視覺情緒刺激誘導的神經磁場研究

陸水平 謝世平 閆 偉

視覺情緒刺激誘導的神經磁場研究

陸水平①謝世平 閆 偉

目的 使用腦磁圖探討健康右利手受試者給予視覺情緒圖片刺激早期情緒相關腦區磁場激活特征。方法 12例健康右利手受試者,給予國際情緒圖片庫(I A PS)正性、中性、負性情緒圖片刺激同時記錄腦磁圖信號,使用SPM 8b軟件進行數據分析,兩樣本t檢驗,設P<0.02,K>10體素閾值的腦區激活有意義。結果 正常人在給予正性情緒圖片刺激時與給予中性情緒圖片刺激時比較發現右側的島葉激活增強(0～100m s,t=2.87,P=0.004;100～200m s,t=2.97,P=0.004;200～300m s,t=2.67,P=0.008;300～400m s,t=2.65,P=0.007);給予負性情緒圖片刺激時與給予中性情緒圖片時比較發現右側的額下回激活增強(0～ 100m s,t=2.27,P=0.016;100～ 200m st=2.28,P=0.016;200～ 300m s,t=2.30,P=0.015;300～ 400m s,t=2.29,P=0.016);給予正性情緒圖片與負性情緒圖片刺激時比較未發現激活有差異的腦區。結論 正常人右側島葉、右側額下回腦區在情緒喚醒度評價、趨向及回避行為評價中起作用。

腦磁圖;情緒;國際情緒圖片庫;視覺

探測神經細胞內電流產生的磁場信號變化的技術稱為腦 磁圖(M EG),磁場信號不受顱骨,頭皮等介質的影響,信號不衰減,信噪比高,與磁共振解剖像疊加后可以具有2～5 mm的空間分辨率;而傳統腦電圖受顱骨、頭皮等表面固有電位的影響,空間分辨率較差,只能研究波譜成分,不能準確定位腦區。既往研究發現情緒的愉悅度(V alence)和喚醒度(A rousal)與兩個動機系統相關,一個是渴望系統,涉及趨向性的生理行為;另一個是厭惡系統,涉及一些逃避性的生理行為[122],但之前研究對起情緒評價調節作用的腦區仍不清楚。本實驗使用腦磁圖技術,以國際情緒圖片庫( IA PS)正性、中性、負性3類圖片為情緒誘導材料,研究正常人情緒愉悅度、喚醒度兩個動機系統所涉及的腦區激活情況。

1 對象與方法

1.1 對象

為2009年南京地區醫院實習生、研究生、進修生12名,男女各6名,年齡22～29歲,平均(23.0±2.0)歲,受教育年限為15～18年,平均(16.2±1.0)年;受試者均為右利手,視力、聽力正常,無腦磁圖和磁共振檢查禁忌;無軀體疾病,近期無重大感染和手術史;排除精神分裂癥、情感障礙、神經癥病史,無精神疾病家族史;無成癮性和精神活性物質依賴史,近期未服用精神類藥物。本實驗經南京醫科大學倫理委員會同意,向所有受試者均明確交代實驗情況及注意事項后簽署知情同意書。

1.2 方法

1.2.1 情緒圖片刺激材料 選自國際情緒圖片庫的正性、中性、負性情緒圖片各80張,正性情緒圖片包括一些令人產生高興、愉快、滿足、興奮、刺激感受的如可愛的嬰兒、動物、鈔票、名車、美食、體育運動圖片,中性情緒圖片包括一些常見的生活用品、建筑、生活場景等圖片,負性情緒圖片包括令人憂郁、絕望、厭惡、惡心的如災難、疾病、猛獸、毒蛇等圖片,研究顯示其可以很好的誘導出神經磁場變化[3]。調整圖片大小至409×307像素,亮度及對比度一致。正性、中性、負性圖片愉悅度分別為[(7.47±0.37)、(5.08±0.28)、(2.63±0.64),F=2245.29,P<0.001];喚醒度分別為[(5.28±0.88)、(3.50±0.71)、(5.70±0.77),F=177.61,P<0.001];采用Block設計,3類圖片分類呈現,組間組內刺激呈現順序隨機化;每組隨機添加10張灰色十字、白底圖片作為靶刺激,靶刺激數據分析時不使用;采用BrainX軟件播放(美國Cicinati兒童醫院腦磁圖中心提供),情緒圖片呈現1000m s,靶刺激呈現300m s,刺激間隔隨機在1500～2000m s之間以消除受試者對圖片呈現的預期效應;圖像經磁屏蔽室外SAN YO投影儀經室內2次鏡面反射投射到受試者面前的屏幕上,屏幕距雙眼50～60cm,適當的調整至舒適為止;受試者被要求平臥于檢查床上,注意屏幕的中央,放松身體、盡量避免軀體活動,實驗指導語為:請仔細觀看圖片,體會每張圖片的情緒意義,當看見隨機呈現中的十字圖片時,請用右手食指快速按鍵。

1.2.2 腦磁圖掃描 應用加拿大CTF?V SM 275信道全頭型M EG,標記鼻根和雙側耳前3個指示點,專用定位線圈固定,建立頭部坐標系,在磁屏蔽室內進行采集,采樣頻率1200Hz,采集刺激前1000m s至刺激后2000m s時間段內的數據,得到0～300 Hz原始數據,檢查過程中頭動超過1cm 數據將舍棄。

1.2.3 磁共振掃描 應用美國GE?Signa NV?I 1.5T超導型MR I,掃描前用維生素E膠丸定位,位置同腦磁圖定位線圈,作為腦磁圖和磁共振融合點。磁共振掃描選用正交頭顱線圈,定位像采用擾相梯度回波3D序列,參數如下:視野(FOV)=240mm×240mm×162mm,矩陣=256×256×54,脈沖重復時間=33.33s,回波時間=9m s,反轉時間=0s,平均指數=1,成像頻率=63.85。

1.3 數據處理

臺上的SPM 8b軟件處理。由于受投影儀屏幕刷新率的影響,磁屏蔽室內圖片呈現時間與數據采集零點相比有25m s的延遲,這一延遲被校正,之后截取刺激前-200m s到刺激后600m s時間段,對-200m s到0m s基線校正,然后降頻到200Hz;磁共振解剖圖像分割,3個維生素E膠丸定位指示點與腦磁圖3個定位線圈重合,正向模型估算使用局部球體模型,再經反向模型估算激活源位置,投射到標準頭模,分別計算刺激后 0～ 100 m s、100～ 200 m s、200～ 300 m s、300～ 400 m s時間段,0～30 Hz頻率范圍內情緒圖片誘導神經磁場激活圖、最后圖像以8mm進行圖像平滑;SPM 8b統計處理,兩獨立樣本t檢驗,設定P<0.02(未校正),K≥10個體素(10mm3)的區域激活有統計學意義。MN I坐標經 Icbm_spm2tal插件轉換為Talairach坐標,使用Talairach Daemon軟件確定腦區。

原始數據經運行在MA TLAB-R2007b平

2 結 果

情緒圖片誘導的腦區激活比較(見表1)。與中性圖片相比,受試者在給予正性圖片刺激后0～400m s4個時間段均有右側島葉(BrodmannA rea 13區)激活增強;與中性圖片相比,受試者在給予負性圖片刺激后0～400 m s 4個時間段均有右側額下回(Brodmann A rea 44區)激活增強;而正性圖片與負性圖片刺激相比,未發現有激活差異的腦區。

表1 正常人正性、中性、負性情緒圖片刺激下腦區激活比較

BA:Brodmann分區;設P<0.02(未校正),K≥10個體素為差異有統計學意義。

3 討 論

腦磁圖與腦電圖比較具有空間分辨率優勢,與功能磁共振相比有時間分辨率優勢,本實驗研究情緒圖片誘導的神經磁場變化,發現了情緒刺激早期右側島葉、右側額下回的激活。

島葉、額下回后部是參與情緒等認知活動的重要腦區[4]。既往研究中發現島葉在疼痛的感受、情緒評價、注意轉向、工作記憶中起重要作用[5]。本實驗發現正常人在處理正性情緒信息時比處理中性情緒信息時右側的島葉激活增強,可以認為正性圖片引起了人們對既往自身高興、愉悅情緒記憶的提取增加,在安逸情緒狀態下激活增強,島葉是正性情緒產生的指示器。本實驗還發現右側豆狀核激活增強,這可能是島葉的神經電活動傳遞引起的。額下回后部及運動前區被認為參與情緒感知、分類評價、任務執行操作、工作記憶等認知活動[4,6]。有研究認為大腦額葉和頂葉之間存在一個起注意調節作用的神經通路,用于調節個體對外部刺激的注意轉向及清醒、警覺狀態的維持,以適應外部環境變化,利于自身個體安全需要[728]。本實驗發現,正常人處理負性情緒信息時比處理中性情緒信息時右側的額下回激活增強,顯示額下回在對外部威脅、逃避性情緒信息的快速注意轉向中起重要作用,這一腦區的激活可以理解為負性情緒圖片刺激模仿了外界威脅性信息,使機體處于一個警戒狀態,運動前區此時激活為即將可能到來的回避反應做準備[4]。

愉悅度是從感到厭惡、憂郁、絕望、厭煩到高興、愉快、滿意、有希望的情緒維度,喚醒度是從放松、平靜、遲鈍、乏味到興奮、刺激、激動高度喚醒維度;正性圖片具有最高的愉悅度及中等的喚醒度,中性情緒圖片具有中等的愉悅度及最低的喚醒度,而負性圖片具有最低的愉悅度及最高的喚醒度。本實驗正性圖片與中性圖片相比右側島葉激活增強,負性圖片與中性圖片相比,右側額下回激活增強;可以理解為高喚醒度的情緒圖片(正性圖片與負性圖片)比低喚醒度的情緒圖片(中性圖片)刺激時右側島葉、右側額下回激活增強,說明腦區激活主要受情緒喚醒度的影響。與本實驗的結果一致,Moratti等也發現高喚醒度情緒圖片比低喚醒度情緒圖片引起了額頂葉腦區激活增強,額頂葉皮質注意網絡主要受情緒喚醒度的調節[9210],但由于Moratti等的研究沒有與磁共振解剖像疊加,只能大體發現額頂葉腦區激活差異,而本實驗與磁共振解剖像疊加后發現右側島葉在處理正性情緒信息時激活增強、右側額下回在處理負性情緒信息時激活增強。本實驗結果在一定程度上說明了額頂葉注意調節環路的存在,亦顯示了腦磁圖高空間分辨率的優勢。渴望動機系統和厭惡動機系統,分別體現在趨向性的生理行為,如享受、哺育、營養、性行為等,及回避性的生理行為如逃跑、躲避、退卻、防御等[122],本實驗結果可以認為右側島葉在趨向性行為的評價中起重要作用,而右側額下回在回避性行為的評價中起重要作用。

既往研究發現杏仁核在情緒記憶中起重要作用[11],而本研究未發現杏仁核在3種情緒刺激下的激活差別,可能是因為正常人杏仁核是正性、中性、負性情緒信息處理的共同神經通路節點,在情緒信息處理中的作用相同,所以未發現其激活異常。

本實驗正性圖片與負性圖片刺激比較未發現激活有差別的腦區,可能是由于情緒信息處理是一個多腦區參與的復雜過程,但各種情緒信息處理時基本時間空間順序是相同的,只是某些腦區在處理特定情緒刺激時激活增強,高喚醒度的情緒信息處理過程基本相同;其次腦磁圖可以采集到0～1500 Hz的原始數據,而本實驗只是分析了0～30 Hz的腦磁圖信號,有可能一些有意義的信號數據被遺漏,認知活動高頻腦磁圖信號是今后一個重要的研究方向;此外,腦磁圖分析的數學算法等也可能影響實驗結果。

總之,本實驗發現了右側島葉在處理正性情緒信息的激活增強,右側額下回在處理負性情緒信息時激活增強,可以認為右側島葉、額下回腦區在情緒喚醒度評價,趨向及回避行為評價中起重要作用。本研究將高時空分辨率的腦磁圖技術應用于心理學領域,為認知心理學的研究提供一種新的研究手段。情緒障礙作為一種常見的臨床癥狀,是臨床心理工作者面臨的常見問題[12],解釋正常人不同情緒信息處理的神經環路,可以為今后抑郁癥、焦慮癥、創傷后應激障礙等情緒病理環路的研究打下基礎,相關疾病情緒病理環路的研究將是本課題今后的研究方向。

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Neural Magnetic Field I nduced by Visually Emotional Picture St imuli.

L u S huip ing,X ie S hip ing,Yan W ei.D epartm ent of

Psychiatry,N anjing B rain H osp ital,N anjing210029,P.R.China

Objective To explore the neural substrates of emotion related brain areasof right handed healthy individuals during early stage of visually emotional pictures st imuli using magnetoencephalogram.M ethods A total of 12 right2handed healthy individualswere silently view ing positive,neutral,negative emotionalpictures from InternationalA ffective Picture System(I A PS).Data was collected usingM EG and analyzed using SPM 8b software.Two sample t-test was used to find the difference of brain activation,voxelsw ith aPvalue<0.02 and cluster size K≥10 voxelswere determ ined significant difference.Results Compare to neutral emotionalpictures,healthy individuals showed increased activity in right insularwhile view ing positive emotionalpictures(0～ 100m s,t=2.87,P=0.004,100～ 200m s,t=2.97,P=0.004,200～ 300m s,t=2.67,P=0.008,300～ 400m s,t=2.65,P=0.007);Compare to neutral emotional pictures,increased activity in right inferior frontal gyruswas found when view ing negative emotional pictures(0～ 100m s,t=2.27,P=0.016,100～ 200m st=2.28,P=0.016,200～ 300m s,t=2.30,P=0.015,300～400m s,t=2.29,P=0.016);therewas no different activitywhen view ing positive pictures compare to negative pictures.Conclusion

The right insular and inferior frontal gyrus has function of perception and modulation of emotion arousal,appetitive and aversive behaviors.

M EG;Emotion;International affective picture system( IA PS);V isual

① 中國.南京腦科醫院 210029 E2mail:lushuiping3001@yahoo.com.cn

2012206224)