楊 韻梁宗保張光珍
(1東南大學人文學院,南京 210096;2東南大學兒童發(fā)展與學習科學教育部重點實驗室/兒童發(fā)展與教育研究所,南京 210096)
情緒加工的早期事件相關(guān)電位成分的分析比較
楊韻1梁宗保2張光珍2
(1東南大學人文學院,南京 210096;2東南大學兒童發(fā)展與學習科學教育部重點實驗室/兒童發(fā)展與教育研究所,南京 210096)
情緒加工早期ERP成分主要包括P1(80-130ms)、N1(80-130ms)和N170(150-200ms)等。這些成分標定了情緒加工的不同腦電活動時間進程,具有不同的心理含義。P1成分對負性情緒敏感,反映了人類對于威脅性信息的快速識別,具有自動加工的性質(zhì)。N1成分與情緒信息的注意選擇密切相關(guān),反應(yīng)了人類對于情緒的加工啟動。N170成分是面孔識別特異性的指標,被認為與面部表情結(jié)構(gòu)以及面部表情加工編碼有關(guān)。為了更好地掌握這些成分的含義,今后的研究可以從這幾方面入手:(1)進一步檢驗P1成分是否對所有負性情緒都敏感。(2)明確N1成分與所有人類的注意有關(guān),還是僅僅與情緒信息有關(guān)。(3)進一步明確區(qū)分N170是面孔結(jié)構(gòu)編碼指標還是面孔表情編碼指標。
情緒加工;事件相關(guān)電位;ERP成分
1.1情緒的界定
情緒分類取向認為情緒是個體在進化過程中發(fā)展出來的對刺激的適應(yīng)性反應(yīng),該理論試圖將情緒分為幾種彼此獨立的、有限的基本情緒。Ekman通過對跨文化面部表情普遍性的研究,認為存在快樂、悲傷、憤怒、恐懼、厭惡和驚訝6種基本情緒[1]。Izard從種族進化和個體的發(fā)展觀點出發(fā),提出情緒在發(fā)生上有其原型形式,這些原型形式都在進化中有其發(fā)生的淵源和適應(yīng)價值。Izard將基本情緒分為興趣、驚奇、痛苦、厭惡、愉快、恐懼和悲傷,后又增加害羞、輕蔑和自罪感三種[2]。盡管對現(xiàn)有的基本情緒分類是否包含了人類所有的情緒經(jīng)驗尚存爭議,但大部分研究者接受這種觀點,并且使用基本情緒進行了廣泛的研究。
情緒維度取向則認為情緒是高度相關(guān)的連續(xù)體,是一種較為模糊的狀態(tài),很難區(qū)分出各種具體情緒,各種情緒在幾個基本維度上高度相關(guān),所以應(yīng)該從情緒的不同維度或核心進行闡釋。Russell認為可采用圓環(huán)來表示情緒的結(jié)構(gòu):愉悅和喚醒分別是圓環(huán)的兩個主軸,各種情緒較為均勻地分布在圓環(huán)中,即為情緒的環(huán)形結(jié)構(gòu)模型。由此進一步發(fā)展成為效價與喚醒度。效價是對愉悅—不愉悅的體驗,從一個極端通過中間點到另一個極端;而喚醒是對活力或能量的感受。情緒就是效價和喚醒兩神經(jīng)系統(tǒng)的不同程度激活及對這種激活體驗的認知理解,例如,高興情緒是愉悅神經(jīng)系統(tǒng)的高度激活與喚醒神經(jīng)系統(tǒng)的中度激活相結(jié)合的主觀體驗產(chǎn)物[3]。
在情感神經(jīng)科學的研究中,研究者通常是將兩種取向結(jié)合在一起,在評定刺激材料時經(jīng)常以效價與喚醒度為指標,常常以Ekman的六種基本情緒與中性一起作為效價評定的項目。一般認為,效價與喚醒度之間并不是相互獨立的,當在評定一張圖片極度愉快或者極度不愉快時,常常給予更高的喚醒度等級;給予低喚醒度時,對于效價的評定也更為中性。在對聲音與詞匯材料評定時,也會出現(xiàn)這樣的相互影響。
1.2情緒加工的事件相關(guān)電位研究
人類在情緒喚醒或情緒加工過程中,大腦神經(jīng)活動的時間進程一直是情感神經(jīng)科學研究關(guān)注的熱點問題。事件相關(guān)電位(ERP,event related potential)通過記錄頭皮表面事件誘發(fā)電位來分析腦皮層神經(jīng)活動,其原理是:大腦在工作時,神經(jīng)細胞中離子的運動產(chǎn)生電流,在頭皮表面形成微弱電位,多次進行重復(fù)刺激,我們可以通過高靈敏電極和放大器來探測頭皮上的電位,從而對相同刺激下記錄到的電位數(shù)據(jù)進行疊加平均以過濾噪聲,得到與刺激相關(guān)的腦電,對其進行分析。相比于其他認知神經(jīng)科學的方法,事件相關(guān)電位具有很高的時間分辨率,可以為情緒研究提供獨特的視角,幫助人們認識情緒加工過程中大腦活動的時間進程和腦區(qū)激活的優(yōu)先順序[4]。
事件相關(guān)電位具有不同的成分,因為事件相關(guān)電位的出現(xiàn)是一種特殊的大腦誘發(fā)電位,是通過賦予刺激特殊心理意義而被探測到,所以不僅僅是大腦單純生理活動的表現(xiàn),而且映射出人類的某些心理活動。所以,不同的事件相關(guān)電位成分可以在一定程度上代表不同的心理意義,我們通過分析這些成分,推測出人類的某些心理過程。因此,越來越多的研究者選擇使用事件相關(guān)電位來測量情緒。
大腦對面部表情的加工過程可以分為早期的知覺探測,中期的情緒信息提取和晚期的高級認知加工三個階段,每個階段都具有獨特的ERP成分,每種成分都反映了不同的情緒加工過程[5]。對早期ERP成分的分析,可以讓我們更清楚地了解大腦對于情緒的加工過程的初級階段。通過對情緒加工的ERP研究進行梳理,我們發(fā)現(xiàn)情緒加工ERP早期成分主要集中在P1、N1和N170等上,下面逐一進行介紹。
2.1P1成分——負性情緒的敏感指標
一般來說,P1主要見于兩側(cè)枕葉[6],峰值一般出現(xiàn)在刺激呈現(xiàn)后的100~130ms,也有研究表明P1可能出現(xiàn)在刺激呈現(xiàn)后的80ms[7]。與中性或者正性面孔相比,負性情緒(恐懼或者憤怒)能引發(fā)更強的枕顳區(qū)的P1[8]。P1不僅潛伏期很短,而且具有自動加工的特性,在外顯加工任務(wù)(如表情分類)與內(nèi)隱加工任務(wù)(如面孔性別判斷)中,表情刺激均會在此階段引發(fā)情緒效應(yīng)[9]。在表情加工中,P1可能反映了神經(jīng)通路對表情早期不精確但是快速的分類[10],或者是對負性情緒面孔的低空間分辨率信息的高度敏感性[8]。但也有研究發(fā)現(xiàn)P1會受刺激材料物理差異的影響,比如圖片呈現(xiàn)的位置[11]。然而,Luo等人采用快速系列視覺呈現(xiàn)范式的表情加工研究,在已經(jīng)控制了明度、圖片呈現(xiàn)位置、空間分辨率等低水平物理差異的情況下卻仍然出現(xiàn)了表情的P1效應(yīng)[12]。這說明表情的面孔結(jié)構(gòu)編碼確實快于初級加工,但只有具有威脅性的表情(例如恐懼)才會出現(xiàn)P1效應(yīng),并且由于注意瞬脫的研究范式誘發(fā)出了P1,可以表明P1同時具有一定的無意識水平。但是,在Pegna,Landis和Khateb的閾下知覺任務(wù)的研究中發(fā)現(xiàn),表情刺激不能在此階段產(chǎn)生表情效應(yīng)[13]。這說明任務(wù)類型會影響這個階段的無意識加工,P1并非對于所有的任務(wù)都呈現(xiàn)無意識加工特性,只有在注意瞬脫任務(wù)中,P1成分才能表現(xiàn)出無意識加工的特性。任務(wù)之間的差異也會引起P1的增幅的變化。當使用“Oddball”范式進行實驗,當被試有更高程度參與、且有心理預(yù)期地觀察情緒圖片時,P1效應(yīng)顯著[14],這也說明P1對于有預(yù)想的刺激反應(yīng)更加明顯,而要求被試只觀看情緒圖片時,則無法觀察到P1的出現(xiàn)[15]。不光在情緒面孔圖片中會出現(xiàn)P1效應(yīng),在靜態(tài)身體動作圖片中也可以誘發(fā)出P1。在Gu等人的重復(fù)刺激判斷情緒(高興、恐懼)的實驗中,對比高興面孔的身體姿態(tài),P1對于恐懼的身體姿態(tài)的反應(yīng)是迅速且自動化的[16]。
可見,大部分研究者都認為P1成分可以作為反映早期視覺處理的注意指標,當帶有情緒性的刺激呈現(xiàn)在被試面前時,則會誘發(fā)出P1。那么P1對于所有的負性情緒的敏感程度會不會存在顯著性的差異?現(xiàn)有的研究大多是從面孔圖片情緒方面來研究P1,最常用的圖片刺激材料主要是以西方人面孔為主的,而在今后研究中,可以嘗試使用更加多樣的材料呈現(xiàn)情緒刺激,可以考察在相似實驗范式下,其他材料是否也能誘發(fā)P1效應(yīng),從而為P1的研究提供更廣泛性的證據(jù)。
2.2N1成分——情緒加工敏感指標
在與P1成分差不多的時間窗中,會出現(xiàn)一個與P1波幅走向相反的成分,一般將其稱為N1成分。該成分一般在頂葉中央部位被觀察到,其峰值大約出現(xiàn)在刺激呈現(xiàn)后的130ms[15]。N1對于情緒性刺激更為敏感[17],而且被認為是情緒內(nèi)容的早期視覺加工的反映。N1不僅對情緒性刺激的加工反應(yīng)靈敏,而且與注意的聯(lián)系更為密切。P1與N1對刺激的物理特征很敏感,而且它們都反映了視覺皮層紋外區(qū)的早期知覺加工。N1對于“負性偏好”的效應(yīng)更為明顯,在一項對于情緒性圖片注意習慣的研究中發(fā)現(xiàn),N1顯示出了對于習慣注意不同的注意模式,即相比于正性與中性情緒圖片刺激,負性情緒更能引起和維持注意,而研究中沒有發(fā)現(xiàn)P1效應(yīng)[18]。但也有不同的證據(jù)表明,N1并不是對于負性表情刺激反應(yīng)敏感。在同樣刺激材料的實驗中,卻沒有發(fā)現(xiàn)N1“負性偏好”的效應(yīng)[19]。Weinberg和Hajcak也使用了相同刺激材料和相似實驗設(shè)計,結(jié)果發(fā)現(xiàn)N1出現(xiàn)了情緒效應(yīng),但并沒有對負性刺激反應(yīng)更為顯著[20]。
目前,尚未有證據(jù)表明,N1也具有無意識加工特性。P1與N1雖然在潛伏期上差異并不顯著,但是N1在情緒加工實驗中得到的結(jié)果卻與P1有顯著差異。盡管P1與N1都是情緒加工的早期成分,但對于N1的研究還遠沒有P1充足,關(guān)于兩者之間的區(qū)別,特別是對于N1效應(yīng)的討論也有待于探索和完善。
2.3N170——面部編碼指標
N170是在面孔刺激呈現(xiàn)后170 ms左右出現(xiàn)的、分布在枕顳區(qū)的負波。該成分可能是對面孔結(jié)構(gòu)快速編碼的一種腦電活動指標,被認為是面孔識別的特異性成分。研究指出,相比左半球的N170,右半球的N170波幅更大且潛伏期更短[21]。N170源定位于梭狀回面孔區(qū)(fusiform face area,F(xiàn)FA)[22],不受注意控制的影響,反映了枕顳區(qū)皮層(occipito-temporal cortex)對面孔結(jié)構(gòu)的初級編碼[21]。在N170發(fā)現(xiàn)之初,人們認為其僅僅代表了面孔的特異性,后來研究者認識到N170是對面部結(jié)構(gòu)進行編碼時才會出現(xiàn)的特異性指標。在Rossion等人的研究中,他們使用直立的與倒立放置的人類面孔、房子與車子等中性刺激和一個人工合成的新奇刺激,結(jié)果發(fā)現(xiàn)N170不單單在人類面孔誘發(fā)下出現(xiàn),在新奇物體的刺激下也會誘發(fā)[23]。出現(xiàn)這種結(jié)果的原因可能是該新奇物體具有與人類面孔相似的特征,例如平整的前額,左右對稱,看起來就像是人類面孔。面孔加工模型認為表情加工與面孔結(jié)構(gòu)加工是兩條平行且獨立的通道?;谠摾碚摚芯空哒J為面孔中的表情信息的出現(xiàn)可能與N170的產(chǎn)生沒有直接關(guān)系,只要出現(xiàn)人類面孔就會誘發(fā)出N170;另一種則是在對面孔的識別過程中,N170對于表情的加工優(yōu)先于結(jié)構(gòu)加工。目前,這兩種說法都有很多證據(jù)支撐。例如,Ashley等人采用重復(fù)刺激識別任務(wù)的研究發(fā)現(xiàn),情緒性刺激與中性表情引發(fā)的N170波幅沒有顯著差異,而面孔的倒立會使N170延后出現(xiàn)[24]。Holmes等人使用考察視覺空間注意的實驗研究表明,無論面孔圖片的位置是否得到充分注意,表情的種類并不會影響N170的波幅變化[25]。在另一個采用相似實驗范式的研究中,實驗程序從之前的恐懼、中性、高興三種類型改為使用六種基本情緒,結(jié)果也仍然沒有發(fā)現(xiàn)表情的N170效應(yīng)[26]。然而,也有研究提出了相反的證據(jù),即N170對面孔情緒加工比結(jié)構(gòu)更敏感。如Rellecke,Sommer和Schacht在一項研究中,讓被試對高興、憤怒和中性三種情緒進行外顯或是內(nèi)隱加工,結(jié)果發(fā)現(xiàn),無論是外顯加工還是內(nèi)隱加工,由表情刺激引發(fā)的N170波幅均大于中性表情[9]。即使被試執(zhí)行的是完全內(nèi)隱加工任務(wù),恐懼表情引發(fā)的N170波幅也大于中性表情[27],并且在注意瞬脫條件下情緒面孔引發(fā)的N170波幅依然大于中性表情[12],因而N170也可看作是對表情加工的特異性成分。在中央電極區(qū)有一個與N170對應(yīng)的正成分,即頂點中央正成分(vertex positive potential,VPP)。有研究認為 VPP與N170具有相同的皮層發(fā)生源,很可能是N170在額中央?yún)^(qū)的極性反轉(zhuǎn)[28]。但是也有研究認為VPP和N170的皮層發(fā)生源是獨立的[29]。VPP可能受到面孔情緒的調(diào)節(jié),情緒面孔比中性面孔誘發(fā)更大的VPP波幅[12]。VPP有時比N170對表情信息更加敏感,但N170成分卻不受影響[24],研究者認為參考電極的不同可能是造成這種差異的原因[28]。N170、VPP對面孔各個部件的細節(jié)以及整個面孔的構(gòu)造進行初步加工,但此階段得到的信息僅可用于區(qū)分情緒性面孔和中性面孔,即實現(xiàn)情緒與非情緒信息的分離[30]。
總之,對于N170到底是對面孔結(jié)構(gòu)加工還是表情加工的特異性成分,或者N170是面孔結(jié)構(gòu)加工與表情加工合二為一的成分尚存在爭論,需要后續(xù)更加精妙的實驗設(shè)計來為N170成分特異性進行區(qū)分。
第一,我們知道,要研究腦機制,應(yīng)該不僅僅從時間進程考慮,還需要從空間入手。事件相關(guān)電位雖然有著極高的時間分辨率,但是在空間分辨率方面有很大不足,只能采集分布在頭皮表面的腦電信號,通過計算來取得腦區(qū)激活的信息。事件相關(guān)電位技術(shù)并不能直接判斷出這些成分是來自于大腦中的具體哪個部位,只能做出大概粗略的估計,例如是頂區(qū)還是額區(qū),不能直接定位到是來自于海馬還是杏仁核。雖然對腦電信號的采集是直接客觀的,但是對于數(shù)據(jù)的分析還是需要借助不同的算法與軟件,因而可能會出現(xiàn)同一批實驗數(shù)據(jù)在使用了不同的方法、程序和軟件處理之后,得到的結(jié)果是不同的,所以對于算法的使用也是我們在研究中所需要注意的問題,對于各種定位算法的可靠性也有待進一步的證實。研究者從復(fù)雜的腦電圖中提取能夠代表心理過程的ERP成分,也是基于前人研究中提出的前提假設(shè),這些假設(shè)是針對于不同的實驗研究提出的,存在一定的局限性,這些成分是否能夠有效地反映心理過程亦需要更深層次的探索。對于情緒腦機制的研究,單靠事件相關(guān)電位技術(shù)還是存在一定局限性的,在未來對于情緒的研究,更多的涉及到多種手段技術(shù)相結(jié)合的方法,例如功能性核磁共振成像技術(shù)具有很高的空間分辨率,可以與事件相關(guān)電位技術(shù)結(jié)合起來使用,為情緒的研究提供多方面的證據(jù)。
第二,在情緒刺激材料方面,有的研究采用的是圖片,有的是視頻,還有的是語義詞匯。對于靜態(tài)圖片來說,大多數(shù)研究采用的還是情緒面孔,而身體姿態(tài)往往也傳達出同樣重要的情緒信息,除此之外,一些場景圖片也會誘發(fā)出人們不同的情緒體驗。在研究中可以考慮采用多種情緒呈現(xiàn)的方式誘發(fā)情緒。現(xiàn)在多數(shù)情緒識別實驗中研究者使用的還是以西方人面孔為主的圖片庫(IAPS),而由中國學者羅躍嘉等人編制的一套標準化的情緒刺激圖片系統(tǒng)CAPS(Chinese affective picture system)則是較為本土化的標準情緒刺激圖片庫[31]。種族和文化差異是情緒加工研究中無法忽視的因素,所以在對于面孔加工的實驗研究中,中國的研究者可以對CAPS與IAPS的實驗評定效果進行對比,進行更為本土化的研究。刺激材料的狀態(tài)是否也可能會導(dǎo)致情緒加工的腦電活動出現(xiàn)差異,例如視頻與圖片比較,一個是靜態(tài)一個是動態(tài)呈現(xiàn),雖然都可以誘發(fā)情緒,但兩者之間在喚醒程度、動機維度上有何不同也有待于進一步去探索發(fā)現(xiàn)。例如,有研究使用被動觀看情緒詞匯的實驗方式發(fā)現(xiàn),情緒詞匯并不會引發(fā)被試的P1與N1效應(yīng)[32]。這說明不同情緒材料給予被試的體驗也不同。那么,對于不同性質(zhì)的材料所誘發(fā)出的波幅與潛伏期的差異到底由情緒本身所導(dǎo)致,還是由于材料的性質(zhì)所引發(fā),這需要我們后續(xù)的研究進一步確證。
第三,取樣問題。性別、年齡、種族會對實驗數(shù)據(jù)產(chǎn)生影響。從已有的實證研究來看,大部分實驗選取的都是大學生。例如,在Ashley等人進行的重復(fù)刺激識別任務(wù)的研究中并未發(fā)現(xiàn)P1與N1效應(yīng),他們對此的解釋是可能由于被試年齡的原因,實驗中被試的年齡平均值在52歲左右,有可能是因為年紀稍長者與年輕人表情加工的大腦皮層網(wǎng)絡(luò)不同,年長者更多使用前額區(qū)域而不是杏仁核與邊緣系統(tǒng);也有可能是隨著年紀的增大,降低了對某些負性情緒的知覺程度,尤其是恐懼與憤怒[24]。而且有些實驗被試的性別存在一邊倒的問題,這些就對實驗的外部效度產(chǎn)生了影響,在這些條件的制約下,我們的結(jié)果在多大程度上能夠用于廣泛的社會實踐呢?
第四,普遍的觀點認為N170是面孔特異性成分,現(xiàn)階段所存在的爭論是,N170到底反映了面孔結(jié)構(gòu)編碼還是面孔特征的編碼。當刺激呈現(xiàn)時,如果可以發(fā)現(xiàn)在所有表情下誘發(fā)的N170均不存在顯著性差異,那么我們可以假設(shè)其反映的是面孔的結(jié)構(gòu)編碼,其對于情緒特征并不敏感;反之,則說明N170是對于面孔的表情特征編碼。將來的研究應(yīng)對該問題進行探索,這需要我們采用一些技術(shù),把表情信息從面孔結(jié)構(gòu)中分離出來。
綜上所述,在情緒的腦電研究中仍有很多問題等待研究者去解決,雖然研究的方法并不能盡善盡美,情緒的復(fù)雜性也給研究結(jié)果帶來很大差異,但是可以肯定的是隨著研究的技術(shù)與手段會得到很大的提高。它可以幫助我們揭示情緒加工過程中,大腦在時間和空間上的變化情況,從而刻畫出情緒加工的腦機制,它也必將更加準確地揭示出情緒和大腦之間的映射奧秘。
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The Analysis about Early ERPs for Emotion Processing
Yang Yun1,Liang Zongbao2,Zhang Guangzhen2
(1 School of Humanities,Southeast University,Nanjing 210096;2 Research Center for Learning Science/Key Laboratory of Child Development and Learning Science,Ministry of Education,Southeast University,Nanjing 210096)
The ERP components are related to emotion processing include P1(80~130ms),N1(80~130ms)and N170(150~200ms).These components represent different stage of emotion process and thus have different mental meaning.P1 is sensitive to negative emotion,such as fear and anger,reflects a rapid and automatic identification to threaten-related stimuli.N1 is sensitive to emotional stimuli and more close related to attention.N170 is the index of face-specific,which implicates the process to code the structure and expression.Future research should extend the understanding of these components by exploring:(1)Whether P1 is sensitive to all negative emotion.(2)Whether N1 has automatic processing.(3)N170 is the index of facial structure code or expression code.
emotion process;event related potential;ERP components
江蘇省自然科學基金(BK20130609;BK20130610)
梁宗保,男,副教授,博士。Email:liangzongbao225@163.com