人類大腦能快速區(qū)分面孔與無生命客體，并加工面孔的多維度社會屬性（如種族、性別、年齡等）。加工面孔的多維度屬性是復(fù)雜社會交往的認(rèn)知基礎(chǔ)，相關(guān)的神經(jīng)機(jī)制在人類和非人靈長類動物有廣泛研究，但對其它物種是否具有類似的面孔加工及相關(guān)認(rèn)知和神經(jīng)機(jī)制的研究較少，特別是，目前沒有關(guān)于人類和其它物種的面孔加工是否與相同基因關(guān)聯(lián)的實(shí)驗(yàn)研究，開展相關(guān)研究對于從進(jìn)化的角度理解面孔加工及其與社會行為的關(guān)系具有重要意義。
人類研究發(fā)現(xiàn)，孤獨(dú)癥患者具有社交障礙，且面孔加工異常，其相關(guān)的一個(gè)高風(fēng)險(xiǎn)基因是Shank3?；谶@些發(fā)現(xiàn)，北京大學(xué)心理與認(rèn)知科學(xué)學(xué)院、IDG麥戈文腦科學(xué)研究所韓世輝教授課題組與中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所張永清研究員（現(xiàn)任湖北大學(xué)教授）團(tuán)隊(duì)開展合作，結(jié)合行為、眼動和神經(jīng)電生理技術(shù)，研究野生比格犬和攜帶Shank3突變基因比格犬面孔加工的差異，2025年4月在Science Advances 發(fā)表了題為“Autism-like atypical face processing in Shank3 mutant dogs”的研究論文，揭示比格犬面孔加工的神經(jīng)機(jī)制及關(guān)聯(lián)基因Shank3。
該研究第一部分包括三個(gè)實(shí)驗(yàn)。面孔偏好行為實(shí)驗(yàn)比較野生型犬和突變?nèi)畬γ婵讏D片以及非面孔圖片（房子）的自然選擇行為（圖一）。發(fā)現(xiàn)野生型犬偏好于面孔刺激，而Shank3突變?nèi)畡t偏好于房子刺激。為了檢測突變?nèi)男袨榉从硨Ψ孔拥钠眠€是對面孔的回避，實(shí)驗(yàn)又比較了對房子和汽車的選擇行為，發(fā)現(xiàn)野生型犬和突變?nèi)畬@兩種刺激都沒有明顯偏好，提示突變?nèi)畬Ψ孔拥钠帽举|(zhì)是對面孔的回避。倒置圖片的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，被試犬的偏好行為與圖片刺激的低水平視覺屬性無關(guān)。
圖一。（A）面孔偏好行為實(shí)驗(yàn)范式。（B-D）面孔偏好行為實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
該研究進(jìn)一步利用眼動追蹤技術(shù)，給被試犬同時(shí)呈現(xiàn)面孔刺激和房子刺激，比較野生型犬和Shank3突變?nèi)畬D片刺激的視覺注視時(shí)間和頻率，發(fā)現(xiàn)野生型犬對面孔（比房子）的注視時(shí)間更長，注視次數(shù)更多，而突變?nèi)畬γ婵椎淖⒁晻r(shí)間較短，注視次數(shù)也較少（圖二）。這種現(xiàn)象主要存在于對面孔眼睛區(qū)域的注視。此外，突變?nèi)状巫⒁暶婵椎臅r(shí)間要顯著晚于野生型。
圖二。（A）眼動實(shí)驗(yàn)范式。（B-G）眼動實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
為了揭示面孔加工的動態(tài)神經(jīng)過程，該研究利用電生理技術(shù)手段，記錄了被試犬在觀看面孔與非面孔刺激的神經(jīng)響應(yīng)。發(fā)現(xiàn)，在刺激開始后100 ms左右，出現(xiàn)了一個(gè)對面孔特異響應(yīng)的腦電成分（N1），但是Shank3突變?nèi)腘1振幅顯著小于野生型犬，而對房子誘發(fā)的N1振幅大小與野生型犬無差異（圖三）。此外， Shank3突變?nèi)畬γ婵状碳さ捻憫?yīng)時(shí)間（N1 latency）要顯著的晚于野生型。這些結(jié)果提示了突變?nèi)c面孔加工有關(guān)的早期神經(jīng)活動的異常。
圖三。（A）眼動實(shí)驗(yàn)范式。（B-G）眼動實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
該研究第二部分包括三個(gè)實(shí)驗(yàn)。面孔偏好行為實(shí)驗(yàn)中使用不同物種（人和犬、黑猩猩和犬）以及不同品種犬（比格犬和哈士奇）的面孔，比較野生犬和突變?nèi)畬Σ煌婵讏D片的自然選擇行為，發(fā)現(xiàn)野生型犬的行為選擇偏好于同物種（犬比人、犬比黑猩猩）或同品種（比格犬比哈士奇）面孔刺激。眼動實(shí)驗(yàn)給被試犬同時(shí)呈現(xiàn)不同物種（人和犬、黑猩猩和犬）或不同品種犬（比格犬和哈士奇）的面孔，發(fā)現(xiàn)野生型犬對同物種或同品種犬面孔的注視時(shí)間更長。然而，突變?nèi)疀]有表現(xiàn)出這些行為或注視時(shí)間的偏好。這些結(jié)果提示野生型犬與人類類似，具備加工面孔高水平社會屬性的能力，但是，這些能力在Shank3突變?nèi)酗@著損壞。最后，電生理實(shí)驗(yàn)使用在人類研究中的重復(fù)抑制范式，研究被試犬面孔分類加工的神經(jīng)動態(tài)過程，結(jié)果發(fā)現(xiàn)野生型犬對異類面孔的神經(jīng)分類加工發(fā)生在刺激呈現(xiàn)后100毫秒左右，對同類面孔分的神經(jīng)分類加工發(fā)生在刺激呈現(xiàn)后200毫秒左右（圖四），但是這些自動的面孔分類加工的神經(jīng)過程在Shank3突變?nèi)В崾?i>Shank3突變導(dǎo)致面孔神經(jīng)分類加工的破壞。
圖四。（A）電生理重復(fù)抑制實(shí)驗(yàn)范式。（B-I）電生理實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
該研究從多個(gè)水平揭示野生犬的面孔加工機(jī)制，為跨物種理解理解面孔加工的機(jī)制提供了新的科學(xué)依據(jù)，所發(fā)現(xiàn)Shank3突變孤獨(dú)癥模型犬的面孔加工障礙，為孤獨(dú)癥風(fēng)險(xiǎn)基因調(diào)控面孔認(rèn)知加工提供了實(shí)驗(yàn)依據(jù)，為研究孤獨(dú)癥的面孔認(rèn)知異常神經(jīng)機(jī)制和治療提供了一個(gè)有效的動物模型。該論文第一作者為中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所袁思琦博士，第二作者為北京大學(xué)心理與認(rèn)知科學(xué)學(xué)院龐晨瑜博士。該論文的共同通訊作者為北京大學(xué)心理與認(rèn)知科學(xué)學(xué)院、IDG麥戈文腦科學(xué)研究所韓世輝教授和中國科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所張永清研究員（現(xiàn)任湖北大學(xué)教授）。中國科學(xué)院遺傳發(fā)育所的吳梁博士，英國林肯大學(xué)郭昆教授，美國耶魯大學(xué)姜永輝教授和北京大學(xué)易莉教授等也對該研究做出了重要貢獻(xiàn)。該研究得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國家自然科學(xué)基金、昆明春城計(jì)劃以及武漢市科技局項(xiàng)目的資助。
2025-04-25