大量动物研究表明，恐惧的表达依赖于内侧前额叶皮层 (mPFC) 和杏仁核的协调活动，且theta振荡是支持恐惧脑网络内不同脑区信息交流的重要媒介。然而，以往研究多集中于恐惧的习得和消退，对于恐惧学习过程及其神经机制的探索较少。且目前尚不清楚，来自于动物的相关研究发现是否可以推广到人类的恐惧学习过程中。
因此，中国科学院心理健康重点实验室王亮研究组与合作者开展了一项研究，探索恐惧学习的神经机制。通过记录13 名癫痫患者在完成恐惧条件反射任务时的颅内脑电信号 (intracranial EEG) 及皮肤电信号（SCR），探索恐惧学习过程的神经电生理特征及其神经机制。研究发现，在恐惧条件化建立过程中，相比于非条件刺激（CS-），在呈现条件刺激（CS+）时，杏仁核和 mPFC 均表现出theta功率显著增强（图1），同时这两个脑区间的活动同步性显著增加，两个脑区之间的信息传输方向性分析揭示了背内侧前额叶 (dorsal mPFC) theta振荡显著早于杏仁核（图2）。最后，基于SCR数据构建强化学习模型，发现杏仁核 theta 振荡的动态变化可以预测基于模型的学习率变化，为杏仁核在恐惧学习过程中扮演的角色提供了直接证据。
综上所述，该研究首次揭示了在人类恐惧学习过程中，杏仁核和mPFC通过theta振荡的同步活动实现信息交互，为恐惧条件反射的建立过程提供了重要证据，有助于人们深入理解恐惧相关疾病的形成过程，为开展早期临床治疗提供重要参考。
图 1. 恐惧学习过程中，杏仁核和mPFC的theta振荡增强
图 2. 恐惧学习过程中，杏仁核和mPFC之间的功能连接增强，且背内侧前额叶的活动早于杏仁核
该研究受到中国科学院战略性先导科技专项（B类）(XDB32010300)、国家重点研发计划（2016YFC1307200）、北京市科委脑认知与脑医学专项（Z171100000117014）国家自然科学基金（31771255和32020103009）和中国科学院交叉创新团队项目（JCTD-2018-07）等资助。心理所博士研究生陈思为论文的第一作者，王亮研究员为通讯作者。研究成果已发表于《科学》杂志子刊 Science Advances。
论文信息：
Chen, S., Tan, Z., Xia, W., Gomes, C. A., Zhang, X., Zhou, W., Liang, S., Axmacher, N., Wang, L*. (2021). Theta oscillations synchronize human medial prefrontal cortex and amygdala during fear learning. Science Advances, 7(34), 1–14. https://doi.org/10.1126/sciadv.abf4198
