近日，澳門大學認知與腦科學中心(CCBS)伍海燕老師團隊在Nature Communications上發表了新文章，題目為：”An intracranial dissection of human escape circuits”。該研究使用顱內電生理信號探討了人類在進行逃跑反應時的神經機製。研究發現認知恐懼回路在信息處理階段編碼了人類所感知到的威脅的水平，而在反應性恐懼回路更多的是在實際逃跑行為中被顯著激活。
前人研究中尚未充分解決的問題
逃跑是動物和人類在面臨攻擊時的一種重要的防禦行為。逃跑行為包括不同的階段。其核心是，捕食者出現後，被捕食者必須感知和處理當前的威脅信息（信息處理階段），然後選擇最佳時機逃跑（逃跑階段）。近年來，科學家通過核磁，腦電等設備，在人類和動物水平上探索了人和動物在逃跑反應中的神經機製。之前的研究發現，在逃跑行為中有兩個恐懼環路被激活：反應性恐懼環路和認知性恐懼環路。然而，研究者對於這兩個恐懼環路在逃離的不同階段中的具體作用的理解仍然有限。此外，反應性恐懼和認知性恐懼環路之間的相互作用仍未被探索。伍海燕老師團隊采集了癲癇患者進行逃跑任務的顱內腦電數據，研究不同神經環路在逃跑的不同階段中的作用（圖1）。
圖 1. 當前研究的總結。（A）本研究的實驗範式。（B）反應性和認知性恐懼回路分別主要涉及威脅信息處理和實際逃跑階段。（C）PSI分析揭示了在慢攻擊下HPC和vmPFC之間的相關性，以及快速攻擊下杏仁核和vmPFC的相關性。
仿真逃跑任務模擬真實逃跑場景
在該研究中，我們使用了一種叫做逃跑起始距離的任務（FID Task）。在這項逃跑任務中，參與者被要求將自己想象成獵物，並需要逃離一個虛擬捕食者。有兩種不同緊迫程度的捕食者：快速攻擊和慢速攻擊。快速攻擊的捕食者會更早發起攻擊，這需要參與者快速地做出逃跑的決定。緩慢攻擊的捕食者會更晚發起攻擊，從而有更多的時間和更大的緩沖區逃跑 （圖2）。然後，我们對參與者進行任務時的六個腦區的高伽馬頻段激活情況進行分析，以獲得在整個逃跑過程中參與逃跑過程的大腦區域內局部神經元的群體活動。通过对比参与者在面对不同类型的攻击时的电信号活动，我们就可以了解人类在面对不同类型威胁下的神经激活情况。
圖 2. 當前研究的實驗範式
顱內電生理：一種高時空分辨率的腦成像方法
功能性磁共振成像（fMRI）雖然為人類逃逸行為中的神經活動提供了重要洞察，但由於其時間分辨率較低，無法捕捉整個逃逸過程中的快速神經動態。而腦電雖然時間分辨率高，但因為電極位於顱外，空間分辨率和信噪比較低。相比之下顱內腦電圖（iEEG）采集的顱內腦電信號克服了這一局限性，具有毫秒級的時間分辨率，同時能夠精準定位深層腦結構，為研究逃逸行為過程中整個大腦的神經動態提供了全面視角（圖3）。更重要的是，iEEG信號涵蓋多個頻率波段，每個波段都編碼著神經通信的不同方面。其中，高伽馬頻段活動（HGA）被認為是局部神經元群體激活的可靠指標，為神經元激活水平的細致研究提供了重要支持。
圖 3. iEEG电极位置图
本研究核心結果
在行為水平上，該研究發現面對快攻擊時，被試會更快選擇逃跑，而在面對慢速攻擊時則相反。在神經層面上，該研究發現認知恐懼回路中的大腦區域，包括腹內側前額葉皮層（vmPFC）和海馬體，這些區域在信息處理階段編碼了威脅的水平。而在實際逃生階段，特別是在快速攻擊的情況下，反應性恐懼回路（包括中扣帶皮層和杏仁核）被顯著激活（圖4）。我們還觀察到在快速攻擊下，出現從杏仁核到腹內側前額葉皮層的顯著 Theta 波段信息流動，這表明反應性恐懼回路和認知恐懼回路之間存在動態通信。這種相互作用可能使人在迫在眉睫的威脅下做出快速反應，這對生存至關重要。這些發現闡明了反應性恐懼回路和認知恐懼回路在促進人類成功逃生行為中的獨特且互補的作用。
圖3. 認知恐懼回路在信息處理階段編碼了威脅的水平，而在反應性恐懼回路在實際逃跑過程中被顯著激活。
該研究的第一作者為澳門大學認知與腦科學研究中心ANDlab的在讀博士生張皓銘。第二作者為lab前研究助理成嘉予。第三作者為lab在讀博士生胡可羽。共同作者包括廈門弘愛醫院的王逢鵬，美國國家心理健康研究所的漆松博士，南方科技大學的劉泉影教授，和加州理工的Dean Mobbs教授。ANDlab的PI伍海燕教授為該工作最後通訊作者。共同通訊作者包含廈門弘愛醫院癲癇外科主任姚一主任。本研究得到了澳門科技發展基金（FDCT）（0127/2020/A3，0041/2022/A），深港澳科技計劃項目（C類）（SGDX2020110309280100），廣東省自然科學基金（2021A1515012509）、澳門大學SRG（SRG2020-00027-ICI）、以及澳門大學MYRG（MYRG2022-00188-ICI）的資助，在此表示衷心的感謝。
論文信息：Zhang, H., Cheng, J., Hu, K. et al. An intracranial dissection of human escape circuits. Nat Commun 16, 5520 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-60666-9