美国科学家在预测“情感共鸣”方面取得突破性进展丨BioArt国科大论坛

BioArt按：6月24日，BioArt推出“国科大论坛”专栏，旨在鼓励中国科学院大学（UCAS）生命学院的优秀本科生接触学术最前沿，激发他们对生命科学某些领域深层次的理解，同时也锻炼他们对科学报道的写作能力。今日BioArt推出第六篇系列文章，这篇文章解读的是近日来自美国科罗拉多大学的科学家在Neuron杂志上题为“Empathic Care and Distress: Predictive Brain Markers and Dissociable Brain Systems”的研究论文，在该项研究中科学家们发展了一类机能性核磁共振荧光成像标记（fMRI）方法，这类标记不仅能预测被试们在倾听真实的人类灾难记载时实时产生痛苦或关怀的强度，还能预测之后被试们做出的慈善捐赠数额，证明了预测短暂共鸣情绪的可能性。

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撰文丨廖伊君（中国科学院大学2014级本科生）

导读：

听到他人的不幸遭遇时，我们或多或少会产生一些情感共鸣：我们会为这些不幸感到痛苦、沮丧，我们也会产生同情，希望能够提供帮助。对于这两种情感的区分和预测，目前还没有一个精准的方法。最近，来自科罗拉多大学和博尔多大学的科学家们发展了一类机能性核磁共振荧光成像标记（fMRI），这类标记不仅能预测被试们在倾听真实的人类灾难记载时实时产生痛苦或关怀的强度，还能预测之后被试们做出的慈善捐赠数额。他们的研究成果以“Empathic Care and Distress: Predictive Brain Markers and Dissociable Brain Systems”为题于2017年5月被刊登在Neuron杂志上。

背景介绍：

fMRI即功能性磁共振成像，这是一种新兴的神经影像学方式，利用磁振造影来测量神经元活动所引发的血液动力的改变，在脑部功能定位领域有着重要的应用。目前的fMRI技术广义上可以分为三类，包括脑血流测定技术，脑代谢测定技术和神经纤维示踪技术。神经纤维示踪技术中最被广泛应用的BOLD效应的fMRI，是通常所指的fMRI。

近年来，神经科学方面的研究表明，“共鸣关怀”和“共鸣痛苦”是由两个不同的脑系统所支持的。科学家们进行了对利他行为进行神经成像探究，发现这些行为更多地与共鸣关怀相关，涉及中脑边缘多巴胺系统，包括腹侧被盖区（VTA）、腹侧纹状体（VS）和腹正中前额皮质（vmPFC）；此外，隔膜/前部下丘脑环路与一系列亲和情绪相关，在人类中，包括有信任，慈善捐赠，利社会行为，支持性给予等。而共鸣痛苦，则被发现通常伴有前端中色带（aMCC）和前端脑岛（alns）的稳健激活；同时，向背中线前额皮质（dmPFC）、后扣带回（PCC）、楔前叶以及颞顶联合区（TPJ）也有活性。

论文部分：

科学家们发展了一种新型研究方法，让被试们倾听描述人类灾难的真实传记，同时进行fMRI分析。这些传记范围广泛，包括有先天性疾病的儿童，罹患癌症的成人，无家可归的悲哀和其他的困难。被试们将在第二次聆听这些记录的过程中，提供自己的关怀或痛苦的评级。科学家们再发展两种全脑标记，跟踪这些实时评级，以及他们预报新个体情绪反应的能力。为了进一步探究这些共鸣情绪与其他情绪的关系，研究人员又收集了一个独立的行为资料库，来检测标记相对于悲伤，害怕，厌恶，愤怒，喜悦，惊喜，正效价和负效价，并测试共鸣关怀和共鸣痛苦能在什么程度上预测这些情感。最后，研究人员让被试们从被试费中做出慈善捐赠，并分析他们所有的关怀与痛苦标记反应与捐赠数额间的关系，比较了这些标记做出的预测值与此前已知与慈善捐赠相关的脑区——vmPFC区和NAc区得到的预测值。

科学家们先进行了“共鸣关怀”和“共鸣痛苦”两种情绪的脑标记确认。通过实时情感检测，科学家们发现了分别与“共鸣关怀”和“共鸣痛苦”紧密联系的两类脑中标记，他们与关怀和痛苦评级相似的变化。其曲线如下图：

进一步的，科学家们又检测了这两种标记的特异性，实验发现，两种标记都能跟踪其所代表的的情绪，其中共鸣关怀的情绪标记有对共鸣关怀有特异性，而共鸣痛苦的情绪标记对两种情绪都能示踪，没有强的特异性。

其次，他们又提出，脑系统是如何对外界刺激提供实时的共鸣反应改变的？为此，科学家们进行了脑部扫描，寻找与共鸣关怀和共鸣痛苦相关的脑区。发现，移情关怀与mOFC、vmPFC、VS和隔区有关；还与precuneus/posterior cingulate的活性有关；移情痛苦则与左腹侧前运动皮层、双边下顶叶（IPL）和双边躯体感觉皮层（SI,SII）、左中脑岛有关（下图）。

接着，共鸣关怀与共鸣痛苦，与我们拥有的其他情绪的也被探讨。研究结果表明，发现共鸣关怀标记与共鸣关怀相关性最高，与其他情绪有不同程度的相关性，而共鸣痛苦标记与一系列负面情绪正相关，与积极情绪负相关，但与共鸣关怀有较微弱的正相关关系，这说明共鸣痛苦标记可能是对他人不幸遭遇的非特异性负面反应，有着负面情绪偏好性（下图）。

最后，他们研究了“共鸣关怀”和“共鸣痛苦”对慈善行为的影响。通过计算每个被试的平均共鸣关怀和共鸣痛苦标记反应；在测试数据中，估计一个模型，来预测捐赠。再将这个模型运用于被试，将预测捐赠与实际捐赠进行相关性分析。分别考虑时，两个脑标记都与之后的慈善捐赠数量正相关；当在同一个模型中考虑这两个标记时，都能正向预测帮助行为。对于NAc区和vmPFC区，发现NAc区能够显著预测捐赠数量。当将移情关怀标记、移情痛苦标记和NAc在同一个模型考虑时，发现移情痛苦标记最不重要。

总结：

共鸣关怀和共鸣痛苦都展现出了对目标情绪的部分特异性，这有利于科学家们进行以脑为基础的情绪预测工作，使得将有潜力的研究实现实验室间共享、运用到新的样本、运用到不同情境成为可能，最终能得出一系列可靠的标记，有助于对共鸣紊乱疾病，如自我中心病症和精神病，的诊断，还能为阻止同情心产生提供手段。这些发现证明了预测短暂共鸣情绪的可能性，未来的研究还需要证明这些脑标记的普适性。借助这些标记的发展，能增进我们对共鸣的科学解读，从而为创建一个更和睦、更充满善意的社会做出贡献。

参考文献：

1. http://baike.sogou.com/v6467308.htm?fromTitle=FMRI

2. Ashar et al., Empathic Care and Distress: Predictive Brain Markers and Dissociable Brain Systems, Neuron (2017), http://dx.doi.org/10.1016/j.neuron.2017.05.014

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