秦绍正课题组与陶沙课题组合作在Cerebral Cortex发文揭示中国学龄儿童情绪识别中动态决策的性别差异及其认知神经计算机制
众所周知，以抑郁、焦虑为核心的情感障碍人群中存在显著的性别差异。表现为女性更加容易受到抑郁及焦虑的影响，并有着更大比例的自杀和自伤行为。同时，焦虑问题的发生相比抑郁更加早发，大约在儿童期便存在焦虑问题的检出。抑郁虽稍晚于焦虑问题，但也伴随日益增长的学习和生活压力，以及疫情等事件的影响，早发时间也有提前的趋势。抑郁、焦虑问题与情绪相关的杏仁核-前额叶通路高度相关。这些证据提示我们，从儿童期入手，通过行为建模的方式，以情绪相关的杏仁核亚区-前额叶通路为核心，研究负性情绪决策任务中的认知神经计算过程及其性别差异化发展，为理解情绪问题发生发展机理、早鉴别与预防干预提供新的启示。
近日，北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室、IDG/麦戈文脑科学研究院秦绍正团队与陶沙团队联合在《Cerebral Cortex》发表的最新实证研究，采用经典的负性情绪面孔匹配决策任务，结合最新的计算建模分层扩散漂移模型，考察243名7-12岁中国学龄儿童与78名成人对照组在情绪识别任务中动态决策的认知计算过程及其杏仁核亚区-前额叶通路的性别差异化规律。
性别差异广泛存在于情绪加工的过程中，男性表现出更多的外化情绪和冲动性行为；相反，女性表现出更多的内化情绪，以及更多的孤独感，同时，情绪相关的疾病也表现出一定的性别差异。这些差异从理论上来说都与早期情绪加工相关的杏仁核、前额叶通路的发育有关。在儿童期，不论是男孩还是女孩，都受到环境的影响，逐步形成自己的性别图式，从而进一步影响情绪行为。但儿童早期情绪加工的性别差异化神经机制还不明确。情绪面孔识别，作为情绪加工能力的一种，已被证实存在显著的性别差异，儿童期女性能够更好的识别他人的情绪面孔，并能通过他人的情绪面孔推测情绪意图，因此情绪面孔识别的范式是研究情绪加工能力发展比较理想的实验范式。
社会情绪发育理论认为，早期儿童通过环境习得性别角色和情绪表达规则，并且性别差异随着年龄的增长逐渐扩大，表现为女性更加将情绪内化、同时表现出更好的共情能力和更好的情绪识别能力，这一定程度上表明社会环境对于女性“善解人意”与“温文尔雅”的情绪感知与表达要求。与此同时，个体所处的神经生理环境也发生显著的改变，随着个体的发育和成熟，性激素塑造着我们的大脑，表现出激素的“组织效应”与“激活效应”，同时也与环境（例如应激等）进一步交互，对情绪加工能力的发展产生影响。
关于情绪加工的性别差异研究有很多，但大多数关注异常群体、成年群体和青少年群体，针对儿童早期情绪加工能力发展的性别差异机制却还很少，少数研究对于性别差异的发育轨迹进行了研究，但结果并不一致。杏仁核亚区-前额叶通路被认为是情绪加工的主要区域，在儿童至青少年期表现为从正到负的发育轨迹。但不同性别的情绪有关的杏仁核亚区-前额叶通路的发育轨迹研究却很少。
为此，秦绍正课题组结合生物取向的组织-激活理论(organizational-activational hypothesis)与社会情绪发展理论(socio-emotional learning theory)，对学龄儿童的情绪相关的杏仁核-前额叶通路的发育特征提出假设，我们认为：儿童期情绪面孔识别能力表现出一定的女性优势，表现为随年龄增长，女性对于情绪面孔的识别能力发展显著快于男性，同时，前额叶与杏仁核富含性激素受体，儿童期前额叶与杏仁核能够体现儿童早期性激素的“组织作用”。这种组织作用早期已表现为激活水平与功能连接水平的差异，并且这种差异能够解释女性在情绪面孔识别的优势。
图1.分层扩散漂移模型与性别差异化发育特征。
首先，采用分层扩散漂移模型，对儿童的行为数据进行建模。模型示意图如图1A所示。我们发现女孩相较于男孩在情绪加工过程中有着更高的漂移率和更小的决策阈值，同时，7-12岁决策阈值和漂移率的发育轨迹存在显著的性别差异。这表明女孩能够有效地在复杂环境中获取用于做出正确反应的情绪信息，从而以更快的速度对刺激进行反应。认知计算建模在传统行为任务的基础上，验证了7-12岁女孩更加成熟的情绪决策加工特征。
图2.多体素成熟度计算与性别在行为决策发育中的作用。
随后，我们采用多体素成熟度的计算方法，分别计算了7-12岁儿童全脑多体素激活特征表征相似性的性别差异化发育轨迹（图2B）。研究表明，随着年龄的增长，女孩的成熟度显著增高，表现出更加成人化的多体素激活特征，而男孩却未发现该发育轨迹（图2C）。同时，我们发现，女孩的全脑多体素成熟度能够部分解释情绪决策特征的漂移率的发育特征(图2F)，表明7-12岁女孩更加成熟的情绪决策加工特征是由脑发育成熟来支持的。
图3.情绪相关的杏仁核亚区、前额叶的性别差异化发育特征。
图4.情绪相关的杏仁核亚区的性别差异化发育特征。
进一步，我们对情绪相关的杏仁核亚区、前额叶单变量激活的性别差异化发育轨迹进行了考察，并考察了杏仁核亚区、前额叶的发育与情绪加工决策特征的关联。研究结果表明，7-12岁女孩杏仁核亚区表现出较强的激活水平（图4a），但内侧前额叶的激活水平差异不显著（图3B），表明7-12岁女孩情绪决策的行为依赖于自下而上的加工方式（图3C）。
图5.以杏仁核亚区为核心的情绪加工通路的性别差异化发育轨迹。
最后，我们以杏仁核亚区为种子点，考察以杏仁核亚区为核心的功能通路的性别差异化发育轨迹，及其与情绪决策加工特征的关联。我们发现，杏仁核为核心的脑岛-中央内侧杏仁核环路（图5C-D）、内侧前额叶-基底外侧杏仁核环路表现出显著的性别差异（图5A-B）。同时我们发现，基底外侧杏仁核-内侧前额叶功能连接在7-12岁儿童中的发育轨迹呈现显著的性别差异，并且该性别差异与和儿童与成年人的组别差异相反，表现出男孩随年龄增长功能连接增强，女孩随年龄增长功能连接显著减弱。结合杏仁核亚区的单变量激活特征，我们认为7-12岁女孩自上而下的杏仁核亚区-前额叶调控尚未形成，同时女孩更依赖于中央内侧杏仁核-脑岛通路对情绪特征进行加工，使得女孩子表现出对情绪感受的过度加工，以及更加情绪化的表达。
综上所述，研究团队通过从情绪决策行为特征建模到情绪相关的杏仁核亚区-前额叶通路的系统性研究，揭示了7-12岁学龄儿童的情绪决策的加工特征及其性别差异化发育轨迹。团队融合了传统行为与认知计算建模、多变量与单变量脑激活、功能连接等多层面的研究结果，揭示了学龄儿童情绪相关的杏仁核亚区、前额叶的性别差异化发育特征，同时也通过认知计算建模与脑功能指标，揭示了女性不利的易感性通路特征。
具体来说，结合生物取向的“组织理论”，女孩在7-12岁发育过程中，由于雌二醇激素水平的早期组织作用，表现出情绪加工中的优势，尤其是对于负性情绪，女孩相比于男孩需要更多的情绪细节来做出准确决策，但更多的情绪细节也会使得女孩沉浸于负性情绪之中，同时表现出“情绪化”和“容易共情”的行为特征，和内化情绪障碍，如抑郁、焦虑等。男孩受到睾酮激素的组织作用，在情绪加工中不如女孩，对于负性情绪的信息相对较少，表现出男孩“更不会看脸色”以及更加多的外化行为特征。杏仁核亚区、前额叶等区域中的性激素受体含量较高，更容易受到早期组织作用的影响。这表明，儿童期杏仁核、前额叶区域是易感性的潜在靶点。其性别的分化轨迹受到激素的组织作用和环境的影响共同作用，是儿童情绪相关障碍早发的潜在因素，也是情绪障碍发生率性别差异的潜在神经机制。
本研究依托于中国学龄儿童脑发育项目北京队列（Children School Functions and Brain Development Project，CBD Beijing Cohort），也是课题组近年来在儿童青少年情绪与认知发展的脑基础(Qinet al., 2014; Zhu et al., 2019; Jiang et al., 2021; Tian et al., 2021)、情感认知领域一系列工作基础上（Liuet al., 2016; Xiong et al., 2021; Zhuang et al., 2021) 的延伸和拓展。
本研究受到国家自然科学基金委项目、国家社科基金重大项目、国家重点实验室开放课题和中央高校基本科研专项等支持。课题组博士生徐家华为论文第一作者，通讯作者为陶沙教授与秦绍正教授。同时也感谢北京大学磁共振中心高家红教授，北京师范大学贺永教授，北京回龙观医院谭淑平教授对本论文的数据采集与分析给予的大力支持。
论文信息：Jiahua Xu, Lei Hao, Menglu Chen, Ying He, Min Jiang, Ting Tian, Hui Wang, Yanpei Wang,Daoyang Wang, Zhuo Rachel Han, Shuping Tan, Weiwei Men, Jiahong Gao, Yong He,Sha Tao, Qi Dong, Shaozheng Qin, Developmental Sex Differences in NegativeEmotion Decision-Making Dynamics: Computational Evidence and Amygdala-Prefrontal Pathways, Cerebral Cortex, 2021;, bhab359,
课题组前期儿童青少年情绪问题与情感认知的脑机制相关论文：
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