認(rèn)知負(fù)荷對(duì)疼痛共情的影響：來自ERP研究的證據(jù)*

程家萍 羅躍嘉,2 崔 芳

(1深圳大學(xué)心理與社會(huì)學(xué)院,深圳 518060)(2深圳神經(jīng)科學(xué)研究院,深圳 518057)

1 前言

共情(empathy)是指對(duì)他人情緒狀態(tài)、感受、知覺的分享和理解,是一種“感同身受”的狀態(tài)(Preston&de Waal,2002),而疼痛共情(Empathy for pain)則是指個(gè)體對(duì)他人疼痛的感知、判斷和情緒反應(yīng)。研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)個(gè)體看到或者想象他人遭受疼痛的時(shí)候,自己也會(huì)分享這種疼痛感受以及由疼痛誘發(fā)的負(fù)性情緒,從而對(duì)疼痛個(gè)體產(chǎn)生同情和關(guān)心(高雪梅,翁蕾,周群,趙偲,李芳,2015;Singer et al.,2004)。功能磁共振(functional magnetic resonance imaging,fMRI)研究發(fā)現(xiàn),與觀看他人處于不痛的情境相比,觀看他人處于疼痛情境的圖片或者影像能夠激活與被試自身感受疼痛所激活的疼痛矩陣(Pain Matrix)相重合的腦區(qū),包括扣帶前回,前腦島,杏仁核等(Keysers,Kaas,&Gazzola,2010;Lamm,Decety,&Singer,2011;Singer et al.,2004)。事件相關(guān)電位(Event-Related potential,ERP)研究則發(fā)現(xiàn),被試觀看他人疼痛的圖片與非疼痛圖片在早期腦電成分N1,P2,N2和晚期腦電成分 LPP (late positive potential)上存在顯著差異。疼痛圖片會(huì)誘發(fā)更正的腦電成分(Fan &Han,2008;Meng et al.,2012,2013)。

關(guān)于共情的加工過程,知覺行為模型(Perception Action Model,PAM)認(rèn)為共情過程是自動(dòng)發(fā)生的,反應(yīng)了情感分享(Affective Sharing)的神經(jīng)活動(dòng)(Preston&de Waal,2002)。在這個(gè)過程中,除非受到控制或阻礙,這種自動(dòng)化的情緒分享不需要意識(shí)和努力就會(huì)自動(dòng)發(fā)生。根據(jù)這個(gè)理論模型,共情的發(fā)生是自動(dòng)的,不需要認(rèn)知資源,因此不應(yīng)該受到認(rèn)知負(fù)荷的影響。而 Gu和Han (2007)發(fā)現(xiàn),注意的參與會(huì)提高在觀看他人疼痛圖片時(shí)扣帶前回/副扣帶和右側(cè)腦島的激活程度,因此推測疼痛共情的加工,應(yīng)該也包含自上而下的,非自動(dòng)加工的成分(Gu &Han,2007)。Fan和Han在2008年提出疼痛共情從時(shí)間維度上分為兩個(gè)階段,早期的自動(dòng)化加工階段(380 ms以前)用于對(duì)他人疼痛的感知、情緒分享,晚期的認(rèn)知控制階段(380 ms以后),受到對(duì)疼痛線索的自上而下的注意調(diào)節(jié)(Fan &Han,2008)。

疼痛共情是靈活可變的,受到多種因素的影響和調(diào)節(jié)。比如注意(Fan &Han,2008;Gu &Han,2007),觀點(diǎn)采擇和認(rèn)知評(píng)價(jià)(Lamm,Batson,&Decety,2007),社會(huì)背景(Akitsuki &Decety,2009),種族(Meiring,Subramoney,Thomas,Decety,&Fourie,2014;Sessa,Meconi,Castelli,&Dell'Acqua,2014),人際交互社會(huì)關(guān)系(Cui,Zhu,Duan,&Luo,2016;Kramer,Mohammadi,Donamayor,Samii,&Munte,2010),社會(huì)等級(jí)(Feng et al.,2016),責(zé)任感(Cui,Abdelgabar,Keysers,&Gazzola,2015)等。在相關(guān)的ERP研究中,也發(fā)現(xiàn)多種社會(huì)因素或認(rèn)知因素會(huì)影響共情誘發(fā)的腦電成分。比如一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)遭受疼痛個(gè)體的道德水平會(huì)影響 N2成分,對(duì)于不道德的對(duì)象,N2成分在疼痛和非疼痛條件下差異不顯著,而對(duì)于非不道德的對(duì)象,兩種條件的差異顯著(Cui,Ma,&Luo,2016)。還有研究發(fā)現(xiàn)了共情者的職業(yè)特征會(huì)影響早期成分 N1,相比普通人,醫(yī)師對(duì)于他人的疼痛在N1成分上更加不敏感(Decety,Yang,&Cheng,2010)。而在眾多的研究中,還沒有研究探討過認(rèn)知負(fù)荷對(duì)疼痛共情的作用。

認(rèn)知負(fù)荷(cogntive load)是工作記憶(working memory,WM)中涉及到的一個(gè)概念,假設(shè)人類的認(rèn)知結(jié)構(gòu)由工作記憶和長時(shí)記憶組成。其中工作記憶也可稱為感覺記憶,它的容量有限,一次只能存儲(chǔ)5～9條基本信息或信息塊(Baddeley,2012;Shipstead,Harrison,&Engle,2015)。先前研究發(fā)現(xiàn)當(dāng)個(gè)體執(zhí)行某項(xiàng)認(rèn)知任務(wù)的時(shí)候,在他們的工作記憶中儲(chǔ)存著一個(gè)“加工權(quán)限”的信息,這個(gè)加工權(quán)限是對(duì)信息加工的認(rèn)知控制,主要功能是提高對(duì)任務(wù)相關(guān)刺激的加工權(quán)限,同時(shí)抑制對(duì)任務(wù)無關(guān)的分心刺激的加工。負(fù)荷理論(Load Theory)提出,過高的工作記憶負(fù)荷會(huì)減少用于存儲(chǔ)“加工權(quán)限”的認(rèn)知資源,從而使得對(duì)分心刺激的加工得不到有效地抑制。因此與低認(rèn)知負(fù)荷的條件相比,高認(rèn)知負(fù)荷下,分心刺激會(huì)獲得更多的注意,從而被更好的加工(Lavie,2011;Lavie,Hirst,de Fockert,&Viding,2004)。這一理論也得到了多項(xiàng)研究的結(jié)果支持,也就是發(fā)現(xiàn)高工作記憶負(fù)荷會(huì)提高對(duì)分心刺激的加工程度(Holmes,Mogg,de Fockert,Nielsen,&Bradley,2014;Konstantinou,Beal,King,&Lavie,2014;Lv et al.,2010)。

假想你正在默記一個(gè)新的電話號(hào)碼,突然你的朋友一臉痛苦地沖進(jìn)屋子里給你看他被割破的手指。此時(shí)你對(duì)他的疼痛的加工,與你無所事事,什么也沒有默記的時(shí)候?qū)λ奶弁吹募庸な欠褚粯幽?？事?shí)上,在我們的日常生活中,我們的大腦持續(xù)進(jìn)行著不同的任務(wù)加工,并在工作記憶中不斷地保存和刪除各種各樣的信息。而他人的疼痛則通常是難以預(yù)期的,會(huì)突然出現(xiàn)并吸引我們的注意力。每個(gè)個(gè)體都需要經(jīng)常在正在進(jìn)行的認(rèn)知任務(wù)和他人的情感(比如疼痛)之間來回轉(zhuǎn)換。因此研究個(gè)體在不同的認(rèn)知負(fù)荷下對(duì)他人疼痛信息的加工不僅具有理論意義也具有一定的現(xiàn)實(shí)意義。

在本研究中,我們采用具有高時(shí)間分辨率的ERP技術(shù)研究認(rèn)知負(fù)荷對(duì)疼痛共情的調(diào)節(jié)作用,特別是在他人的疼痛作為分心刺激出現(xiàn)的時(shí)候。根據(jù)認(rèn)知負(fù)荷理論,相比低認(rèn)知負(fù)荷條件,高認(rèn)知負(fù)荷會(huì)更多的消耗認(rèn)知資源,減弱抑制無關(guān)刺激的高級(jí)認(rèn)知功能,使得無關(guān)刺激不能被有效抑制從而獲得更好的加工。由此本研究預(yù)測,相比低認(rèn)知負(fù)荷條件,在高認(rèn)知負(fù)荷條件下,他人的疼痛可能被更好的加工,體現(xiàn)在在高認(rèn)知負(fù)荷條件下,可以更加有效的區(qū)分出疼痛和非疼痛刺激。而在低認(rèn)知負(fù)荷條件下,由于無關(guān)刺激的加工被抑制,可能導(dǎo)致疼痛刺激和非疼痛刺激不能被有效區(qū)分。具體到 ERP成分,我們預(yù)期,在疼痛共情相關(guān)的成分上,諸如N1,P2,N2 或LPP上可能發(fā)現(xiàn)認(rèn)知負(fù)荷和圖片類型的顯著交互作用。交互效應(yīng)體現(xiàn)在高認(rèn)知負(fù)荷下,疼痛與非疼痛圖片差異顯著,而低認(rèn)知負(fù)荷下疼痛與非疼痛圖片差異不顯著。如果認(rèn)知負(fù)荷只影響疼痛共情加工的早期階段,這個(gè)交互效應(yīng)可能在早期成分 N1,P2或 N2上發(fā)現(xiàn),如果只影響晚期階段,則更可能在LPP成分上發(fā)現(xiàn)。

2 方法

2.1 被試

本實(shí)驗(yàn)共有 22名健康成人志愿者參與,均為右利手,無精神病史,視力正?；虺C正視力正常。實(shí)驗(yàn)前均被告知了實(shí)驗(yàn)?zāi)康?并簽署了知情同意書。本研究通過深圳大學(xué)醫(yī)學(xué)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)。被試在實(shí)驗(yàn)后獲得一定金錢報(bào)酬。有5名被試因數(shù)據(jù)偽跡過多(超過15%)被剔除,17名被試數(shù)據(jù)有效,包括8名男性,9名女性,年齡在17～24歲之間(

M

±

SD

＝20 ± 2.4 歲)。

2.2 刺激材料

本實(shí)驗(yàn)采用圖片作為刺激材料。圖片展示了人體的手/前臂/腳在疼痛或不疼的情境下。本實(shí)驗(yàn)材料在之前的ERP研究中被使用(Meng et al.,2012,2013)。圖中的情景均為日常生活中的常見情景,并且每種不疼的情景與疼痛的情景彼此對(duì)應(yīng)(見圖1)。疼痛圖片與不疼圖片各60張,每張的尺寸相同,均為9 cm × 6.76 cm (寬×高),圖片精度為每英寸100像素。圖片的亮度,對(duì)比度和顏色在疼痛和不疼圖片之間進(jìn)行了匹配。之前研究采用被試主觀評(píng)定的方式證明了這兩組材料在疼痛強(qiáng)度和喚醒度方面具有顯著差異。疼痛圖片在疼痛強(qiáng)度上的評(píng)分顯著高于非疼痛圖片(疼痛圖片：6.08 ± 1.69;非疼痛圖片：2.75 ± 1.48,

p

<0.001),在喚醒度上也顯著高于非疼痛圖片(疼痛圖片：5.07 ± 1.03;非疼痛圖片：3.72 ± 0.89,

p

<0.001)(Meng et al.,2012)。

圖1 實(shí)驗(yàn)所用圖片材料示例

2.3 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

本實(shí)驗(yàn)為 2(認(rèn)知負(fù)荷：高負(fù)荷,低負(fù)荷)×2(圖片類型：疼痛圖片,非疼痛圖片)被試內(nèi)設(shè)計(jì)。第一個(gè)實(shí)驗(yàn)因素是認(rèn)知負(fù)荷：含有高負(fù)荷和低負(fù)荷兩個(gè)水平。兩種條件通過需要記憶的數(shù)字串長度來區(qū)分,高認(rèn)知負(fù)荷條件下,數(shù)字長度為 6;低認(rèn)知負(fù)荷條件下,數(shù)字長度為 2。實(shí)驗(yàn)中采用的數(shù)字串是由隨機(jī)數(shù)字生成器生成的隨機(jī)2位數(shù)120個(gè)和隨機(jī)6位數(shù)120個(gè)。第二個(gè)實(shí)驗(yàn)因素是圖片的類型：包含疼痛圖片和非疼痛圖片兩個(gè)水平。實(shí)驗(yàn)共有 4個(gè)block。每個(gè)block有60個(gè)試次,4種條件隨機(jī)呈現(xiàn),出現(xiàn)次數(shù)均等,共240試次。每張圖片重復(fù)2次。

2.4 實(shí)驗(yàn)程序

實(shí)驗(yàn)過程中,被試以自己感覺舒適的方式坐在光線柔和,安靜隔音的房間內(nèi),面對(duì)一臺(tái)15英寸的彩色液晶顯示屏。在任務(wù)中,圖片會(huì)呈現(xiàn)在黑色背景的屏幕中央。圖片每次呈現(xiàn)時(shí)的尺寸為21.5 cm × 13.5 cm(寬×高),視角為12.8×7.7,被試距離屏幕80 cm。

被試被告知他們將完成一項(xiàng)記數(shù)字的任務(wù),每個(gè)試次中,他們會(huì)在屏幕上看到一個(gè)6位或者2位的數(shù)字串,他們要記下數(shù)字串。數(shù)字串消失后,屏幕上會(huì)出現(xiàn)一張分心圖片,他們只需要被動(dòng)觀看圖片,不需要對(duì)圖片做出任何反應(yīng)。圖片消失后,他們要在隨后出現(xiàn)的兩串?dāng)?shù)字中按鍵選擇出與先前記住的數(shù)字串一樣的選項(xiàng)。

實(shí)驗(yàn)流程如圖2所示。首先呈現(xiàn)注視點(diǎn)“+”500 ms。接著呈現(xiàn)需記憶的數(shù)字串。白色數(shù)字串出現(xiàn)在黑色背景上,呈現(xiàn) 4000 ms。然后屏幕上會(huì)呈現(xiàn)500～800 ms的6位掩蔽符號(hào)“******”,以便確保視線廣度的一致性。間隔500～800 ms的空屏后,呈現(xiàn)1000 ms的分心圖片,圖片消失后,間隔500～800 ms空屏,屏幕上會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)不同的數(shù)字串,被試要求對(duì)出現(xiàn)在屏幕上左右的兩組數(shù)字串做出選擇。認(rèn)為左邊的與記憶相符按“F”鍵,認(rèn)為右邊與記憶相符按“J”鍵,該屏在按鍵后消失。按鍵方式在被試之間平衡。兩個(gè)試次之間有1500 ms的間隔。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后,被試被要求完成共情量表：人際反應(yīng)指針量表(Interpersonal Reactivity Index,IRI)(Davis,1983)。

2.5 數(shù)據(jù)采集與分析

采用德國Brain Products公司生產(chǎn)的ERP記錄與分析系統(tǒng),按國際10-20系統(tǒng)擴(kuò)展的64導(dǎo)電極帽記錄被試的腦電活動(dòng)情況(EEG),接地點(diǎn)位于 AFz點(diǎn)上,右眼外側(cè)安置電極記錄水平眼電(HEOG),左眼下安置電極記錄垂直眼電(VEOG)。采用 AC采集,濾波帶通0.05～100 Hz,采樣頻率為500 Hz/導(dǎo)。頭皮與電極間阻抗小于5 k?。分析每個(gè)離線數(shù)據(jù)時(shí),將記錄時(shí)的左側(cè)乳突參考轉(zhuǎn)換為雙側(cè)乳突參考。自動(dòng)校正水平眼電與垂直眼電,濾波通帶為0.01～30 Hz。同時(shí)排除±80 μV的其他電極偽跡信號(hào)。分析時(shí)程截取圖片刺激呈現(xiàn)前200 ms至呈現(xiàn)后800 ms,并以刺激圖片呈現(xiàn)前200 ms作為基線。

本研究主要考察的是不同程度的認(rèn)知負(fù)荷所造成的疼痛共情的差異。因此,ERP統(tǒng)計(jì)分析僅涉及分心圖片出現(xiàn)的那一屏。分析的ERP成分包括：疼痛共情所誘發(fā)的早期成分：N1、N2、P2,以及反映疼痛共情認(rèn)知加工的晚期成分：LPP。由于早期成分的波形較為尖銳,因此對(duì)N1,P2和N2成分采用基線?峰值進(jìn)行度量,而晚期成分波形比較鈍,因此對(duì) LPP采用平均波幅進(jìn)行度量。根據(jù)地形圖,波形圖以及相關(guān)文獻(xiàn)選取電極點(diǎn)和成分分析的時(shí)間窗(Fan &Han,2008;Han,Fan,&Mao,2008;Meng et al.,2013)

N1選取的時(shí)間窗為100～160 ms,分析的電極點(diǎn)為 Cz、CP3、CPz、CP4。P2 選取的時(shí)間窗 170～230 ms,分析的電極點(diǎn)為 P3、P4、Pz、POz。N2選取的時(shí)間窗為220～280 ms,分析的電極點(diǎn)為Cz、C1、C2、FCz、FC1、FC2、CPz、CP1、CP2。LPP 成分選取的時(shí)間窗為 550～700 ms,選取的電極點(diǎn)為 C3、C4、CP3、CPz、CP4。

統(tǒng)計(jì)分析采用IBM SPSS Statistics 22。描述性統(tǒng)計(jì)量表示均為均值±標(biāo)準(zhǔn)誤。行為數(shù)據(jù)以被試的按鍵反應(yīng)時(shí)和正確率為指標(biāo),分別對(duì)兩種因變量進(jìn)行了 2(認(rèn)知負(fù)荷)× 2(刺激圖片)重復(fù)測量方差分析。對(duì) ERP成分進(jìn)行了認(rèn)知負(fù)荷(高,低),圖片類型(疼,不疼)和電極點(diǎn)的被試內(nèi)三因素重復(fù)方差分析。

F

值比率的自由度是通過 Greenhouse-Geisser檢驗(yàn)矯正的,統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)差異值顯著的

p

值小于0.05。事后比較的Bonferroni校正

p

值小于0.05。

圖2 實(shí)驗(yàn)流程圖

3 結(jié)果

3.1 行為數(shù)據(jù)

3.1.1 反應(yīng)時(shí)

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)見表1。認(rèn)知負(fù)荷主效應(yīng)顯著,高負(fù)荷條件下的反應(yīng)時(shí)長于低負(fù)荷條件下的反應(yīng)時(shí)。

F

(1,21)=195.39,

p

<0.001,η2=0.899。圖片類型上主效應(yīng)顯著,疼痛圖片的反應(yīng)時(shí)長于非疼痛圖片的反應(yīng)時(shí)。

F

(1,21)=4.88,

p

=0.038,η2=0.181。認(rèn)知負(fù)荷與疼痛共情交互效應(yīng)不顯著。

表1 被試在不同條件下的平均任務(wù)表現(xiàn)(M ± SE)

3.1.2 正確率

采用了2(認(rèn)知負(fù)荷：高負(fù)荷、低負(fù)荷)×2(圖片類型：疼、不疼)的二因素重復(fù)測量方差分析,發(fā)現(xiàn)認(rèn)知負(fù)荷上主效應(yīng)顯著

,F

(1,21)=42.17,

p

<0.001,η2=0.657。高認(rèn)知負(fù)荷的準(zhǔn)確率低于低認(rèn)知負(fù)荷的準(zhǔn)確率。圖片類型上主效應(yīng)不顯著,圖片類型與疼痛共情交互效應(yīng)不顯著。

從行為數(shù)據(jù)來看,高認(rèn)知負(fù)荷與低認(rèn)知負(fù)荷下被試的記數(shù)字正確率與對(duì)數(shù)字圖片選擇的反應(yīng)時(shí)間均差異顯著,這表明本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中,對(duì)高低認(rèn)知負(fù)荷條件的區(qū)分是有效的。

3.2 電生理數(shù)據(jù)

實(shí)驗(yàn)中一共有4個(gè)條件,分別是：高認(rèn)知負(fù)荷疼痛圖片(high load-pain picture,hp);高負(fù)荷非疼痛圖片(high load-no pain,hn);低負(fù)荷疼痛圖片(low load-pain picture,lp);低負(fù)荷非疼痛圖片(low load-no pain,ln)。

N1上發(fā)現(xiàn)電極點(diǎn)主效應(yīng)顯著

,F

(1,16)=7.99,

p=

0.001,η2=0.333。CP3 (?4.15 ± 0.61 μV)和 CP4 點(diǎn)(?4.80 ± 0.47 μV)波幅顯著小于 Cz (?5.88 ± 0.61μV)、CPz (?5.91 ± 0.63 μV)的波幅。圖片類型主效應(yīng)邊緣性顯著,

F

(1,16)=3.63,

p

=0.075,η2=0.185。相同的認(rèn)知負(fù)荷下,疼痛圖片(?5.42 ± 0.52 μV)比非疼痛圖片(?4.89 ± 0.56 μV)誘發(fā)的負(fù)波更大。P2上發(fā)現(xiàn)電極點(diǎn)主效應(yīng)顯著

,F

(1,16)=4.66,

p

=0.008,η2=0.226。P3 (3.34 ± 0.93 μV)、P4 (2.77 ±0.92 μV)、POz (2.18 ± 0.93 μV)點(diǎn)的波幅顯著大于Pz 點(diǎn)(1.40 ± 0.93 μV)。我們?cè)?P2 成分上發(fā)現(xiàn)認(rèn)知負(fù)荷與圖片類型交互效應(yīng)顯著

,F

(1,16)=5.31,

p

=0.035,η2=0.249。高負(fù)荷下,疼痛圖片比不疼的圖片引發(fā)更大正波(

p

<0.001)

,

而在低負(fù)荷下兩者差異不顯著(

p

=0.755)(見圖3)。N2上發(fā)現(xiàn)認(rèn)知負(fù)荷與圖片類型交互效應(yīng)顯著

,F

(1,16)=11.70,

p

=0.004,η2=0.422。在高負(fù)荷下,疼痛圖片比不疼的圖片會(huì)誘發(fā)更大負(fù)波(

p

<0.001),而在低負(fù)荷下疼痛圖片與不疼圖片的差異不顯著(

p

=0.481)(見圖3)。LPP上發(fā)現(xiàn)圖片類型主效應(yīng)顯著,

F

(1,16)=7.77,

p

=0.013,η2=0.327。疼痛圖片(4.58 ± 0.75 μV)比非疼痛圖片(3.09 ± 0.60 μV)誘發(fā)了更大的正波。電極點(diǎn)與圖片類型的交互效應(yīng)顯著,

F

(1,16)=4.82,

p

=0.008,η2=0.232。在 C3、C4、CPz 上,疼痛圖片誘發(fā)的正波大于非疼痛圖片C3 (

p

=0.007),CP3(

p

=0.005),CPz (

p

=0.003)。而在 C4 (

p

=0.076)和CP4 (

p

=0.158)上不同圖片類型誘發(fā)的波幅之間沒有顯著差異。

圖3 不同認(rèn)知負(fù)荷下疼痛共情的腦電激活差異

3.3 相關(guān)分析

我們將每個(gè)被試在IRI問卷上的總得分以及4個(gè)分量表的得分與被試在兩種認(rèn)知負(fù)荷條件下疼痛圖片與非疼痛圖片條件下所誘發(fā)的波幅的差異做了斯皮爾曼等級(jí)相關(guān)分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn),在 N2成分上存在一個(gè)顯著負(fù)相關(guān)：高認(rèn)知負(fù)荷下,不同圖片刺激所誘發(fā)的ERP波幅差異與IRI分量表中的個(gè)人煩惱(Personal Distress,PD)量表在CP2點(diǎn)上呈現(xiàn)顯著負(fù)相關(guān)(

r

=?0.620,

p

=0.008)。也就是說,個(gè)體在 PD量表上得分越高,在高認(rèn)知負(fù)荷條件下,疼痛圖片和非疼痛圖片誘發(fā)N2波幅的差異就越大。

除了以上報(bào)告的結(jié)果,我們沒有發(fā)現(xiàn)其他顯著的主效應(yīng)或交互效應(yīng)。

4 討論

本研究采用 ERP技術(shù)考察認(rèn)知負(fù)荷對(duì)疼痛共情加工過程的影響。結(jié)果發(fā)現(xiàn),在高認(rèn)知負(fù)荷下,疼痛圖片誘發(fā)的早期成分N2和P2的波幅都明顯大于非疼痛圖片所誘發(fā)的波幅。而在低認(rèn)知負(fù)荷下,兩者的差異并不顯著。這一結(jié)果說明認(rèn)知負(fù)荷主要影響和調(diào)節(jié)疼痛共情的早期成分,同時(shí)也表明分心刺激(疼痛圖片)在高認(rèn)知負(fù)荷的條件下相比低認(rèn)知負(fù)荷條件下獲得了更好的加工,為認(rèn)知負(fù)荷理論(Load Theory)提供了電生理方面的證據(jù)。

先前研究發(fā)現(xiàn) P2成分對(duì)新奇刺激,特別是負(fù)性的新奇刺激具有敏感性,這種敏感性反映了負(fù)性新奇刺激獲得了更多注意(Chen et al.,2008;Dowman,2007;Fields &Kuperberg,2012;Yang,Yuan,&Li,2010)。疼痛共情的研究中比較一致的發(fā)現(xiàn)P2成分對(duì)疼痛刺激更加敏感(Fan &Han,2008)。同時(shí)也發(fā)現(xiàn)看到他人疼痛誘發(fā)的 P2成分受到種族偏見的影響：相對(duì)于同種族人的疼痛表情,其他種族個(gè)體的疼痛表情的誘發(fā)的P2波幅更小,并且,P2波幅與疼痛引起的不適感和個(gè)體共情特質(zhì)得分顯著相關(guān)(Sheng &Han,2012)。在性別差異上,女性相比男性對(duì)他人的悲傷表情有更強(qiáng)的敏感性,也比男性誘發(fā)的 P2波幅更大,預(yù)示著女性對(duì)他人情感的早期情感分享更強(qiáng)(Luo et al.,2015)。在本研究中,低認(rèn)知負(fù)荷情況下,P2成分無法區(qū)分疼痛刺激與非疼痛刺激,說明在這種條件下,疼痛刺激沒有獲得通常情況下的注意,沒有被很好地加工,因此沒有誘發(fā)相應(yīng)的神經(jīng)反應(yīng)。而在高認(rèn)知負(fù)荷條件下,疼痛刺激吸引了更多的注意,獲得了更好的加工,從而有效誘發(fā)了更大的P2波幅,與非疼痛刺激區(qū)分開來。

先前研究表明,疼痛共情誘發(fā)的 N2成分與對(duì)他人疼痛的情感分享程度相關(guān)。例如,研究發(fā)現(xiàn)更有共情特質(zhì)的女性比男性在看到他人疼痛時(shí)誘發(fā)的N2波幅更大(Groen,Wijers,Tucha,&Althaus,2013)。也有研究發(fā)現(xiàn)相較于其他種族成員,當(dāng)面對(duì)同種族成員的疼痛時(shí),N2的波幅會(huì)顯著提高。研究者提出對(duì)非同種族人減少的N2波幅可能反映了對(duì)他人早期疼痛情感反應(yīng)的抑制,而對(duì)同種族人波幅的提高則說明個(gè)體對(duì)與自身同種族成員的感受更敏感(Sessa et al.,2014)。總之,N2波幅被認(rèn)為是對(duì)他人疼痛早期自動(dòng)化加工的指標(biāo),也是疼痛共情的情感成分的生物標(biāo)記(Chen,Yang,&Cheng,2012;Cheng,Hung,&Decety,2012)。在相關(guān)分析中,我們也發(fā)現(xiàn)當(dāng)個(gè)體在PD分量表上得分越高,其在N2成分上對(duì)疼痛與非疼痛刺激的區(qū)分度也就越高。IRI的 PD分量表是用來測量由于看到他人疼痛而誘發(fā)的不適感程度的(Davis,1983)。先前研究表明,個(gè)體對(duì)他人負(fù)性情緒狀態(tài)(例如疼痛)的過度自動(dòng)分享會(huì)導(dǎo)致這種不適感的產(chǎn)生(Gallese,Keysers,&Rizzolatti,2004;Lamm,Batson,&Decety,2007;Preston &de Waal,2002)。本研究發(fā)現(xiàn)的這一顯著相關(guān)也證明了在N2成分上對(duì)疼與不疼刺激的區(qū)分度確實(shí)在一定程度上反映了個(gè)體與他人疼痛的情感分享程度。在本研究中,在N2成分上,我們發(fā)現(xiàn)認(rèn)知負(fù)荷與圖片類型的交互作用是顯著的。只有在高認(rèn)知負(fù)荷下,觀看疼痛圖片比觀看不疼的圖片會(huì)引發(fā)更大的負(fù)波,而在低認(rèn)知負(fù)荷下則沒有這一效應(yīng)。該結(jié)果說明,相比于低認(rèn)知負(fù)荷,在高認(rèn)知負(fù)荷下,被試對(duì)圖片刺激的加工更好,對(duì)兩種圖片的區(qū)分度更高,疼痛圖片會(huì)引發(fā)觀察者更強(qiáng)烈的自動(dòng)情感分享。

LPP是一個(gè)晚期正成分,主要反映了共情加工的第二個(gè)階段,也就是對(duì)他人的疼痛進(jìn)行認(rèn)知加工和評(píng)價(jià)的階段(Fan &Han,2008)。在當(dāng)前研究中,我們發(fā)現(xiàn)疼痛圖片比非疼痛圖片誘發(fā)了更大的LPP波幅。這一發(fā)現(xiàn)與先前研究一致,表明了疼痛刺激由于其在進(jìn)化上的重要意義,在這一階段獲得了更好的加工。在這一成分上,我們沒有發(fā)現(xiàn)顯著的認(rèn)知負(fù)荷相關(guān)的主效應(yīng)或者交互效應(yīng),說明認(rèn)知負(fù)荷對(duì)疼痛共情加工的晚期階段沒有影響。

值得一提的是,我們注意到了當(dāng)前結(jié)果與 Fan和Han (2008)以及一些疼痛共情經(jīng)典研究之間存在差異。在這些經(jīng)典研究中發(fā)現(xiàn)相比非疼痛圖片,疼痛圖片的波形有一個(gè)“正向偏移”,也就是誘發(fā)更小的N1,N2,更大的P2和LPP。然而在本研究中,我們發(fā)現(xiàn)疼痛圖片誘發(fā)更負(fù)的N1和N2。在系統(tǒng)地檢索文獻(xiàn)之后,我們發(fā)現(xiàn),疼痛圖片相比于非疼痛圖片有“正向偏移”這一結(jié)果在早期成分上的發(fā)現(xiàn)并不一致。有的研究發(fā)現(xiàn)疼痛圖片比非疼痛圖片誘發(fā)更負(fù)的N2(Suzuki,Galli,Ikeda,Itakura,&Kitazaki,2015;Cui,Zhu,et al.,2016;Cui,Ma,et al.,2016),也有研究沒有在 N2上發(fā)現(xiàn)差異(Lyu,Meng,&Jackson,2014)。相比而言,而在LPP上發(fā)現(xiàn)的結(jié)果則是非常一致的：疼痛圖片始終誘發(fā)比非疼痛圖片更大的LPP。我們推測這種差異有可能是由于不同的范式和刺激材料造成的。這種不一致性也進(jìn)一步說明,采用對(duì)疼與不疼的區(qū)分度,也就是疼與不疼的波幅差異是否顯著作為疼痛共情的指標(biāo),比采用波幅的大小作為指標(biāo)更加穩(wěn)定和有效。在本研究中,低認(rèn)知負(fù)荷對(duì)圖片加工的干擾就沒有體現(xiàn)在波幅的降低上,而是體現(xiàn)在了對(duì)兩種圖片的區(qū)分度降低上。此前也有很多研究采用對(duì)疼痛和非疼痛刺激的區(qū)分(Cui,Zhu,et al.,2016;Meng et al.,2012;Ibá?ez et al.,2011)來判斷在哪種情況下,圖片被更好的加工。

信息加工系統(tǒng)不是一個(gè)單一的系統(tǒng),而是一個(gè)多重系統(tǒng)且每個(gè)子系統(tǒng)都有各自有限的加工能力,也就是我們常說的資源。當(dāng)某一認(rèn)知系統(tǒng)或者知覺系統(tǒng)內(nèi)的有限資源被過度占用的時(shí)候,其他需要同一系統(tǒng)內(nèi)資源的任務(wù)就會(huì)受到阻礙,因?yàn)闆]有足夠的資源使用了。Lavie的負(fù)荷理論指出,當(dāng)知覺負(fù)荷(perceptual load)較高的時(shí)候,對(duì)同一感覺通道的無關(guān)刺激的加工就會(huì)減弱。因?yàn)闆]有足夠的知覺資源去加工無關(guān)刺激了。也就是說,知覺負(fù)荷的增加會(huì)減少無關(guān)刺激干擾(distractor interference)(Lavie&Tsal,1994)。除了知覺負(fù)荷,另外一種負(fù)荷就是認(rèn)知負(fù)荷,這一機(jī)制主要依賴于高級(jí)認(rèn)知功能,例如工作記憶。用于保持對(duì)目標(biāo)刺激的高度注意,從而保證次級(jí)的信息不會(huì)奪去注意資源。與知覺負(fù)荷不同的是,在當(dāng)認(rèn)知負(fù)荷高的時(shí)候,用于調(diào)控注意指向的高級(jí)認(rèn)知資源都被占用了,從而無法對(duì)無關(guān)刺激進(jìn)行有效地抑制,我們就會(huì)更容易受到無關(guān)刺激的干擾。也就是說,高認(rèn)知負(fù)荷下無關(guān)刺激會(huì)獲得更好的加工(Lavie,2011;Ahmed &de Fockert,2012;Lavie et al.,2004)。多項(xiàng)研究支持了這一理論,例如,研究者發(fā)現(xiàn)在高記憶負(fù)荷下,分心面孔的干擾增加(de Fockert,Rees,Frith,&Lavie,2001)。也有研究發(fā)現(xiàn)隨著工作記憶負(fù)荷水平的增加,無關(guān)干擾產(chǎn)生的注意捕獲的程度增大(張斌,張智君,蔡太生,2011)。一項(xiàng)針對(duì)年輕駕駛員的研究發(fā)現(xiàn),個(gè)體的工作記憶廣度越大,在相同的認(rèn)知負(fù)荷下,受到無關(guān)刺激的影響越小(Ross et al.,2014)。這也從另一個(gè)角度說明,認(rèn)知負(fù)荷會(huì)影響對(duì)無關(guān)刺激的抑制。在我們的實(shí)驗(yàn)中,高認(rèn)知負(fù)荷下記憶數(shù)字串需要消耗的認(rèn)知資源更多,從而導(dǎo)致沒有足夠的認(rèn)知資源用于抑制對(duì)分心刺激的加工。同時(shí),疼痛圖片作為一個(gè)具有高喚醒度的負(fù)性刺激,在沒有受到有效抑制的情況下,更容易獲得注意,從而被更好地加工。因此,在早期成分上P2和N2上,疼痛圖片和不疼痛圖片被有效地區(qū)分開了。而在低認(rèn)知負(fù)荷條件下,有足夠的認(rèn)知資源去抑制對(duì)分心刺激的加工,個(gè)體可以很好地集中注意力在對(duì)數(shù)字串的記憶上,而不被無關(guān)刺激吸引。即使疼痛圖片具有較高喚醒度,也沒有獲得更多的注意,因此在低認(rèn)知負(fù)荷條件下,疼痛圖片與非疼痛圖片沒有差異。相關(guān)分析的結(jié)果也支持這一點(diǎn)：在高認(rèn)知負(fù)荷下,對(duì)圖片加工程度高,對(duì)疼與不疼的區(qū)分度也高,更高的自動(dòng)情感分享導(dǎo)致了更高的個(gè)人煩惱程度,反映在N2波幅差異與PD得分相關(guān)顯著。而在低認(rèn)知負(fù)荷下,對(duì)圖片加工程度低,對(duì)不同圖片區(qū)分度低,波幅差異相關(guān)也不顯著。

綜上所述,我們的研究發(fā)現(xiàn)認(rèn)知負(fù)荷對(duì)疼痛共情是有調(diào)節(jié)作用的。這一影響主要集中在疼痛共情的早期成分N2和P2上。相比低認(rèn)知負(fù)荷條件,在高認(rèn)知負(fù)荷條件下,他人的疼痛會(huì)獲得更多的注意,并被更好的加工,從而在疼痛共情的早期階段誘發(fā)更加強(qiáng)烈的情緒分享。這種差異可能是由于在高認(rèn)知負(fù)荷條件下,認(rèn)知資源被過度占用,從而無法有效的抑制對(duì)分心刺激的加工所導(dǎo)致,這一結(jié)果為注意的負(fù)荷理論提供了證據(jù)。

5 研究局限與展望

本研究也存在幾處問題和局限。首先,在剔除5名偽跡過多的被試后,樣本量為17,在現(xiàn)今ERP研究中相對(duì)較小。未來的研究可以擴(kuò)充樣本量,以增強(qiáng)研究結(jié)果的可靠性。其次,本研究忽略了個(gè)體差異對(duì)結(jié)果的可能影響。其中最重要的是個(gè)體工作記憶能力的影響,由于樣本量較小的緣故,這個(gè)影響會(huì)特別突出。在今后的研究中,一方面,我們可以在增加樣本量的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步豐富個(gè)體差異相關(guān)測量,比如所有被試工作記憶成績,多種共情問卷得分等。并通過相關(guān)分析去尋找這些個(gè)體差異在ERP成分上的反映。另一方面,當(dāng)前研究中使用的認(rèn)知負(fù)荷是不具有情緒性的數(shù)字,那么,我們可以探討當(dāng)認(rèn)知負(fù)荷是具有情緒性的信息時(shí),甚至是與疼痛相關(guān)的刺激時(shí),這樣的認(rèn)知負(fù)荷會(huì)如何影響隨后的疼痛共情加工。

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