动态面部表情情绪不 明确识别 的fR 研究 MI070805

中国行为医学科学2007年8月第16脊第8期 Chin 1 d BA-i-1 Med Sci,Aumm 2007, V.1 16.N..8 685 ·临床 研 究 · 动态面部情情绪不明确识别的fMRI研究 姚志剑 杜经纶 谢世平 膝辜军 刘文 曹燕翔 刘海燕 王丽 【摘莫】目的 利用事件相关设计的功能核磁共振(1MRl)成像技术及性别识别实验范式，探讨面部 表情情绪不明确识别的神经基础。方法 利用1.5T功能核磁共振成像系统检测26名健康女性受试者识 别视频形式的悲伤、喜悦及中性面孔性别时的脑部反应。图像数据经SPM2软件处理和统计分析，获得脑 区激活图。结果 与动态中性表情性别识别相比，动态喜悦表情性别识别激活右预下回(BA37,26像素) 及右颜中回〔BA22,81像素)等脑区，而动态悲伤表情性别识别激活双侧额中回(BA10/6,37/23像素)、左 扣带回(BA31,22像素〕、右海马旁回(BA28,27像素)、右楔前叶(BA31,18像素)、右顶下小叶(BA40,22 像素)、左顶上小叶(BA7,27像素)、左尾状核、左豆状核、左丘脑、双侧颜中回(BA21/22,238/56像素)等脑 区(Z>3.34;P<0.001)p结论 动态悲伤表情情绪不明确识别可能由一个包括额顶皮质和皮质下(如基 底节、丘脑、边缘系统)等脑区的分布式神经网络所调控，而动态喜悦表情情绪不明确加工仅仅激活一些与 面孔运动有关的脑区。 【关键词】面部动态表情;情绪;不明确;功能核磁共振 Neural substrates for implicit recognition of dynamic facial expression勿 fMR1 YAO Zhi jinn, DU ]ing- tun, XIE Shi-ping,et‘.Clinical Medical School,Sauth-t Medical Universay,Nurying 210009, China [Abstract] Objective Toexpl二二oral correlates for implicit recognition of emotion of dynamic facial expressions using event-related functional magnetic resonance imaging. Methods Twenty-six Chinese nationality healthy right-handed adult female volunteers underwent blood oxygen level dependent (BOLD) fMRI while recog- nizing the gender of happy, sad, neutral emotional faces and fixation cross videos. Results Compared with recog- nition of gender of neutral faces, recognition of gender of happy faces elicited increased activation in the right infe- rior temporal gyrus and right middle temporal gyros, and recognition of gender of sad faces activated bilateral mid- dle frontal gyrus, left cingulate gyms, right parahippocampus, right precuneus, right inferior parietal lobule, left superior parietal lobule, left caudate, left lentiform nucleus, left thalamus and bilateral middle temporal gyms. Conclusion Implicit recognition of emotion of衍manic sad facial expression is mediated by a distributed cortical network that included fmntoparietal cortex and subcortical regions (basal ganglia, thalamus and limbic system) , and implicit recognition of emotion of dynamic happy facial expression is merely associated with some brain~ that related to血山日movement. [Key words] Dynamic facial expression; Emotion; Implicit; fMRl 既往采用静态面部表情的功能影像学研究发现面 孔特征加工和面部表情识别可激活一个包括前额皮 质、前扣带回、杏仁核、颖上回及枕叶皮质如梭状回、枕 下回等脑区的分布式神经网络，而且部分脑区如梭状 回、颖上回、杏仁核活动受注意调控，但采用表情识别 和性别识别实验范式探讨表情情绪明确加工和不明确 加工的研究发现梭状回和杏仁核在注意和非注意状态 下均被激活且激活程度无差异〔’刹。因此，面孔加工包 括面部特征及面部表情加工的神经基础及其特点仍存 在争议。与静态表情相比，动态表情有利于面孔各个 方面的加工，如提高情绪识别，以及年龄和身份的识 别，且动态与静态面部表情加工的神经基础可能不同， 动态表情激活的脑区活动强度更高闭。本研究采用 面孔性别识别的实验范式及功能核磁共振(fMRI)技 术探讨动态形式(视频)的面孔特征明确加工及 面孔情绪不明确加工的神经基础，为进一步研究抑郁 症患者情绪识别的认知模式提供理论依据。 对象与方法 基金项目:国家自然科学基金资助项目((30500179);江苏省自然科 学荃金资助项目( BK2005427 );南京市医学重点科技发展项目 (IKX05003) 作者单位:210009南京，东南大学临床医学院(姚志剑、滕辜军); 南京医科大学附属南京脑科医院精神科(杜经纶、谢世平、曹燕翔、刘海 燕、王丽)，放射科(刘文) 一、对象 女性志愿者26名，汉族，右利手，年龄23一53岁， 平均年龄(34.6土11.15)岁，平均受教育年限(14.8土 4.289)年，无宗教信仰。双眼裸视或矫正视力均在 1.0以上。无精神疾病家族史，精神卫生筛选表及神经 症筛选表排除个人精神疾病史。无其他神经系统疾 病。实验前告知被试实验内容，并签署知情同意书。 二、刺激材料 本实验共包括100个视频片断，其中愉悦、悲伤、 咀嚼、无面部动作及十字架等各20个。除十字架外， 每种表情视频片断男女各10个。视频片断选自中国 面部表情视频系统(CFEVS) [s7。为消除预期效应，通 万方数据 686 中国行为医学科学2007年8月第16卷第8期 Chin 1 of Behavioral Med Si, A.B,,t 2007,Vo1 16,N..8 过视频软件Ulead videostudio9.0把3，表情片断与灰 屏片段合成为3.5s,4s及4.5s的片断，后加工为 399，的短片作为最终刺激材料。 三、MRI数据采集设备及参数设定 采用GE-Singa 1.5T磁共振成像仪。①轴位定位 像:采用TI Flair序列4mm层厚无间距扫描，平行于 前后联合连线，TR : 2000 ms, TE ; 7. 3 ms,矩阵:256 x 160，共27层，平面像素:240 mm x240 mm ;(2 BOLD数 据采集:采用梯度回波一回波平面成像序列采集,TR, 3000 ms, TE :40 ms，矩阵:64 x 64，共27层，平面象素: 240 mm x 240 mm，层厚:4mm o 四、刺激播放装置和行为学数据采集装置 通过投影仪把视频投在机房内的单面玉砂屏幕 上，受试者人仓后通过头上方的反光镜观看屏幕上的 视频片断。受试者双眼与屏幕的距离固定。视频片断 在玉砂屏幕上的位置固定，大小以受试者能舒适的看 全表演者面部为准。行为学数据通过PRESENTA- TION软件采集。 五、实验程序 采取事件相关设计，长度不同的表情视频片 断交替出现，以排除预期效应。扫描前，塞住受试者双 耳以减少噪音，并将受试者头部固定。扫描过程中要 求受试者尽快判断该表情视频表演者是男性还是女 性。所有受试者均用右手按键，食指按键或中指按键 在受试者之间予以均衡。正式开始前，均做一定练习 确保按键准确无误。扫描过程中记录受试者的行为学 数据，包括反应时间和判断结果。扫描完毕后，请受试 者对所看到的表情视频的偷悦度、唤醒度及表情类型 做评判，愉悦度和唤醒度采用自我形式的9分制 评分，详细评判方法参见本课题组以前研究[51 六、核磁共振数据处理 图像数据通过ACD see及MRIcm软件转化格式， 采用SPM2软件进行图像对齐、头动矫正、标准化及高 斯平滑等空间预处理后建立模型并做估计，然后采用s 检验做统计分析，激活范围阂值设定为10个像素(P <0. 01 )。将所获得的MNI坐标转换为Talairach坐 标，并通过TalairachDaemonClient软件查看激活脑区 的解剖位置。 七、行为学及神经心理学数据统计分析 采用SPSS11.5软件做统计分析。识别不同面孔 性别的反应时间做单因素方差分析，正确率做长方检 验。面部表情视频的愉悦度、唤醒度及性别识别正确 率做描述性统计分析。 结 果 一、行为学结果(表1) 表 1 扫描后不同表情的评测结果(分) 表情类型 愉悦度范围 535 9吕 ;一:: 愉悦度平均值 7.13:1.552 2.68:1.725 a研士1.167 唤N度范围 3.4-8.5 1一5， 1-5 唤醒度平均值 6.33 t 1.965 5拐:2.537 2.79士15肠 ? ? ? ? ? ? 表1显示扫描后评测的喜悦、悲伤及中性视频片 段的愉悦度和唤醒度分值，结果表明不同类型表情在 受试者中可引起相应的情感反应及一定的唤醒程度。 二、核磁共振扫描结果(表2) 表2 性别识别条件下不同对比条件激活的脑区 宝验条件 la6va卜坐标系 K值 2值 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ， ? ? ? ? ? ， ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ，， ? ? ? ? ? ? ? 中性vs十宇架 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ， ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ， ? ， ， ? ? ? ? ? ? ， 。 ? ? ? ? ? ? ， ? 喜悦YS十字架 2E伤vs十字架 喜悦YS中性 悲伤v5中性 滋活脑区 Bmd- 脑区 右中央前回 4 右搜叶 19 右舌回 18 右枕中回 I8 左楔前叶 31 左顶下小叶 40 右顶下小叶 钓 左筷前叶 39 右楔前叶 7 右硕下回 20 左颐中回 刀 右硕下回 44 右顺中回 ， 右校移回 19 左梭状回 19 右颈中回 21 左硕上回 22 右额F回 ， 左9下回 45 右额中回 吕 右硕中回 ， 左桩状回 ]9 左jo下回 37 右舌回 18 右读下小叶 40 右尾状核 体部 右梭状回 19 右H中回 2l 左硕上回 刀 右题下回 37 右a下回 37 右H中回 刀 左额中回 I0 右额中回 6 左扣带回 31 右海马旁回 邓 右懊前叶 31 右顶下小叶 叨 右顶下小叶 40 左顶上小叶 7 尾状恢 头部 左豆状孩 壳位 左丘脑 无 右颜中回 11 左F1中回 22 万方数据 q, IN r,为医学科学2007年8月第16卷第8期 Chin 1 of Bch}iond Med Sci,Au}el2007,Vol 16,NN旦 8 687 表2显示，中性表情性别识别激活右中央前回 (BA4)、右楔叶(BA19 )、右舌回( BA18 )、右枕中回 ( BA18 )、双侧楔前叶(BA7,31,39)、双侧顶下小叶 (BA40 )、右颜下回(BA20)及左颖中回(BA22)等.喜 悦表情性别识别激活右额下回(BA44 )、右额中回 (BA9)、双侧梭状回(BA19)、右R中回(BA21)及左9 上回(BA22)等脑区，而悲伤表情性别识别激活双侧额 下回(BA8,9)、双侧梭状回(BA19,19)、左颈下回 (BA37)、右舌回(BA18)、右顶下小叶(BA40)、尾状 核、右颜中回(BA21)及右m上回(BA22)等脑区。 讨 论 本研究发现，喜悦、悲伤面孔与额中回、额下回、梭 状回、颜上回及其联接区密切相关，而中性面孔则主要 激活大量视觉相关皮质如枕叶和顶叶等脑区。额中回 参与纹状体外侧视觉加工的注意调控，该脑区的激活 可能不是参与情绪加工而是与视觉注意有关，而额下 皮质的激活可能是参与刺激奖赏值的评估[[6]。本研 究发现喜悦及悲伤面孔性别识别均激活颖上回及其连 接区，显示颖上回及附近大脑皮层在加工与个体交流 有关的信息方面有重要作用，主要负责面孔动态特征 加-r[23. 本研究发现喜悦表情情绪不明确识别激活颖下回 及颖中回等脑区。这与采用掩蔽实验范式的研究结果 一致，后者发现颜下回参与喜悦表情的无意识加 工[，]。通常认为，颜中回及连接区参与静态表情及面 部运动的加工[[21，而本研究将该结论进一步扩展至动 态表情。另一方面，本研究发现悲伤表情不明确识别 激活大量皮质区、皮质下区及边缘区。 本研究未发现本课题组在前期的“动态面部表情 情绪明确识别的研究”中梭状回显著激活的结果。两 次研究的实验环境、仪器设备、数据处理方法等完全一 致以及研究对象也具有较大的相似性，主要差异在于 实验任务不同。因此，梭状回在性别识别中被激活而 在表情识别中未被激活反映该脑区参与面孑L加工可能 受注意影响。这与采用静态面孔探讨注意影响的研究 结果一致，该研究发现注意面孔特征激活梭状回而注 意面部表情未激活该脑区121。然而，本研究发现面孔 特征明确加工没有激活梭状回。既往有研究认为梭状 回可能与识别同一类的亚属间差异的专家水平有关而 与面孔感知无关181。近期功能影像学研究发现梭状 回参与面部运动加工[19]。因此，本研究发现的梭状回 激活反映该脑区参与动态面孔运动特征的加工，而且 该加工受注意调控。 根据上述结果推测，在不明确加工条件下，由额中 回、顶上小叶及顶下小叶组成的额顶神经网络所负责 的注意机制[10]会更多地关注到悲伤表情[(,I]。该情感 性视觉刺激通过颖叶皮质(颈叶前部，BA22, BA21)加 工，将其中的情感信息传递给既往经历。该经历引起 回忆激活海马旁回，并受到后扣带回(BA31)负责的认 知/注意机制调控。同时激活基底节产生处理情感显 著性信息的准备状态以利于做出恰当行为反应，并通 过丘脑对自我行为进行监控〔121。因此，动态悲伤表情 的不明确加工可能由一个包括额顶皮质及皮质下等脑 区的分布式神经网络所调控，而具有运动特征的动态 喜悦表情的不明确加工仅仅涉及一些与面部运动有关 的视觉皮质。然而，必须注意的是，负责悲伤表情不明 确加工的神经网络中的脑区所起的作用未必如我们上 面所推测的那样。例如，尽管有研究提出丘脑对自我 行为具有调控作用〔‘2〕，但其他研究发现丘脑也参与感 觉调控、自主唤醒及注意、执行和记忆等功能。在此， 本研究选择该脑区的自我行为调控功能，是考虑到本 研究同时发现基底节的活动，提示基底节一丘脑一皮质 神经环路的参与，该神经环路与运动功能密切相关，但 本研究并没有充分的理由排除该脑区其他功能的参 与。 参 考 文 献 1 马宁，李凌江，谭立文，情绪面部表情刺激在抑郁症功能磁共振研 究中的应用_中国行为医学科学，2007,16,91-192. 2 Nammoto J, Okada T, Sadmo N, et al. Attention to emotion modulates fMRI activity in human right superior temporal sulcus. Cognitive Brain Research, 2001,12:225-231. 3 Winstonr JS, Doherty JO, Dolor RJ. Cmnmon and distinct neural re- sp- during direct and incidental processing of multiple facial run, bone. Neumimage, 2003,20:84-97 4 Ywhikawa S, Sanw.Enhanced pem即hurl, emotional, and motor pro- cesaing in response to dynamic facial expressions, of emotion. Japancer Psychological Research, 2006,48: 213-222. 5 杜经纶.姚志剑，谢世平，等，中国面部表情视频系统的初步建立· 中国心理卫生杂志,2007,21:333-337 6 Bareelo F, Suwarono S, Knight RT. prefrontal modulation of visual pro- sassing in humans. Nat Neumsoi, 2000,3:399-403. 7 Killgom WDS, Yurgelun-Todd DA. Activation of the smygdala and an- terior cingulated during nonconseious processing of end versus happy faces. Neurnimage, 2004,21:1215-1223 8 Gauthier 1, Tam MJ, Anderson AW, et al. Activation of the middle fu- s4orm face aree-inerrases with expertise in recognizing novel objects. Nat Neumsie,1999,2: 568-573- ， Pelphrey KA, Singermen JD, Allison T. Brain activation evoked场per- ception of gaze shifts: the influence of context. Neumpsychologis, 2003,41:156-170. 10 Peseos L, Kutner S, Ungedeider比.Attentional control of the process- ing of neutral and emotional stimuli. Cognitive Brain Research, 2002, 巧:3145. 11 Eastwood JD, Smiled D, Merikle, PM. Differential Attntonal guidance 勿unattended faces expressing positive and negative emotion. Percept Psyehophys, 2001,63:1004-1013. 12 So- MA. The mIe of the thalamus in motor control. Curr Opin Neu- nuhiol, 2003,13: 663-670 (收稿11期:2007一。1-27) (本文编辑:冯学泉) 万方数据