情緒動機方向誘發額葉皮質不對稱激活的神經機制研究

王安琪，朱海東,2，朱 洵,2，喬親才,2

情緒是人類社會普遍存在的一種復雜生理與心理現象，不同的情感體驗常常伴隨著生物體心率、血壓和大腦活動的變化[1]。趨近和趨避動機系統是人類為協調一系列復雜社會活動而進化來的適應性行為，與生物體保護資源和抵御威脅的生存動力相關。以往研究[2]表明無論是趨近還是趨避動機系統，其激活過程都能促進生物體迅速感知和處理信息，并喚醒機體采取應對措施。事件相關電位(event-related potentials，ERP)技術可以精確記錄頭皮表面的誘發電位來分析不同情緒感知過程中腦皮質神經活動的瞬息變化[3-4]。其中，早期知覺探測P1成分反映了視覺處理的注意偏向；P2成分多與注意分配有關[5]；晚期高級認知加工階段LPP成分是衡量動機水平的重要指標[6]。該研究從國際情緒圖片系統中篩選出美食和殘缺肢體等情緒圖片與中性背景疊加組合成復合場景圖片，結合事件相關電位技術，對比在不同動機方向情緒下注意力捕獲和情緒感知腦區不對稱性激活與誘發ERP參數在時間進程與空間分布方面的差異，為情緒調節和情緒障礙疾病的診斷與治療提供依據。

1 材料與方法

1.1 研究對象招募26名在校大學生參加實驗。其中女15名，男11名，年齡20～25(22.10±2.09)歲。被試均為右利手，視力或矯正視力正常。無神經系統疾病或精神病史。實驗前簽署知情同意書，實驗后給予一定的實驗報酬。本研究同時得到石河子大學醫學倫理委員會批準，批準文件編號：2018-032-01。

1.2 材料和儀器選取情緒圖片166張，其中146張來自國際情緒圖片系統，20張來自互聯網資源。根據情緒動機模型和以往研究，選擇美食和甜品圖片誘發高趨近動機狀態，選擇殘缺的肢體等圖片誘發高趨避動機狀態，選擇日常生活用品圖片誘發中性情緒狀態[7]。由于已有研究[8]證明圖片亮度會影響情感評級，故將所有情緒圖片和中性圖片亮度進行匹配，并使用Adobe Photoshop CS6調整為533×400像素。圖片在實驗過程中呈現于DELL 20英寸LCD顯示器的屏幕中央，背景為白色，分辨率1 440×900像素，刷新率100 Hz，視距為80 cm。

1.3 實驗程序實驗在隔音、亮度適中的電磁屏蔽腦認知實驗室內進行，通過E-prime 2.0隨機呈現刺激圖片。如圖1所示，每個試次中，首先呈現注視點(400～600 ms)，接著呈現一張情境圖片3 s，要求參與者對全部圖片進行效價(1分表示非常不愉悅，9分表示非常愉悅)、喚醒度(1分表示非常平靜，9分表示非常興奮)和動機強度(1分表示非常想接近，9分表示非常想遠離)的9級評分。實驗分為3個組塊，每個組塊中有104個試次，共計312個試次。每個組塊之間被試休息10 min以平復情緒，各維度的評定順序在被試間進行平衡。正式實驗前進行10個不納入分析的練習試次以保證被試熟悉實驗程序。

圖1 單試次流程圖

1.4 ERP記錄使用美國Neuroscan公司的Curry Neuroimaging Suite 7.0.3 XSBA記錄儀器，通過擴展的國際10～20系統64導電極帽記錄被試的腦電活動。數據采集時以單側乳突(M1)作為參考，于被試左眼上下1 cm處安置電極記錄垂直眼電(vertical electrooculogram，VEOG)，雙眼外側2 cm處放置的電極記錄水平眼電(horizontal electrooculogram，HEOG)。頭皮與記錄電極之間的阻抗小于5 kΩ。DC模式采集腦電，DC～100 Hz帶通濾波器在線濾除腦電數據，采樣頻率1 000 Hz/導。

1.5 ERP數據分析連續記錄原始腦電后進行離線處理，對實驗中情緒刺激引發的EEG進行疊加和平均。參考電極為左右乳突的平均電位，自動校正水平眼電和垂直眼電，濾波帶通為0.1～30 Hz，波幅大于±75 μV的腦電波被視為偽跡自動剔除。以刺激呈現前200 ms的腦電為基線，分析時程為1 200 ms。不同情緒條件下產生的ERP平均疊加次數不少于該種條件總刺激數的85%。

根據以往研究[9-10]并結合本研究的總平均波形圖(圖2)，分析了以下幾個ERP成分的平均波幅：P1(90～145 ms)和P2(205～255 ms)記錄電極為左枕葉(PO3、PO5、PO7)和右枕葉(PO4、PO6、PO8)，LPP(600～800 ms)選取FZ、FCZ、CZ、CPZ(標記為cp-LPP)分析頂區的LPP波幅。此外，為了驗證LPP波幅的半球不對稱性，選取左前額區(F3、F5、F7)和右前額區(F4、F6、F8)處的電極(標記為f-LPP)進行分析比較。

圖2 不同動機情緒類型P1、P2、LPP成分的地形圖

2 結果

2.1 行為結果由于10張圖片在效價、喚醒度和動機強度三個維度上與其他圖片材料差異較大被排除，所以只對每個類別中剩下的52張圖片進行分析。單因素重復測量方差分析顯示，三種情緒類別在效價上自我報告得分差異有統計學意義[F(2，102)=909.43，P<0.001，η2=0.95]。高趨近動機情緒中的愉悅度得分顯著高于中性和高趨避動機情緒(P<0.001)。同樣，三種情緒類別條件在喚醒度上差異有統計學意義[F(2，102)=303.69，P<0.001，η2=0.86]，高動機趨近和高動機趨避情緒的喚醒度顯著高于中性情緒(P<0.001)，且前兩者之間差異無統計學意義(P>0.05)。在動機強度上三種情緒條件自我報告得分差異有統計學意義[F(2，102)=875.49，P<0.001，η2=0.94]，事后比較發現，相比其他情緒，被試對高趨近動機情緒報告了更高的接近動機(P<0.001)，對高趨避動機情緒報告了更高的趨避動機(P<0.001)，見圖3。

2.2 ERP結果表1顯示了不同情緒條件下P1、P2波幅在左右枕區的平均幅值。3(情緒類型：高趨避動機、中性、高趨近動機)×2(半球：左、右)重復測量方差分析的結果顯示，P1波幅上僅情緒類型之間差異有統計學意義[F(2，50)=34.12，P<0.001，η2=0.58]，事后比較顯示，高趨避動機情緒下的P1波幅顯著大于中性[t(25)=7.13，P<0.001]和高趨近動機情緒條件[t(25)=2.08，P=0.048]；高趨近動機情緒條件下的P1波幅顯著大于中性狀態[t(25)=5.90，P<0.001]。即三種情緒條件下的P1波幅呈現圖4A、4B的趨勢：高趨避動機狀態>高趨近動機狀態>中性狀態。

表1 不同情緒啟動條件下的任務在左右枕區P1、P2的平均波幅值

圖3 不同類型情緒圖片的效價、喚醒度、 動機強度評定結果方差分析

與中性對照組比較：***P<0.001；與高趨避情緒組比較：###P<0.001

P2波幅上，結果顯示僅情緒類型之間差異有統計學意義[F(2，50)=36.89，P<0.001，η2=0.60]。事后比較顯示，高趨避動機和高趨近動機情緒條件下的P2分別顯著大于中性情緒[t(25)=7.81，P<0.001]、[t(25)=7.58，P<0.001]；但高趨近動機和高趨避動機情緒條件下的P2波幅差異無統計學意義[t(25)=1.42，P=0.167]。圖4A、4B顯示了三種情緒條件下的P2波幅呈現的趨勢：高趨避動機狀態=高趨近動機狀態>中性狀態。

不同情緒條件下cp-LPP波幅在4個電極位置上的平均波幅值見表2，單因素重復測量方差分析顯示情緒類型之間差異有統計學意義[F(2，50)=3.81，P=0.029，η2=0.13]，事后比較顯示，高趨避動機和高趨近動機情緒條件下的LPP波幅均顯著大于中性情緒[t(25)=3.21，P=0.004]、[t(25)=2.07，P=0.05]；前兩者之間的LPP波幅差異無統計學意義[t(25)=0.45，P=0.659]。見圖4C。

不同情緒條件下f-LPP波幅在6個電極位置上的平均波幅值見表2。3×2的重復測量方差分析結果顯示情緒類型之間差異有統計學意義[F(2，50)=6.05，P=0.004，η2=0.20]、情緒與半球交互作用有統計學意義[F(2，50)=5.557，P=0.007，η2=0.18]。事后比較顯示，高趨避動機和高趨近動機情緒條件下的LPP均顯著大于中性情緒[t(25)=2.88，P=0.008]、[t(25)=3.96，P=0.001]；前兩者之間的LPP波幅差異無統計學意義[t(25)=0.76，P=0.454]。簡單效應分析顯示，在高趨近動機情緒條件下，左側額區誘發的LPP波幅顯著大于右側額區[F(1，25)=7.99，P=0.009，η2=0.24]；在高趨避動機情緒條件下，左右額區誘發的LPP波幅差異無統計學意義[F(1，25)=0.30，P=0.589，η2=0.01]。在左側額區，高趨近動機情緒條件下誘發的LPP波幅顯著大于中性情緒[F(2，24)=7.28，P=0.003，η2=0.38]；而在右側額區，高趨避動機情緒條件下誘發的LPP波幅顯著大于中性情緒[F(2，24)=11.96，P<0.001，η2=0.50]，見圖4D、4E。

表2 不同情緒啟動條件下的任務在 不同位置上LPP的平均波幅值

3 討論

本文為考察個體在面對高趨近動機和高趨避動機刺激過程中的注意力捕獲和動機感知差異的潛在神經生理機制，通過事件相關電位方法比較了參與者在高趨近動機和高趨避動機圖片隨機視覺刺激誘發實驗過程中P1、P2和LPP波幅上的腦波差異。根據腦力負荷倒U形原理[11]，整個實驗過程中判斷任務比較容易，被試者腦力負荷處于中度水平，能夠集中注意力完成圖片注視和動機感受任務。

圖4 P1、P2、LPP成分的ERP波形圖

A：左枕區P1、P2波幅；B：右枕區P1、P2波幅；C：左額區LPP波幅；D：右額區LPP波幅；E：頂區LPP波幅

基于腦電研究結果來看，早期初級感覺加工階段顯示出雙側枕葉區高趨近動機和高趨避動機誘發的P1波幅均顯著大于中性情緒狀態。說明兩種動機情緒可能涉及部分相同的神經處理機制，這與先前的腦成像研究觀點一致，即當被試觀看愉快或不愉快的場景時，視覺皮質(例如雙側梭狀回、雙側枕葉皮質)神經活動的增強[2]。此外本研究中高趨避動機情緒誘發的P1波幅顯著大于中性和高趨近動機情緒，可能表明視覺皮質紋外區早期感覺加工階段高趨避動機系統占用更多的資源，這與大腦對厭惡恐懼等負性刺激敏感的加工系統觀點一致[5,12]。

在中期和晚期成分中，高趨避動機狀態和高趨近動機狀態的P2、LPP波幅顯著大于中性狀態，但前兩者之間的波幅差異并不顯著。該結果說明高趨近動機或高趨避動機的具體行動在環境中均能夠引起被試注意力高度關注和喚醒，從而調動機體進行應對行動并促進感知處理和信息收集[2]，這與情緒動機維度理論的研究相一致。當個體面對美食、性、可愛的動物等情境會促使個體去追求想要獲得的目標，抑制無關刺激的干擾，窄化注意范圍；當個體遇到威脅時(如被獵物追趕)，也需要縮小注意范圍，以便集中精力解決問題[13]。

值得注意的是，本研究中不同情緒動機條件下誘發的LPP波幅上存在顯著的腦區差別，即高趨近動機刺激在左前額區而高趨避動機刺激在右前額區表現出更強的情緒感知力。情緒效價理論的研究[10]顯示較大的左半球激活與積極情緒有關，較大的右半球激活與消極情緒有關。本研究表明前額皮質區域對情緒處理的不對稱性，具體表現在更大的左前額區激活與積極的高趨近動機的狀態和特征有關，而更大的右前額區激活與消極的高趨避動機的狀態和特征有關。說明情緒效價和動機性對于額區半球激活可能存在一定程度上的一致性。此外也有研究表明左半球激活程度較高的人相比右半球激活程度較高的人更多表現出積極樂觀的人格特質[14]，溫和親切的情緒與較大的左半球激活而憤怒情緒與更大的右半球激活相聯系[15]。可見，額區的不對稱激活是衡量情緒的重要指標。

綜上，情緒是人類社會普遍存在的一種復雜生理與心理現象，不同的情感體驗常常與某些特定的思維或行為傾向相聯系。在情緒視覺通道神經機制研究中，情境感知是誘發情緒簡便有效的方法之一。隨著情緒研究的深入，不同動機強度情緒刺激材料的規范化標準化研究是情緒研究中須重視與解決的問題。盡管本研究探索了高趨近動機和高趨避動機刺激在時間進程中的腦機制差異，但是最終評定的圖片數量有限，對于需要大量圖片的研究來說，數量上還需要進一步擴充。未來的研究需結合功能性核磁共振成像(fMRI)展開研究，從腦功能方面獲得更多證據。