面部表情刺激脑功能磁共振成像研究进展

天津市滨海新区汉沽医院（300480）许刚 么喜存

天津医科大学总医院（300052）张权

情绪是个体与环境意义事件之间关系的反映。几十年来，人们运用各种手段研究面部表情、情绪和大脑的关系，以期了解情绪产生和保持的脑功能机制。而基于血氧水平依赖的功能性磁共振（fMRI）技术能够区分不同类型的情绪面部表情刺激，从而分离不同的情绪，并且在评估情感疾病治疗的效果以及预后等方面都具有很大潜力，这些特点使得fMRI在情绪、情感的脑影像学研究中具有重要意义。

1 面部表情概述

1.1 面部表情种类 情绪面部表情至少包括六种：高兴、惊奇、恐惧、难过、愤怒和厌恶，代表社会交往中的接受或者拒绝，而中性面部表情则很少包含即时的社交信息。fMRI研究中使用的面部表情包括有正性（高兴）、负性（难过、愤怒、恐惧、厌恶）和中性。其中，高兴和难过面部表情使用最多，惊奇面部表情由于容易被错认为恐惧而很少使用。一些研究还使用某些处理过的面部表情，如：模糊面孔、倒置面孔、面具样面孔（去除头发，耳朵等特征性部分）。

1.2 面部表情刺激模式 目前fMRI研究中使用的面部表情刺激模式主要有两种——外显性和内隐性任务。其中，外显性任务是让个体判断面部表情的情绪类型，或者让个体判断面部表情情绪状态的强度（50%高兴或100%高兴等）[1]。内隐性任务多为判断面孔的性别、身份认同以及熟悉性判断。

2 面部表情识别的功能神经解剖基础

Sergent是最早在fMRI研究中使用面部表情刺激的学者，他认为面部表情的辨别需要3个特殊皮层脑区的功能整合——右侧舌回、右侧梭状回、右侧海马和颞叶前部[2]。Phan等[3]对55个研究正常个体面部表情刺激的PET（43个）和fMRI（12个）研究进行了meta分析，发现前额叶中部普遍性参与各种类型情绪面孔的加工处理过程。Phillips等[4]总结前人研究后提出，情绪加工依靠两个神经机能系统：①腹侧系统，包括：杏仁核、岛叶、纹状体腹侧、前扣带回及前额叶腹侧等脑区，主要负责鉴别情绪意义和产生情绪状态，以及非注意状态下的情绪调节。②背侧系统，包括：海马、前扣带回及前额叶背侧，主要负责注意状态下的情绪调节。

不同类型的面部表情能激活不同的脑区，也能激活同样的脑区，但激活程度有所差异。目前较为一致的fMRI研究结果显示，参与对情绪性面部表情反应的神经系统可能包括：前额叶、眶额皮质、扣带回、颞上回和颞中回、梭状回、腹侧纹状体、丘脑、杏仁核、海马、岛叶前部、小脑等多个脑区[5～7]。

2.1 前额皮质 可分为眶部、内侧部及外侧部，与其他脑区有着丰富的纤维连接。经研究发现，前额皮质内侧部参与多种情绪的加工，可能为不同情绪加工时的共同环节[8]，其腹外侧部主要参与情绪意义的识别及情绪行为的产生，而背外侧及背内侧部主要参与情绪状态及情绪行为的调节[4]。

2.2 前扣带回皮质 扣带回位于胼胝体的上方，绕胼胝体的轮廓走行，经过压部后，在海马回内继续前行，几乎到达颞极。扣带回是边缘系统的一部分，扣带回的纤维联系广泛。根据其细胞结构的特点，可以把扣带回分为前扣带回（ACC）和后扣带回两个部分。前扣带回皮质位于胼胝体膝部的前面和腹侧，各自称为膝前区和膝下区。ACC 主要参与情绪信息的编码。悲伤情绪可激活胼胝体下扣带回皮质（SCC），主要是前扣带回膝下区皮质[8]。在情绪加工中，右侧前扣带回膝下区促使内脏反应的生成，而左侧膝下区负责调节该反应[9]。

2.3 杏仁核 位于颞叶前部、海马旁回钩深部、侧脑室下角尖端上方的灰质核团，背邻豆状核，尾侧与尾状核相连。杏仁核与恐惧具有强相关性，在识别和维持恐惧情绪中有重要作用，也参与其他情绪的加工，如：厌恶、悲伤及喜悦等，可能主要与情绪的重要性、刺激的显著性有关，而与效价无关[8]。研究发现，恐惧面孔及恐惧场景均可激活双侧杏仁核，但恐惧面孔对杏仁核的激活更显著，且右侧激活程度强于左侧[10][11]。

2.4 基底神经节 喜悦以及厌恶均可激活基底神经节[8]。基底神经节由尾状核、壳核及苍白球等组成，与运动皮质有丰富的联系，在运动的诱发和执行过程中起重要作用，其被激活反映了机体面对喜悦和厌恶刺激时可能将要采取获取性或退缩性行为。

2.5 岛叶 位于外侧沟底部，几乎完全被环状沟围绕，被相邻的皮质区生长所覆盖。脑岛被表面的岛中央沟分为较大的前部和较小的后部，前部被浅沟分为3～4个短回，后部则为一个大的长回[12]。岛叶前部接收来自丘脑腹内侧核及杏仁核的投射纤维，同时岛叶前部也有纤维向杏仁核投射；而岛叶后部与次级感觉皮层相连，并与来自丘脑的腹后下核间有脊髓丘脑束相连。通过对人脑部损伤和病变的影像学研究得出，岛叶皮质可能与自我负性情绪和其他原因引起的负性情绪的产生有关[13]。当负性情绪成分出现时，岛叶皮层可以被激活。

2.6 海马 海马结构是大脑边缘系统的一部分，包括：齿状回、海马和下托。解剖资料显示，海马结构通过直接或间接的投射与丘脑、下丘脑、中脑网状结构以及广泛的皮质区相互连接。海马主要参与面部表情的熟悉性加工，而不是面部表情自身，在面部表情加工中海马的激活主要是参与记忆提取，同时还参与情绪反应或情绪控制[14][15]。

2.7 小脑 小脑具有除运动功能以外的其他重要功能，如：认知功能及语言处理功能等。Leiner等[16]研究发现，小脑齿状核有纤维投射到Brodmann4区、6区、8区及Broca 区，参与运动、语言（找词和表达词）和认知功能。

3 面部表情fMRI在精神障碍疾病中的应用进展

3.1 抑郁症 是由多种原因引起的以持久抑郁心境、情绪低落为主要症状的一组情感障碍。研究表明，大脑前额叶的功能异常在抑郁症的发病过程中有重要的作用。临床上左侧前额叶皮质的梗塞很容易引起梗塞后抑郁症。Beaugard[17]等用功能性磁共振fMRI技术完成的研究中，情绪电影片段诱发正常被试和抑郁者的悲伤心境与控制组相比，两组被试的前额叶均有激活，但抑郁者的激活更大。Irwin[18]等的研究显示，负性图片刺激在两组受试者前额叶皮层，杏仁核的激活强度有显著性差异，抑郁症患者组倾向于对负性刺激产生更强烈激活反应。杏仁体也是大多数学者研究抑郁症的一个重要感性区[19]。此外，与抑郁症情绪活动相关的脑区还包括：腹侧纹状体、海马、岛叶、梭状回、丘脑。

3.2 精神分裂症 是以思维、情感、行为、意志等多方面障碍及精神活动与环境不协调为主要特征的一类常见的重性精神病。近十年来，功能影像学成功地探讨了人脑组织的特点是脑区功能的分化，功能分化的脑区常表示为统计参数图中的激活位置，而此脑区则被认为与扫描时所定义的任务有关，如：感知、认知加工或运动。精神分裂症的fMRI 研究大多使用这种基于刺激或任务的研究设计。其中，又以测验较为常用，n-back 测验是测量工作记忆的常用方法，它主要包括信息存储和执行控制两个过程，是一种反映工作记忆能力的“延迟反应作业”。n-back 测验可刺激人或灵长类动物的额叶、顶叶、颞叶和扣带回皮质，尤以前额叶皮质为主。前额叶是精神分裂症中研究得最多的脑区之一。目前，现在普遍认为精神分裂症患者的前额叶功能异常致其工作记忆缺陷，但是其功能异常的性质（增强或减弱） 尚不清楚。前额叶功能障碍（前额叶功能低下） 在精神分裂症的症状学和认知缺陷中起最主要作用。

情绪fMRI研究中仍有很多问题有待解决，fMRI技术对正常的和病态的情绪研究均具有重要作用，将为情感疾病的研究开辟更多新的途径，为人类情绪产生和保持机制的解析做出重大贡献。