的疼痛程度。这表明对带有面部表情的视频的反应最好从形状推断出来，而被击打的手的反应最好从手的运动速度推断出来。这揭示了人脑如何灵活地将我们看到的他人所做的事情转化为对其内心状态的细粒度感知。

该研究的主要作者、土耳其Koç大学助理教授EfeSoyman博士说：“其他人的痛苦可以从多种指标中推断出来：痛苦的表情、给他们造成痛苦的事件的强度等。通过我们从患者那里收集到的这些非常有价值的数据，我们可以看到当我们体验到其他人的痛苦时，人类脑岛如何调整到这些不同线索中可用的任何一个。”

然后，研究人员将iEEG信号中的宽带活动与来自少数神经元的神经元尖峰活动以及具有类似刺激的fMRI(功能性磁共振)实验进行了比较。这表明神经元活动的空间组织与患者看到的疼痛刺激类型一致。

通过药物无法治愈的癫痫患者的合作，这项研究成为可能。这些患者的电极通过手术植入大脑，使医生能够确定他们癫痫发作的神经起源。这涉及住院以进行临床监测，一些患者同意利用这一独特的机会更好地了解大脑功能。在当前的研究中，研究人员利用这个机会来了解脑岛神经元在反映他人痛苦中的作用。

该研究的共同高级作者、荷兰神经科学研究所的神经科学家ChristianKeysers博士表示，“作为神经科学家，我们的梦想是了解神经元如何使我们成为现在的我们。通过允许我们从这些电极上进行记录，这些患者所做的就是让这个梦想成真：我们可以实时看到其他人的痛苦是如何反映在观察者的神经元中的。经过几十年的同理心研究，我们可以看到同理心在人类脑岛中展开。”

使用先进的数据分析，该团队可以根据每部电影期间脑岛的电活动程度来预测患者的同理心水平，即他们感知他人痛苦的程度。在未来的研究中，该团队计划将所有记录的电极数据结合起来，绘制出负责我们对他人情绪的微妙同理心的大脑区域图，并查明负责同理心能力个体差异的区域。

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