場(chǎng)景情境與面孔表情圖片誘發(fā)ERP的早中期成分差異性研究

王 欣 靳靜娜 李 松 劉志朋 殷 濤*

(中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 生物醫(yī)學(xué)工程研究所，天津 300192)

場(chǎng)景情境與面孔表情圖片誘發(fā)ERP的早中期成分差異性研究

王 欣 靳靜娜 李 松 劉志朋#殷 濤#*

(中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 生物醫(yī)學(xué)工程研究所，天津 300192)

有關(guān)情緒的大腦皮層加工機(jī)制研究具有重要科學(xué)意義與應(yīng)用價(jià)值。為探討皮層對(duì)場(chǎng)景情境與面孔表情誘發(fā)情緒的不同加工機(jī)制，采用常見的圖片視覺刺激誘發(fā)方式，組織了16名青年學(xué)生(7男9女，平均年齡27 ± 3)參與情緒誘發(fā)實(shí)驗(yàn)；記錄了被試觀看場(chǎng)景情境和面孔表情兩類圖片(各分積極、消極和中性3種)、進(jìn)行情緒體驗(yàn)與判別時(shí)的腦電信號(hào)；對(duì)比了不同情緒圖片刺激下枕葉事件相關(guān)電位(ERP)早中期成分的幅值以及各個(gè)腦區(qū)的激活情況，并應(yīng)用幅值均方根(RMS)做了全腦ERP幅值對(duì)比分析。結(jié)果顯示面孔圖片刺激下的N1(170 ms)幅值大于場(chǎng)景圖片(P=0.031)，P2(250 ms)幅值小于場(chǎng)景圖片(P=0.010)，分別體現(xiàn)了面孔加工的特異性和復(fù)雜場(chǎng)景的再加工機(jī)制；在場(chǎng)景圖片刺激下，具有優(yōu)先加工特點(diǎn)的消極情緒能夠比積極和中性情緒誘發(fā)出更明顯的N1成分(P=0.019)，而積極(P=0.008)和消極(P=0.008)情緒均能在P2時(shí)刻獲得比中性情緒更多的再加工；此外，全腦ERP幅值對(duì)比顯示圖片刺激的激活區(qū)主要為枕葉，而負(fù)責(zé)情緒調(diào)控的額葉在N1和P2時(shí)刻被明顯激活。上述ERP早中期成分的幅值差異充分說(shuō)明場(chǎng)景情境圖片與面孔表情圖片誘發(fā)情緒時(shí)大腦皮層的加工機(jī)制具有一定的差異性，值得深入研究。

面孔表情；場(chǎng)景情境；情緒誘發(fā)；事件相關(guān)電位

引言

情緒(emotion)是人感知外界事物的心理、生理反應(yīng)和相關(guān)思維與行為的綜合意識(shí)狀態(tài)[1]。產(chǎn)生情緒的根源在大腦。大腦主管情緒一類心理意識(shí)活動(dòng)，則情緒狀態(tài)的變化必定對(duì)應(yīng)著大腦皮層神經(jīng)元集群的電活動(dòng)，即應(yīng)反映在頭皮腦電(含自發(fā)腦電(electroencephalography, EEG)和事件相關(guān)電位(event-related Potentials, ERP)，或稱情緒腦電)的時(shí)空分布變化。可以想見，如能對(duì)不同情緒狀態(tài)下EEG 或ERP所含各成分的時(shí)空信息作深入分析，應(yīng)能揭示有關(guān)情緒的大腦皮層加工機(jī)制。顯然，相關(guān)研究具有重要科學(xué)意義與應(yīng)用價(jià)值[2]。

圖片視覺刺激是常見的情緒誘發(fā)方式。其中面孔圖片不僅可提供明確的面孔所屬身份信息，還蘊(yùn)含著諸如年齡、性別、情緒等豐富的社會(huì)信息[3]。面孔圖片因此可產(chǎn)生具有特殊結(jié)構(gòu)的視覺刺激和情緒誘發(fā)，其相應(yīng)的大腦皮層加工機(jī)制與其它非面孔類客體誘發(fā)情緒的機(jī)制相比有著明顯的差異[4]。臨床研究中的面孔失認(rèn)癥、行為學(xué)研究中的面孔倒置效應(yīng)以及功能磁共振成像研究發(fā)現(xiàn)的梭狀回面孔區(qū)都體現(xiàn)了面孔加工的特異性[4]。面孔表情是在面孔固有特征的基礎(chǔ)上呈現(xiàn)出相應(yīng)的表情，根據(jù)鏡像神經(jīng)元共情原理[5]顯示，被試在看到他人的面孔表情時(shí)，自己也會(huì)在一定程度上誘發(fā)出相應(yīng)的情緒，并且會(huì)產(chǎn)生類似的腦區(qū)激活和生化反應(yīng)。面孔表情圖片的皮層加工機(jī)制不僅包含了相應(yīng)的情緒調(diào)控機(jī)制，也伴隨著面孔的特異性加工[6]。

場(chǎng)景圖片一般含有比較豐富的人物(或動(dòng)物)、景色與情境內(nèi)容，能給予觀看者身臨其境的感覺，具有很強(qiáng)且有一定復(fù)雜性的感染力。具有特定含義的場(chǎng)景情境圖片往往能夠誘發(fā)出更強(qiáng)烈、喚醒度更高的情緒[7]，如表征積極情緒的家庭團(tuán)聚圖片和表征消極意義的災(zāi)難傷亡圖片，而此類圖片往往也含有人物(或動(dòng)物)帶情緒色彩的面孔。另外，消極情緒往往與環(huán)境中的危險(xiǎn)因素或不友好氛圍相關(guān)，人們?yōu)榱伺懦虮苊膺@一情形，大腦皮層趨向于對(duì)消極情緒進(jìn)行優(yōu)先加工[8-10]。因此，復(fù)雜場(chǎng)景往往對(duì)觀看者兼有情境誘發(fā)和面孔表情調(diào)控的雙重影響。

情緒性圖片刺激的早中期皮層加工主要包含注意力的需求和分配以及情緒感知的過(guò)程[2]。已有的ERP研究顯示：面孔圖片能夠比非面孔的物體圖片誘發(fā)出更大的N170成分[4](潛伏期為170 ms左右的負(fù)波，主要分布在右側(cè)枕顳葉)，這一成分也稱為面孔特異性成分；場(chǎng)景圖片由于具有較強(qiáng)的沉浸感，通常占用較多的注意力資源，能夠比面孔圖片誘發(fā)出更明顯的EPN(early posterior negativity)成分(早期后部負(fù)波)和LPP(late positive potential)成分(晚期正波)[7]。然而，當(dāng)場(chǎng)景的復(fù)雜性、面孔的特異性共同作用于情緒誘發(fā)時(shí)，大腦皮層的具體加工過(guò)程和執(zhí)行方式尚不明確[11]。為此，本研究擬充分利用頭皮腦電EEG 或ERP具有非侵入性、高實(shí)時(shí)性的優(yōu)點(diǎn)，著重在時(shí)間尺度上研究觀看者分別經(jīng)場(chǎng)景情境圖片與面孔表情圖片視覺刺激誘發(fā)后情緒腦電(ERP)的時(shí)空分布變化差異性，以便更細(xì)致、深入地了解大腦在場(chǎng)景和面孔及不同情緒之間的內(nèi)在聯(lián)系，嘗試探討場(chǎng)景和面孔誘發(fā)情緒時(shí)與大腦注意資源分配、客體記憶、思維決策、認(rèn)知加工等相關(guān)的不同皮層加工機(jī)制。

1 方法

1.1被試

參與本次情緒誘發(fā)實(shí)驗(yàn)的志愿被試者為16名青年大學(xué)生或研究生(男性7例、女性9例，年齡在24-33歲之間、平均年齡為27 ± 3)。所有被試心境狀態(tài)良好，無(wú)心理疾病史，并且簽署了知情同意書。

1.2圖片刺激材料

情緒誘發(fā)實(shí)驗(yàn)所選圖片材料包括場(chǎng)景情境圖片和面孔表情圖片兩類。場(chǎng)景情境圖片呈現(xiàn)特定情境，分為積極、消極和中性3種。其中積極(溫馨聚會(huì)或愉快旅游)與消極(突發(fā)災(zāi)難、饑餓痛苦)場(chǎng)景有較鮮明的情緒含義，而中性場(chǎng)景為常見物景(如靜物寫生或器具照片)，無(wú)明確情緒含義。面孔表情圖片為一個(gè)完整面孔，亦分積極、消極和中性等3種。其中積極(快樂(lè)、欣喜)與消極(悲傷、厭惡)面孔表情有較鮮明的情緒含義，而中性面孔無(wú)明顯情緒表情。兩類圖片均選自網(wǎng)絡(luò)圖片庫(kù)。其中，場(chǎng)景情境圖片共45張(積極、消極和中性各15張)，面孔表情圖片共60張，(積極、消極和中性各20張)。將場(chǎng)景情境圖片和面孔表情圖片設(shè)置為等面積大小，圖1為典型場(chǎng)景情境圖片和面孔表情圖片示例。

圖1 典型場(chǎng)景情境和面孔表情圖片示例。(a)～(c)典型場(chǎng)景情境圖片(依次為積極、消極和中性)；(d)～(f)典型面孔表情圖片(依次為積極、消極和中性)Fig.1 Examples of typical scene situation and face expression images. (a)～(c) Typical scene situation images (successively positive, negative and neutral); (d)～(f)Typical face expression images (successively positive, negative and neutral)

1.3實(shí)驗(yàn)任務(wù)

情緒誘發(fā)實(shí)驗(yàn)安排在光照柔和、隔音良好、溫濕宜人、大小適度的私密房間內(nèi)進(jìn)行。實(shí)驗(yàn)時(shí)，被試者坐姿舒適、佩帶腦電采集帽觀看前面的圖片放映屏幕，腦電采集設(shè)備放置于被試的右側(cè)，為避免信號(hào)采集對(duì)被試形成一定的干擾，記錄腦電信號(hào)的顯示器為側(cè)向擺放，并與被試隔開一定的距離(參見圖2(a))。被試的主要實(shí)驗(yàn)任務(wù)是在圖片呈現(xiàn)過(guò)程中盡可能地感受其中的情緒，以形成一定的情緒體驗(yàn)，待圖片消失以后對(duì)圖片情緒屬于積極、中性或者消極進(jìn)行按鍵判斷。實(shí)驗(yàn)共包含兩組，分別為場(chǎng)景情境圖片實(shí)驗(yàn)和面孔表情圖片實(shí)驗(yàn)，圖片出現(xiàn)順序?yàn)殡S機(jī)(不允許同一種情緒圖片連續(xù)出現(xiàn)3張以上)，呈現(xiàn)的時(shí)間為4 s，圖片呈現(xiàn)之前有4 s的靜息期，提示符為“+”，用于平靜上一幅圖片所引起的情緒心境，圖片情緒判斷時(shí)間設(shè)置為4 s，被試按鍵后立即進(jìn)入下一個(gè)靜息期(參見圖2(b))，因此實(shí)際的圖片情緒判斷時(shí)間小于4 s。所有圖片背景為白色、圖片尺寸和分辨率均調(diào)節(jié)至最適當(dāng)?shù)膮?shù)。

1.4腦電數(shù)據(jù)采集

情緒誘發(fā)實(shí)驗(yàn)采用ActiveTwo 32導(dǎo)腦電系統(tǒng)(Biosemi，荷蘭)，記錄頭皮腦電(ERP)數(shù)據(jù)，采樣率為1024 Hz。該系統(tǒng)技術(shù)特色為：檢測(cè)電極與頭皮能始終保持良好接觸、極大地降低頭皮阻抗，電極內(nèi)部含有前置放大電路，可顯著削弱輸入噪聲、提高放大增益；前置放大器采用直流電池供電、光纖數(shù)據(jù)傳輸，使交流工頻干擾和其它電磁噪聲得以屏蔽。除腦電數(shù)據(jù)外，實(shí)驗(yàn)還記錄了左側(cè)的垂直眼電和左右兩側(cè)的水平眼電，用于剔除腦電中的眼電干擾。

圖2 實(shí)驗(yàn)圖示。(a)實(shí)驗(yàn)室場(chǎng)景；(b)實(shí)驗(yàn)流程示意圖Fig.2 Schematic of experiments. (a)Laboratory scene; (b) Schematic of experimental process

1.5預(yù)處理

對(duì)采集到的腦電數(shù)據(jù)，首先進(jìn)行0.1～60 Hz的帶通濾波，以去除可能的高頻噪聲和低頻漂移，然后采用全導(dǎo)平均作參考進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，最后采用獨(dú)立成分分析(independent component analysis，ICA)方法去除眼電等干擾。

1.6數(shù)據(jù)分析

首先計(jì)算了所有被試在圖片情緒判斷任務(wù)中的正確率和反應(yīng)時(shí)間(定義為從圖片消失到被試做出按鍵反應(yīng)的時(shí)間)。

其次對(duì)同類圖片刺激下的頭皮腦電進(jìn)行疊加平均，并以刺激前200 ms內(nèi)的腦電平均幅值為基線進(jìn)行校準(zhǔn)，獲得ERP信號(hào)，如式(1)所示。

(1)

式中，t=-200～1 000 ms，表示從刺激出現(xiàn)前的200 ms到刺激出現(xiàn)后的1 000 ms；xt為頭皮腦電的多次疊加值。ERP分析考察了圖片刺激誘發(fā)被試情緒后一段時(shí)間內(nèi)事件相關(guān)電位(ERP)波形的變化，其時(shí)間分辨率可達(dá)毫秒級(jí)。由于圖片刺激屬于視覺誘發(fā)，本研究重點(diǎn)對(duì)比了枕區(qū)(視覺初級(jí)皮層)的ERP波形，主要關(guān)注其早期的P1(潛伏期范圍90～110 ms)，N1(潛伏期范圍160～170 ms)成分，以及中期的P2(潛伏期范圍235～250 ms)成分。

另外，全腦各導(dǎo)聯(lián)的ERP波形雖大致相似，但各導(dǎo)聯(lián)ERP的每個(gè)早、中期成分峰值出現(xiàn)時(shí)刻皆有不同。為此，計(jì)算32導(dǎo)ERP在P1、N1、P2以及P3共4個(gè)關(guān)鍵時(shí)段的幅值均方根(Root Mean Square，RMS)，作為考察各導(dǎo)聯(lián)對(duì)應(yīng)腦區(qū)在情緒誘發(fā)過(guò)程中皮層神經(jīng)活躍度參數(shù)，用以對(duì)比各個(gè)腦區(qū)的激活程度。RMS計(jì)算如式(2)

(2)

式中，n為所選時(shí)域?qū)挾?，Ei是所選時(shí)域?qū)挾确秶鷥?nèi)的ERP幅值，i=1,2,…,n。

統(tǒng)計(jì)學(xué)分析對(duì)象是同一批被試觀看不同情緒圖片時(shí)的ERP信號(hào)，因此采用配對(duì)樣本t檢驗(yàn)進(jìn)行顯著性分析，顯著性水平設(shè)置為P=0.05。

2 結(jié)果

2.1行為學(xué)數(shù)據(jù)分析

行為學(xué)結(jié)果顯示：所有被試正確率在95%以上，反應(yīng)時(shí)在800 ms左右，不同情緒圖片任務(wù)之間沒(méi)有顯著性統(tǒng)計(jì)差異。因此，行為學(xué)數(shù)據(jù)并沒(méi)有反映出不同圖片刺激下情緒判斷任務(wù)的執(zhí)行差異，表明所有被試實(shí)驗(yàn)操作正常，所采集情緒腦電數(shù)據(jù)可靠。

2.2枕葉ERP幅值對(duì)比分析

圖3是全體被試平均所得的枕葉Oz導(dǎo)聯(lián)處的ERP波形。

圖3 場(chǎng)景情境與面孔表情圖片刺激下枕葉Oz處ERP波形Fig.3 ERP waveforms of Oz under scene situation and face expression images

從圖3可以看出，場(chǎng)景情境與面孔表情圖片刺激所誘發(fā)的ERP波形在整體上基本相似。為量化不同情緒圖片所誘發(fā)ERP成分的差異，提取了P1、N1、P2這3個(gè)ERP成分的幅值和潛伏期進(jìn)行對(duì)比，并通過(guò)配對(duì)樣本t檢驗(yàn)判斷不同情緒圖片所誘發(fā)ERP成分的幅值和潛伏期是否存在顯著性差異，顯著性水平設(shè)置為0.05。其中，場(chǎng)景圖片與面孔圖片的ERP幅值對(duì)比如圖4(a)所示，3種(積極、消極、中性)場(chǎng)景情境圖片所誘發(fā)的ERP幅值對(duì)比如圖4(b)所示。

圖4 不同圖片刺激下枕葉Oz導(dǎo)聯(lián)處ERP幅值對(duì)比(*表明所示ERP成分幅值具有顯著性差異)。(a)場(chǎng)景與面孔圖片；(b)不同情緒的場(chǎng)景圖片F(xiàn)ig.4 ERP amplitude comparisons of Oz under different images (‘*’ represents significant statistical difference). (a) Comparisons of scene and face images; (b) Comparisons of scene situation images with different emotions

2.2.1場(chǎng)景與面孔圖片的ERP幅值對(duì)比

從圖4(a)可以看出，場(chǎng)景圖片刺激下的N1(潛伏期在170 ms左右)幅值小于面孔圖片(統(tǒng)計(jì)顯著性指標(biāo)P=0.031)。這可能是因?yàn)椋阂延醒芯匡@示N170是面孔特異性成分[4]，而場(chǎng)景圖片中雖然也含有面孔或類似面孔的結(jié)構(gòu)，但不如面孔圖片中那樣突出。

場(chǎng)景圖片刺激下的P2(潛伏期在250 ms左右)幅值大于面孔圖片(P=0.010)，主要反映了大腦對(duì)復(fù)雜圖片信息的再加工。因?yàn)閳?chǎng)景圖片除了面孔(或類似面孔)結(jié)構(gòu)以外，還包含其它場(chǎng)景信息，需要分配較多資源用于認(rèn)知再加工。

2.2.2場(chǎng)景情境圖片中積極、消極、中性等3種情緒下的ERP幅值對(duì)比

從圖4(b)可以看出，消極情緒的N1幅值大于中性和積極情緒(P=0.019)，且消極情緒的N1潛伏期(154 ms)分別提前于中性情緒的N1潛伏期(164 ms，P=0.005)和積極情緒的N1潛伏期(162 ms，P=0.052)。其生理意義在于消極情緒往往與環(huán)境中的危險(xiǎn)因素或不友好氛圍相關(guān)，為避開這一場(chǎng)景或及時(shí)采取相應(yīng)的措施，大腦皮層趨向于對(duì)消極情緒進(jìn)行優(yōu)先加工，從而能夠更快、更多地分配注意力資源，這一論點(diǎn)與生物進(jìn)化論一致[8-10]。

同樣從圖4(b)可以看出，中性情緒圖片刺激下的P2幅值小于積極(P=0.008)和消極(P=0.008)場(chǎng)景情境圖片。這說(shuō)明，在圖片內(nèi)容復(fù)雜度相近的情況下，情緒性圖片能夠更多地引起皮層的認(rèn)知再加工。

2.2.3面孔表情圖片中積極、消極、中性情緒ERP幅值對(duì)比

3種(積極、消極、中性)面孔表情圖片所誘發(fā)的3個(gè)ERP成分幅值均不具有顯著性差異，因此未以柱狀圖顯示。由于在本次面孔表情圖片實(shí)驗(yàn)中，被試更多是識(shí)別分類，情緒體驗(yàn)、沉浸感并不強(qiáng)烈，所以3種不同程度情緒間的ERP成分幅值并未呈現(xiàn)出明顯的差異。

2.3全腦ERP幅度對(duì)比分析

為分析情緒圖片刺激下的全腦激活狀況，計(jì)算了每導(dǎo)ERP波形在P1、N1、P2、P3等4個(gè)特征成分附近信號(hào)的均方根值(RMS)。其中，P1、N1、P2等3個(gè)成分的時(shí)域?qū)挾雀鶕?jù)所有枕葉ERP潛伏期的均值和標(biāo)準(zhǔn)差進(jìn)行選取，分別為72～112 ms、148～180 ms和234～262 ms；P3成分時(shí)域?qū)挾葎t選為335～365 ms，如圖5所示。

圖5 各ERP特征成分時(shí)間寬度在枕葉Oz導(dǎo)聯(lián)處選取示意Fig.5 The time widths of ERP characteristic components of Oz

圖6 各ERP成分的全腦激活狀況。(a)P1；(b)N1；(c)P2；(d)P3Fig.6 The whole brain activation of every ERP component. (a)P1; (b)N1; (c)P2; (d)P3

圖6是場(chǎng)景積極情緒圖片刺激下全部32導(dǎo)腦電在P1、N1、P2、P3處的RMS地形圖，圖中顏色越深的導(dǎo)聯(lián)表示RMS值越大，即該導(dǎo)聯(lián)處的皮層激活強(qiáng)度越強(qiáng)。從圖6可以看出，在P1時(shí)刻全腦的激活皆很微弱，在N1時(shí)刻除了枕葉有明顯的激活以外，額葉尤其是前額葉也有較明顯的激活；而在P2、P3時(shí)刻，枕葉的激活呈現(xiàn)逐步減退的趨勢(shì)。這一現(xiàn)象表明在圖片注視過(guò)程中，主要激活的還是初級(jí)視覺皮層，在N1時(shí)刻激活了與情緒調(diào)節(jié)相關(guān)的額葉，尤其是前額葉皮層；另外，由于本次實(shí)驗(yàn)設(shè)置的情緒判斷任務(wù)較簡(jiǎn)單，所以在P3時(shí)刻與認(rèn)知有關(guān)的額葉和頂葉的激活并不明顯，但其相對(duì)于枕葉的激活程度是增加的，說(shuō)明在這一時(shí)刻確實(shí)有認(rèn)知任務(wù)的產(chǎn)生，但并不強(qiáng)烈。

3 討論

本次情緒誘發(fā)實(shí)驗(yàn)主要考察分析了場(chǎng)景情境與面孔表情圖片刺激誘發(fā)下被試的ERP早期(P1、N1)和中期(P2)特征成分的幅值變化情況，能初步明確面孔與場(chǎng)景情境誘發(fā)過(guò)程中大腦皮層進(jìn)行認(rèn)知加工存在差異性，并能較具體找到大腦皮層對(duì)消極情緒與積極或中性情緒加工的差異性發(fā)生時(shí)間段及其在ERP特征成分上的表現(xiàn)；此外，還觀察了情緒圖片注視過(guò)程中的全腦ERP激活狀況，從空間分布上了解到各個(gè)情緒誘發(fā)時(shí)段的大腦皮層認(rèn)知加工活躍區(qū)。

本實(shí)驗(yàn)所選的刺激材料中場(chǎng)景情境圖片和面孔表情圖片分別為彩色和黑白色。直觀感覺上，彩色圖片的渲染力比黑白圖片要強(qiáng)，且能吸引更多的注意力。在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，被試都高度集中注意力，就單獨(dú)的彩色圖片和黑白圖片而言，被試均能全身心投入到圖片感知中。另外，每張圖片呈現(xiàn)之前有4 s的靜息期，足以平復(fù)上一幅圖片的情緒效應(yīng)，因此色彩的累計(jì)效果不會(huì)對(duì)本實(shí)驗(yàn)結(jié)果有較大影響。

情緒圖片是情緒誘發(fā)最常用的素材。通過(guò)對(duì)本次情緒誘發(fā)實(shí)驗(yàn)被試者的問(wèn)卷調(diào)查發(fā)現(xiàn)：場(chǎng)景情境圖片能夠誘發(fā)出比較強(qiáng)烈的情緒，而面孔表情圖片卻難以誘發(fā)穩(wěn)定、明顯的情緒。這可能是由于本次情緒誘發(fā)實(shí)驗(yàn)中，被試者的主要任務(wù)是需判斷情緒圖片的積極、消極、中性類別(尤其面孔表情圖片需根據(jù)面孔結(jié)構(gòu)細(xì)微變化做仔細(xì)甄別)，較大的認(rèn)知加工難度令被試的情緒沉浸度不深、體驗(yàn)感不強(qiáng)。通過(guò)本次情緒誘發(fā)實(shí)驗(yàn)體會(huì)到采用面孔表情圖片刺激誘發(fā)情緒需更仔細(xì)挑選圖片素材，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)任務(wù)與流程設(shè)計(jì)，以便更好地獲得穩(wěn)定、明顯的情緒誘發(fā)效果。

在已有關(guān)于情緒圖片視覺誘發(fā)ERP的研究文獻(xiàn)中，多報(bào)道觀察到晚期正電位成分(late positive potential，LPP)[7,12]，而本次情緒誘發(fā)實(shí)驗(yàn)中并未出現(xiàn)這一成分。其原因應(yīng)是由于本實(shí)驗(yàn)采用單張圖片隨機(jī)呈現(xiàn)刺激誘發(fā)范式，圖片之間的時(shí)間間隔相對(duì)較長(zhǎng)(用于平復(fù)前張圖片所產(chǎn)生情緒背景)；而能觀察到LPP文獻(xiàn)中實(shí)驗(yàn)范式多為刺激圖片快速連續(xù)呈現(xiàn)(多張圖片誘發(fā)情緒累加效果產(chǎn)生LPP成分)。另外文獻(xiàn)報(bào)道[13]，P1成分大多與圖片刺激的亮度、對(duì)比度等物理屬性有關(guān)，而本次情緒誘發(fā)實(shí)驗(yàn)中，P1成分并未在不同情緒圖片以及面孔和場(chǎng)景圖片之間表現(xiàn)出差異。這在一定程度上也證實(shí)了本實(shí)驗(yàn)所選圖片材料在物理屬性上具有較好的一致性。

由圖6可見枕葉最活躍的時(shí)期為N1時(shí)刻附近，即視覺初級(jí)皮層主要工作在N1時(shí)刻。該觀察結(jié)果與以往視覺刺激研究結(jié)果一致[12]。另外，面孔圖片的皮層加工研究發(fā)現(xiàn)N170成分是面孔圖片刺激的特異性成分，主要分布在枕顳區(qū)，且表現(xiàn)為一定程度的右側(cè)占優(yōu)[4]。而文中圖6為場(chǎng)景積極情緒圖片的全腦ERP幅值(RMS)對(duì)比，在P1、N1、P2時(shí)刻的枕顳區(qū)均表現(xiàn)出明顯激活，且具有一定的右側(cè)占優(yōu)現(xiàn)象，可見場(chǎng)景圖片中的面孔加工依然具有特異性。

4 結(jié)論

本研究主要探究了場(chǎng)景情境與面孔表情圖片以及不同情緒圖片的早中期大腦激活差異，具體記錄了16名青年學(xué)生觀看情緒圖片、進(jìn)行情緒體驗(yàn)與判別時(shí)的腦電信號(hào)；并對(duì)比了不同情緒圖片刺激下ERP早中期成分的幅值以及各個(gè)腦區(qū)的激活情況。結(jié)果顯示：面孔圖片刺激下的N1幅值大于場(chǎng)景圖片，P2幅值小于場(chǎng)景圖片；消極場(chǎng)景情緒能夠比積極和中性場(chǎng)景情緒誘發(fā)出更明顯的N1成分，積極和消極場(chǎng)景圖片刺激均能在P2時(shí)刻獲得比中性刺激更多的再加工；枕葉是圖片刺激過(guò)程中的主要激活區(qū)，而負(fù)責(zé)情緒調(diào)控的額葉在N1和P2時(shí)刻被明顯激活。此外，本研究對(duì)實(shí)驗(yàn)方法、數(shù)據(jù)結(jié)果均進(jìn)行了討論，并與前人研究結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，給出了本研究所反應(yīng)的大腦機(jī)制。

情緒作為腦的一項(xiàng)高級(jí)功能，在人類生存與生活中扮演著重要角色。情緒表現(xiàn)是人皆有之的心理意識(shí)活動(dòng)，歷來(lái)是哲學(xué)和心理學(xué)所關(guān)心、并重點(diǎn)研究的基本課題，也是生物醫(yī)學(xué)工程應(yīng)研究的前沿課題之一。本研究的下一步工作希望能夠嘗試采用圖片快速連續(xù)呈現(xiàn)的情緒誘發(fā)實(shí)驗(yàn)范式，探索在情緒累積效應(yīng)模式下，場(chǎng)景與面孔情緒圖片刺激誘發(fā)時(shí)大腦皮層進(jìn)行認(rèn)知加工之間以及積極、消極、中性不同層次情緒誘發(fā)時(shí)皮層認(rèn)知加工之間的差異性；另外，在情緒圖片的選材方面盡可能嘗試多種情緒(如在積極情緒圖片中選擇愉悅和特別愉悅，在消極情緒中選擇悲傷、厭惡、恐懼等)、加大不同情緒差異跨度，同時(shí)增加同種情緒細(xì)分層次，更加細(xì)致、全面地揭示情緒誘發(fā)時(shí)大腦皮層進(jìn)行認(rèn)知加工的機(jī)制。

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Study on the Differences of Early-Mid ERP Components Induced by Scene Situation and Face Expression Images

Wang Xin Jin Jingna Li Song Liu Zhipeng#Yin Tao#*

(Institute of Biomedical Engineering, Chinese Academy of Medical Sciences & Peking Union Medical College, Tianjin 300192, China)

Researches about the cerebral processing mechanism of emotions have important scientific significance and application value. To probe different cortical processing mechanisms of emotions induced by scene situation and face expression images, 16 graduate students (7 males, average age 27±3) were organized in the experiments. The electroencephalogram was recorded when subjects viewing scene situation and face expression images (separately divided in three types of positive, negative and neutral), as well as experiencing and judging emotions. Early-mid occipital ERP (Event Related Potentials) components’ amplitudes under different emotional images were compared, and RMS (Root Mean Square) was calculated to analyze activation conditions of the whole brain. Results show that the N1 (170 ms) amplitudes induced by face images were larger than that of scene images and P2 (250 ms) amplitudes induced by face images were less than that of scene images, embodying the specificity of face processing and reprocessing mechanism of complex scenes. Negative scene images were processed preferentially and induced more obvious N1 components than positive and neutral scene images, while emotional images could be reprocessed more than the neutral images in the moment of P2. In addition, ERP amplitude comparisons among the whole brain displayed that occipital lobe was the main active region and frontal lobe responsible for emotional regulation was activated mainly in moments of N1 and P2. The above early-mid ERP component amplitude analyses fully showed differences on cerebral processing mechanism of emotions induced by scene situation and face expression images, which deserved further researches.

face expression; scene situation; emotion induction; event related potentials

10.3969/j.issn.0258-8021. 2015. 03.001

2014-12-01， 錄用日期:2015-04-20

國(guó)家自然科學(xué)基金儀器專項(xiàng)(81127003); 天津市科技支撐計(jì)劃重點(diǎn)項(xiàng)目(12ZCZDSY02000)

R318

A

0258-8021(2015) 03-0257-07

# 中國(guó)生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會(huì)高級(jí)會(huì)員(Senior member, Chinese Society of Biomedical Engineering)

*通信作者(Corresponding author)， E-mail: bme500@163.com