面部表情刺激腦功能磁共振成像研究進(jìn)展

天津市濱海新區(qū)漢沽醫(yī)院（300480）許剛 么喜存

天津醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院（300052）張權(quán)

情緒是個(gè)體與環(huán)境意義事件之間關(guān)系的反映。幾十年來，人們運(yùn)用各種手段研究面部表情、情緒和大腦的關(guān)系，以期了解情緒產(chǎn)生和保持的腦功能機(jī)制。而基于血氧水平依賴的功能性磁共振（fMRI）技術(shù)能夠區(qū)分不同類型的情緒面部表情刺激，從而分離不同的情緒，并且在評估情感疾病治療的效果以及預(yù)后等方面都具有很大潛力，這些特點(diǎn)使得fMRI在情緒、情感的腦影像學(xué)研究中具有重要意義。

1 面部表情概述

1.1 面部表情種類 情緒面部表情至少包括六種：高興、驚奇、恐懼、難過、憤怒和厭惡，代表社會交往中的接受或者拒絕，而中性面部表情則很少包含即時(shí)的社交信息。fMRI研究中使用的面部表情包括有正性（高興）、負(fù)性（難過、憤怒、恐懼、厭惡）和中性。其中，高興和難過面部表情使用最多，驚奇面部表情由于容易被錯(cuò)認(rèn)為恐懼而很少使用。一些研究還使用某些處理過的面部表情，如：模糊面孔、倒置面孔、面具樣面孔（去除頭發(fā)，耳朵等特征性部分）。

1.2 面部表情刺激模式 目前fMRI研究中使用的面部表情刺激模式主要有兩種——外顯性和內(nèi)隱性任務(wù)。其中，外顯性任務(wù)是讓個(gè)體判斷面部表情的情緒類型，或者讓個(gè)體判斷面部表情情緒狀態(tài)的強(qiáng)度（50%高興或100%高興等）[1]。內(nèi)隱性任務(wù)多為判斷面孔的性別、身份認(rèn)同以及熟悉性判斷。

2 面部表情識別的功能神經(jīng)解剖基礎(chǔ)

Sergent是最早在fMRI研究中使用面部表情刺激的學(xué)者，他認(rèn)為面部表情的辨別需要3個(gè)特殊皮層腦區(qū)的功能整合——右側(cè)舌回、右側(cè)梭狀回、右側(cè)海馬和顳葉前部[2]。Phan等[3]對55個(gè)研究正常個(gè)體面部表情刺激的PET（43個(gè)）和fMRI（12個(gè)）研究進(jìn)行了meta分析，發(fā)現(xiàn)前額葉中部普遍性參與各種類型情緒面孔的加工處理過程。Phillips等[4]總結(jié)前人研究后提出，情緒加工依靠兩個(gè)神經(jīng)機(jī)能系統(tǒng)：①腹側(cè)系統(tǒng)，包括：杏仁核、島葉、紋狀體腹側(cè)、前扣帶回及前額葉腹側(cè)等腦區(qū)，主要負(fù)責(zé)鑒別情緒意義和產(chǎn)生情緒狀態(tài)，以及非注意狀態(tài)下的情緒調(diào)節(jié)。②背側(cè)系統(tǒng)，包括：海馬、前扣帶回及前額葉背側(cè)，主要負(fù)責(zé)注意狀態(tài)下的情緒調(diào)節(jié)。

不同類型的面部表情能激活不同的腦區(qū)，也能激活同樣的腦區(qū)，但激活程度有所差異。目前較為一致的fMRI研究結(jié)果顯示，參與對情緒性面部表情反應(yīng)的神經(jīng)系統(tǒng)可能包括：前額葉、眶額皮質(zhì)、扣帶回、顳上回和顳中回、梭狀回、腹側(cè)紋狀體、丘腦、杏仁核、海馬、島葉前部、小腦等多個(gè)腦區(qū)[5～7]。

2.1 前額皮質(zhì) 可分為眶部、內(nèi)側(cè)部及外側(cè)部，與其他腦區(qū)有著豐富的纖維連接。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，前額皮質(zhì)內(nèi)側(cè)部參與多種情緒的加工，可能為不同情緒加工時(shí)的共同環(huán)節(jié)[8]，其腹外側(cè)部主要參與情緒意義的識別及情緒行為的產(chǎn)生，而背外側(cè)及背內(nèi)側(cè)部主要參與情緒狀態(tài)及情緒行為的調(diào)節(jié)[4]。

2.2 前扣帶回皮質(zhì) 扣帶回位于胼胝體的上方，繞胼胝體的輪廓走行，經(jīng)過壓部后，在海馬回內(nèi)繼續(xù)前行，幾乎到達(dá)顳極?？蹘Щ厥沁吘壪到y(tǒng)的一部分，扣帶回的纖維聯(lián)系廣泛。根據(jù)其細(xì)胞結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，可以把扣帶回分為前扣帶回（ACC）和后扣帶回兩個(gè)部分。前扣帶回皮質(zhì)位于胼胝體膝部的前面和腹側(cè)，各自稱為膝前區(qū)和膝下區(qū)。ACC 主要參與情緒信息的編碼。悲傷情緒可激活胼胝體下扣帶回皮質(zhì)（SCC），主要是前扣帶回膝下區(qū)皮質(zhì)[8]。在情緒加工中，右側(cè)前扣帶回膝下區(qū)促使內(nèi)臟反應(yīng)的生成，而左側(cè)膝下區(qū)負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)該反應(yīng)[9]。

2.3 杏仁核 位于顳葉前部、海馬旁回鉤深部、側(cè)腦室下角尖端上方的灰質(zhì)核團(tuán)，背鄰豆?fàn)詈?，尾?cè)與尾狀核相連。杏仁核與恐懼具有強(qiáng)相關(guān)性，在識別和維持恐懼情緒中有重要作用，也參與其他情緒的加工，如：厭惡、悲傷及喜悅等，可能主要與情緒的重要性、刺激的顯著性有關(guān)，而與效價(jià)無關(guān)[8]。研究發(fā)現(xiàn)，恐懼面孔及恐懼場景均可激活雙側(cè)杏仁核，但恐懼面孔對杏仁核的激活更顯著，且右側(cè)激活程度強(qiáng)于左側(cè)[10][11]。

2.4 基底神經(jīng)節(jié) 喜悅以及厭惡均可激活基底神經(jīng)節(jié)[8]。基底神經(jīng)節(jié)由尾狀核、殼核及蒼白球等組成，與運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)有豐富的聯(lián)系，在運(yùn)動(dòng)的誘發(fā)和執(zhí)行過程中起重要作用，其被激活反映了機(jī)體面對喜悅和厭惡刺激時(shí)可能將要采取獲取性或退縮性行為。

2.5 島葉 位于外側(cè)溝底部，幾乎完全被環(huán)狀溝圍繞，被相鄰的皮質(zhì)區(qū)生長所覆蓋。腦島被表面的島中央溝分為較大的前部和較小的后部，前部被淺溝分為3～4個(gè)短回，后部則為一個(gè)大的長回[12]。島葉前部接收來自丘腦腹內(nèi)側(cè)核及杏仁核的投射纖維，同時(shí)島葉前部也有纖維向杏仁核投射；而島葉后部與次級感覺皮層相連，并與來自丘腦的腹后下核間有脊髓丘腦束相連。通過對人腦部損傷和病變的影像學(xué)研究得出，島葉皮質(zhì)可能與自我負(fù)性情緒和其他原因引起的負(fù)性情緒的產(chǎn)生有關(guān)[13]。當(dāng)負(fù)性情緒成分出現(xiàn)時(shí)，島葉皮層可以被激活。

2.6 海馬 海馬結(jié)構(gòu)是大腦邊緣系統(tǒng)的一部分，包括：齒狀回、海馬和下托。解剖資料顯示，海馬結(jié)構(gòu)通過直接或間接的投射與丘腦、下丘腦、中腦網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)以及廣泛的皮質(zhì)區(qū)相互連接。海馬主要參與面部表情的熟悉性加工，而不是面部表情自身，在面部表情加工中海馬的激活主要是參與記憶提取，同時(shí)還參與情緒反應(yīng)或情緒控制[14][15]。

2.7 小腦 小腦具有除運(yùn)動(dòng)功能以外的其他重要功能，如：認(rèn)知功能及語言處理功能等。Leiner等[16]研究發(fā)現(xiàn)，小腦齒狀核有纖維投射到Brodmann4區(qū)、6區(qū)、8區(qū)及Broca 區(qū)，參與運(yùn)動(dòng)、語言（找詞和表達(dá)詞）和認(rèn)知功能。

3 面部表情fMRI在精神障礙疾病中的應(yīng)用進(jìn)展

3.1 抑郁癥 是由多種原因引起的以持久抑郁心境、情緒低落為主要癥狀的一組情感障礙。研究表明，大腦前額葉的功能異常在抑郁癥的發(fā)病過程中有重要的作用。臨床上左側(cè)前額葉皮質(zhì)的梗塞很容易引起梗塞后抑郁癥。Beaugard[17]等用功能性磁共振fMRI技術(shù)完成的研究中，情緒電影片段誘發(fā)正常被試和抑郁者的悲傷心境與控制組相比，兩組被試的前額葉均有激活，但抑郁者的激活更大。Irwin[18]等的研究顯示，負(fù)性圖片刺激在兩組受試者前額葉皮層，杏仁核的激活強(qiáng)度有顯著性差異，抑郁癥患者組傾向于對負(fù)性刺激產(chǎn)生更強(qiáng)烈激活反應(yīng)。杏仁體也是大多數(shù)學(xué)者研究抑郁癥的一個(gè)重要感性區(qū)[19]。此外，與抑郁癥情緒活動(dòng)相關(guān)的腦區(qū)還包括：腹側(cè)紋狀體、海馬、島葉、梭狀回、丘腦。

3.2 精神分裂癥 是以思維、情感、行為、意志等多方面障礙及精神活動(dòng)與環(huán)境不協(xié)調(diào)為主要特征的一類常見的重性精神病。近十年來，功能影像學(xué)成功地探討了人腦組織的特點(diǎn)是腦區(qū)功能的分化，功能分化的腦區(qū)常表示為統(tǒng)計(jì)參數(shù)圖中的激活位置，而此腦區(qū)則被認(rèn)為與掃描時(shí)所定義的任務(wù)有關(guān)，如：感知、認(rèn)知加工或運(yùn)動(dòng)。精神分裂癥的fMRI 研究大多使用這種基于刺激或任務(wù)的研究設(shè)計(jì)。其中，又以測驗(yàn)較為常用，n-back 測驗(yàn)是測量工作記憶的常用方法，它主要包括信息存儲和執(zhí)行控制兩個(gè)過程，是一種反映工作記憶能力的“延遲反應(yīng)作業(yè)”。n-back 測驗(yàn)可刺激人或靈長類動(dòng)物的額葉、頂葉、顳葉和扣帶回皮質(zhì)，尤以前額葉皮質(zhì)為主。前額葉是精神分裂癥中研究得最多的腦區(qū)之一。目前，現(xiàn)在普遍認(rèn)為精神分裂癥患者的前額葉功能異常致其工作記憶缺陷，但是其功能異常的性質(zhì)（增強(qiáng)或減弱） 尚不清楚。前額葉功能障礙（前額葉功能低下） 在精神分裂癥的癥狀學(xué)和認(rèn)知缺陷中起最主要作用。

情緒fMRI研究中仍有很多問題有待解決，fMRI技術(shù)對正常的和病態(tài)的情緒研究均具有重要作用，將為情感疾病的研究開辟更多新的途徑，為人類情緒產(chǎn)生和保持機(jī)制的解析做出重大貢獻(xiàn)。