基于面部模仿的社会学习时空神经轨迹：镜像神经元系统向额下回的信息汇聚及其长期效应

《npj Science of Learning》：Neural signals gradually shift towards inferior frontal gyrus and long-term effects following facial imitation-based social learning

【编辑推荐】为揭示面部模仿社会学习(FISL)的时空神经轨迹，研究人员让80名被试进行为期一月16次的面部情绪模仿训练，结合fNIRS和fMRI技术发现：镜像神经元系统(MNS)神经表征相似性(NPS)随学习进程增强，信息流逐渐向额下回(IFG)汇聚；长期FISL特异性提升面部情绪（非场景）感知能力，并增强MNS与社会认知脑区（如眶额皮层OFC）的信息连接。该研究为模仿干预改善社交缺陷的临床转化提供新路径。

　　

当我们看到他人微笑时，会不自觉地扬起嘴角；观察到他人皱眉时，也会下意识地收紧眉头。这种神奇的面部模仿能力是人类社会学习的重要基石，它帮助我们快速理解他人情绪、建立情感联结。然而，这种看似简单的模仿行为背后，隐藏着复杂的大脑运作机制。长期以来，科学家们对大脑如何在时空维度上动态支持面部模仿式社会学习（Facial Imitation-based Social Learning, FISL）缺乏系统认识，特别是这种学习过程如何重塑大脑网络，以及其效果能否迁移到日常社交场景中，仍是未解之谜。

为揭开这一谜题，电子科技大学Keith M. Kendrick和赵卫华团队在《npj Science of Learning》发表最新研究，通过多模态神经成像技术追踪了面部模仿学习全过程。80名男性被试在一个月内完成16次面部情绪模仿训练，研究人员在三个关键时间点（第2、9、16次训练）采用高时间分辨率的功能性近红外光谱（fNIRS）记录镜像神经元系统（Mirror Neuron System, MNS）活动，并在训练前后利用高空间分辨率的功能性磁共振成像（fMRI）评估社会感知能力的长期变化。

关键技术方法包括：1）使用FaceReader软件（5.09 Hz）自动解码模仿行为数据；2）通过fNIRS测量MNS（含双侧额下回IFG、颞上沟STS、顶下小叶IPL）神经表征相似性（NPS）和定向相位传递熵（dPTE）；3）采用fMRI多体素模式分析（MVPA）和信息连接（IC）技术评估情绪感知任务中脑区间的表征协同；4）所有被试为健康右利手汉族男性，来自电子科技大学在校生队列。

行为结果：积极情绪模仿存在学习阶段特异性优势

数据分析显示，积极情绪（快乐）的模仿曲线下面积（AUC）显著高于负面情绪（愤怒、厌恶、恐惧、悲伤）（F(1,79)=172.79, p<0.001）。早期学习阶段（第3-8次）中，模仿准确性与练习次数呈正相关（r_rm(399)=0.170, p_FDR=0.003），而后期（第10-15次）则表现为成功模仿起始时间加速（r_rm(399)=-0.120, p_FDR=0.032），表明学习过程存在"先精度后速度"的阶段性特征。

MNS神经表征的时空动态：IFG核心作用凸显

fNIRS数据显示，随着训练推进，MNS内积极情绪模仿的神经表征相似性（NPS）显著增强（16次>2次：t(79)>2.92, p_FDR<0.014）。时间序列分析进一步揭示，IFG的NPS增强覆盖整个6秒模仿时段（0-6s, p_FDR≤0.005），而STS仅在前4秒显著（p_FDR≤0.039）。值得注意的是，行为改善与MNS（r(79)=0.278, p_FDR=0.025）和IFG（r(79)=0.337, p_FDR=0.009）的NPS变化正相关，印证了神经表征优化对行为提升的支撑作用。

信息流向转变：从网络协同到IFG主导

通过定向相位传递熵（dPTE）分析发现，第16次训练时表征信息流主要从STS流向IFG（t(79)=2.43, p_FDR=0.026）及从IPL流向IFG（t(79)=3.98, p_FDR<0.001）。这种向IFG的信息汇聚模式表明，随着学习深入，MNS从子区协同逐渐转变为由IFG主导的高效处理模式。

长期迁移效应：特异性提升面部情绪感知

fMRI多体素模式分析显示，训练后对积极面部情绪与中性脸的分类准确率显著提升（AUC增加0.134, p=0.047），但情绪场景图片识别无改善。信息连接（IC）分析进一步发现，MNS与眶额皮层（OFC）、颞上回、杏仁核等社会认知脑区的表征协同增强，证实FISL效果可特异性迁移至面部情绪感知。

双通路中介：MNS优化与跨网络整合共促学习提升

并行中介模型表明，FISL对积极情绪模仿的改善同时通过MNS神经表征相似性提升（间接效应1=0.834, 95%CI=[0.312,1.443]）和MNS-OFC信息连接增强（间接效应2=-0.580, 95%CI=[-1.281,-0.098]）两条路径实现。

本研究首次描绘了面部模仿社会学习的完整神经轨迹：行为上呈现"精度优先-速度跟进"的阶段性特征，神经层面伴随MNS表征优化和信息流向IFG的汇聚，且学习效果可特异性迁移至面部情绪感知。这些发现不仅深化了对社会学习神经机制的理解，更为自闭症谱系障碍（ASD）、精神分裂症等社交缺陷疾病的模仿干预提供了精准神经靶点。通过证明重复模仿训练可重塑大脑网络功能，研究为开发基于模仿的神经康复方案奠定了理论基础。