情绪加工的早期事件相关电位成分的分析比较

杨　韵梁宗保张光珍

（1东南大学人文学院，南京 210096；2东南大学儿童发展与学习科学教育部重点实验室／儿童发展与教育研究所，南京 210096）

情绪加工的早期事件相关电位成分的分析比较

杨韵1梁宗保2张光珍2

（1东南大学人文学院，南京 210096；2东南大学儿童发展与学习科学教育部重点实验室／儿童发展与教育研究所，南京 210096）

情绪加工早期ERP成分主要包括P1（80－130ms）、N1（80－130ms）和N170（150－200ms）等。这些成分标定了情绪加工的不同脑电活动时间进程，具有不同的心理含义。P1成分对负性情绪敏感，反映了人类对于威胁性信息的快速识别，具有自动加工的性质。N1成分与情绪信息的注意选择密切相关，反应了人类对于情绪的加工启动。N170成分是面孔识别特异性的指标，被认为与面部表情结构以及面部表情加工编码有关。为了更好地掌握这些成分的含义，今后的研究可以从这几方面入手：（1）进一步检验P1成分是否对所有负性情绪都敏感。（2）明确N1成分与所有人类的注意有关，还是仅仅与情绪信息有关。（3）进一步明确区分N170是面孔结构编码指标还是面孔表情编码指标。

情绪加工；事件相关电位；ERP成分

1　前言

1.1情绪的界定

情绪分类取向认为情绪是个体在进化过程中发展出来的对刺激的适应性反应，该理论试图将情绪分为几种彼此独立的、有限的基本情绪。Ekman通过对跨文化面部表情普遍性的研究，认为存在快乐、悲伤、愤怒、恐惧、厌恶和惊讶6种基本情绪［1］。Izard从种族进化和个体的发展观点出发，提出情绪在发生上有其原型形式，这些原型形式都在进化中有其发生的渊源和适应价值。Izard将基本情绪分为兴趣、惊奇、痛苦、厌恶、愉快、恐惧和悲伤，后又增加害羞、轻蔑和自罪感三种［2］。尽管对现有的基本情绪分类是否包含了人类所有的情绪经验尚存争议，但大部分研究者接受这种观点，并且使用基本情绪进行了广泛的研究。

情绪维度取向则认为情绪是高度相关的连续体，是一种较为模糊的状态，很难区分出各种具体情绪，各种情绪在几个基本维度上高度相关，所以应该从情绪的不同维度或核心进行阐释。Russell认为可采用圆环来表示情绪的结构：愉悦和唤醒分别是圆环的两个主轴，各种情绪较为均匀地分布在圆环中，即为情绪的环形结构模型。由此进一步发展成为效价与唤醒度。效价是对愉悦—不愉悦的体验，从一个极端通过中间点到另一个极端；而唤醒是对活力或能量的感受。情绪就是效价和唤醒两神经系统的不同程度激活及对这种激活体验的认知理解，例如，高兴情绪是愉悦神经系统的高度激活与唤醒神经系统的中度激活相结合的主观体验产物［3］。

在情感神经科学的研究中，研究者通常是将两种取向结合在一起，在评定刺激材料时经常以效价与唤醒度为指标，常常以Ekman的六种基本情绪与中性一起作为效价评定的项目。一般认为，效价与唤醒度之间并不是相互独立的，当在评定一张图片极度愉快或者极度不愉快时，常常给予更高的唤醒度等级；给予低唤醒度时，对于效价的评定也更为中性。在对声音与词汇材料评定时，也会出现这样的相互影响。

1.2情绪加工的事件相关电位研究

人类在情绪唤醒或情绪加工过程中，大脑神经活动的时间进程一直是情感神经科学研究关注的热点问题。事件相关电位（ERP，event related potential）通过记录头皮表面事件诱发电位来分析脑皮层神经活动，其原理是：大脑在工作时，神经细胞中离子的运动产生电流，在头皮表面形成微弱电位，多次进行重复刺激，我们可以通过高灵敏电极和放大器来探测头皮上的电位，从而对相同刺激下记录到的电位数据进行叠加平均以过滤噪声，得到与刺激相关的脑电，对其进行分析。相比于其他认知神经科学的方法，事件相关电位具有很高的时间分辨率，可以为情绪研究提供独特的视角，帮助人们认识情绪加工过程中大脑活动的时间进程和脑区激活的优先顺序［4］。

事件相关电位具有不同的成分，因为事件相关电位的出现是一种特殊的大脑诱发电位，是通过赋予刺激特殊心理意义而被探测到，所以不仅仅是大脑单纯生理活动的表现，而且映射出人类的某些心理活动。所以，不同的事件相关电位成分可以在一定程度上代表不同的心理意义，我们通过分析这些成分，推测出人类的某些心理过程。因此，越来越多的研究者选择使用事件相关电位来测量情绪。

2　情绪加工的早期ERP成分

大脑对面部表情的加工过程可以分为早期的知觉探测，中期的情绪信息提取和晚期的高级认知加工三个阶段，每个阶段都具有独特的ERP成分，每种成分都反映了不同的情绪加工过程［5］。对早期ERP成分的分析，可以让我们更清楚地了解大脑对于情绪的加工过程的初级阶段。通过对情绪加工的ERP研究进行梳理，我们发现情绪加工ERP早期成分主要集中在P1、N1和N170等上，下面逐一进行介绍。

2.1P1成分——负性情绪的敏感指标

一般来说，P1主要见于两侧枕叶［6］，峰值一般出现在刺激呈现后的100～130ms，也有研究表明P1可能出现在刺激呈现后的80ms［7］。与中性或者正性面孔相比，负性情绪（恐惧或者愤怒）能引发更强的枕颞区的P1［8］。P1不仅潜伏期很短，而且具有自动加工的特性，在外显加工任务（如表情分类）与内隐加工任务（如面孔性别判断）中，表情刺激均会在此阶段引发情绪效应［9］。在表情加工中，P1可能反映了神经通路对表情早期不精确但是快速的分类［10］，或者是对负性情绪面孔的低空间分辨率信息的高度敏感性［8］。但也有研究发现P1会受刺激材料物理差异的影响，比如图片呈现的位置［11］。然而，Luo等人采用快速系列视觉呈现范式的表情加工研究，在已经控制了明度、图片呈现位置、空间分辨率等低水平物理差异的情况下却仍然出现了表情的P1效应［12］。这说明表情的面孔结构编码确实快于初级加工，但只有具有威胁性的表情（例如恐惧）才会出现P1效应，并且由于注意瞬脱的研究范式诱发出了P1，可以表明P1同时具有一定的无意识水平。但是，在Pegna，Landis和Khateb的阈下知觉任务的研究中发现，表情刺激不能在此阶段产生表情效应［13］。这说明任务类型会影响这个阶段的无意识加工，P1并非对于所有的任务都呈现无意识加工特性，只有在注意瞬脱任务中，P1成分才能表现出无意识加工的特性。任务之间的差异也会引起P1的增幅的变化。当使用“Oddball”范式进行实验，当被试有更高程度参与、且有心理预期地观察情绪图片时，P1效应显著［14］，这也说明P1对于有预想的刺激反应更加明显，而要求被试只观看情绪图片时，则无法观察到P1的出现［15］。不光在情绪面孔图片中会出现P1效应，在静态身体动作图片中也可以诱发出P1。在Gu等人的重复刺激判断情绪（高兴、恐惧）的实验中，对比高兴面孔的身体姿态，P1对于恐惧的身体姿态的反应是迅速且自动化的［16］。

可见，大部分研究者都认为P1成分可以作为反映早期视觉处理的注意指标，当带有情绪性的刺激呈现在被试面前时，则会诱发出P1。那么P1对于所有的负性情绪的敏感程度会不会存在显著性的差异？现有的研究大多是从面孔图片情绪方面来研究P1，最常用的图片刺激材料主要是以西方人面孔为主的，而在今后研究中，可以尝试使用更加多样的材料呈现情绪刺激，可以考察在相似实验范式下，其他材料是否也能诱发P1效应，从而为P1的研究提供更广泛性的证据。

2.2N1成分——情绪加工敏感指标

在与P1成分差不多的时间窗中，会出现一个与P1波幅走向相反的成分，一般将其称为N1成分。该成分一般在顶叶中央部位被观察到，其峰值大约出现在刺激呈现后的130ms［15］。N1对于情绪性刺激更为敏感［17］，而且被认为是情绪内容的早期视觉加工的反映。N1不仅对情绪性刺激的加工反应灵敏，而且与注意的联系更为密切。P1与N1对刺激的物理特征很敏感，而且它们都反映了视觉皮层纹外区的早期知觉加工。N1对于“负性偏好”的效应更为明显，在一项对于情绪性图片注意习惯的研究中发现，N1显示出了对于习惯注意不同的注意模式，即相比于正性与中性情绪图片刺激，负性情绪更能引起和维持注意，而研究中没有发现P1效应［18］。但也有不同的证据表明，N1并不是对于负性表情刺激反应敏感。在同样刺激材料的实验中，却没有发现N1“负性偏好”的效应［19］。Weinberg和Hajcak也使用了相同刺激材料和相似实验设计，结果发现N1出现了情绪效应，但并没有对负性刺激反应更为显著［20］。

目前，尚未有证据表明，N1也具有无意识加工特性。P1与N1虽然在潜伏期上差异并不显著，但是N1在情绪加工实验中得到的结果却与P1有显著差异。尽管P1与N1都是情绪加工的早期成分，但对于N1的研究还远没有P1充足，关于两者之间的区别，特别是对于N1效应的讨论也有待于探索和完善。

2.3N170——面部编码指标

N170是在面孔刺激呈现后170 ms左右出现的、分布在枕颞区的负波。该成分可能是对面孔结构快速编码的一种脑电活动指标，被认为是面孔识别的特异性成分。研究指出，相比左半球的N170，右半球的N170波幅更大且潜伏期更短［21］。N170源定位于梭状回面孔区（fusiform face area，FFA）［22］，不受注意控制的影响，反映了枕颞区皮层（occipito－temporal cortex）对面孔结构的初级编码［21］。在N170发现之初，人们认为其仅仅代表了面孔的特异性，后来研究者认识到N170是对面部结构进行编码时才会出现的特异性指标。在Rossion等人的研究中，他们使用直立的与倒立放置的人类面孔、房子与车子等中性刺激和一个人工合成的新奇刺激，结果发现N170不单单在人类面孔诱发下出现，在新奇物体的刺激下也会诱发［23］。出现这种结果的原因可能是该新奇物体具有与人类面孔相似的特征，例如平整的前额，左右对称，看起来就像是人类面孔。面孔加工模型认为表情加工与面孔结构加工是两条平行且独立的通道。基于该理论，研究者认为面孔中的表情信息的出现可能与N170的产生没有直接关系，只要出现人类面孔就会诱发出N170；另一种则是在对面孔的识别过程中，N170对于表情的加工优先于结构加工。目前，这两种说法都有很多证据支撑。例如，Ashley等人采用重复刺激识别任务的研究发现，情绪性刺激与中性表情引发的N170波幅没有显著差异，而面孔的倒立会使N170延后出现［24］。Holmes等人使用考察视觉空间注意的实验研究表明，无论面孔图片的位置是否得到充分注意，表情的种类并不会影响N170的波幅变化［25］。在另一个采用相似实验范式的研究中，实验程序从之前的恐惧、中性、高兴三种类型改为使用六种基本情绪，结果也仍然没有发现表情的N170效应［26］。然而，也有研究提出了相反的证据，即N170对面孔情绪加工比结构更敏感。如Rellecke，Sommer和Schacht在一项研究中，让被试对高兴、愤怒和中性三种情绪进行外显或是内隐加工，结果发现，无论是外显加工还是内隐加工，由表情刺激引发的N170波幅均大于中性表情［9］。即使被试执行的是完全内隐加工任务，恐惧表情引发的N170波幅也大于中性表情［27］，并且在注意瞬脱条件下情绪面孔引发的N170波幅依然大于中性表情［12］，因而N170也可看作是对表情加工的特异性成分。在中央电极区有一个与N170对应的正成分，即顶点中央正成分（vertex positive potential，VPP）。有研究认为 VPP与N170具有相同的皮层发生源，很可能是N170在额中央区的极性反转［28］。但是也有研究认为VPP和N170的皮层发生源是独立的［29］。VPP可能受到面孔情绪的调节，情绪面孔比中性面孔诱发更大的VPP波幅［12］。VPP有时比N170对表情信息更加敏感，但N170成分却不受影响［24］，研究者认为参考电极的不同可能是造成这种差异的原因［28］。N170、VPP对面孔各个部件的细节以及整个面孔的构造进行初步加工，但此阶段得到的信息仅可用于区分情绪性面孔和中性面孔，即实现情绪与非情绪信息的分离［30］。

总之，对于N170到底是对面孔结构加工还是表情加工的特异性成分，或者N170是面孔结构加工与表情加工合二为一的成分尚存在争论，需要后续更加精妙的实验设计来为N170成分特异性进行区分。

3　问题与展望

第一，我们知道，要研究脑机制，应该不仅仅从时间进程考虑，还需要从空间入手。事件相关电位虽然有着极高的时间分辨率，但是在空间分辨率方面有很大不足，只能采集分布在头皮表面的脑电信号，通过计算来取得脑区激活的信息。事件相关电位技术并不能直接判断出这些成分是来自于大脑中的具体哪个部位，只能做出大概粗略的估计，例如是顶区还是额区，不能直接定位到是来自于海马还是杏仁核。虽然对脑电信号的采集是直接客观的，但是对于数据的分析还是需要借助不同的算法与软件，因而可能会出现同一批实验数据在使用了不同的方法、程序和软件处理之后，得到的结果是不同的，所以对于算法的使用也是我们在研究中所需要注意的问题，对于各种定位算法的可靠性也有待进一步的证实。研究者从复杂的脑电图中提取能够代表心理过程的ERP成分，也是基于前人研究中提出的前提假设，这些假设是针对于不同的实验研究提出的，存在一定的局限性，这些成分是否能够有效地反映心理过程亦需要更深层次的探索。对于情绪脑机制的研究，单靠事件相关电位技术还是存在一定局限性的，在未来对于情绪的研究，更多的涉及到多种手段技术相结合的方法，例如功能性核磁共振成像技术具有很高的空间分辨率，可以与事件相关电位技术结合起来使用，为情绪的研究提供多方面的证据。

第二，在情绪刺激材料方面，有的研究采用的是图片，有的是视频，还有的是语义词汇。对于静态图片来说，大多数研究采用的还是情绪面孔，而身体姿态往往也传达出同样重要的情绪信息，除此之外，一些场景图片也会诱发出人们不同的情绪体验。在研究中可以考虑采用多种情绪呈现的方式诱发情绪。现在多数情绪识别实验中研究者使用的还是以西方人面孔为主的图片库（IAPS），而由中国学者罗跃嘉等人编制的一套标准化的情绪刺激图片系统CAPS（Chinese affective picture system）则是较为本土化的标准情绪刺激图片库［31］。种族和文化差异是情绪加工研究中无法忽视的因素，所以在对于面孔加工的实验研究中，中国的研究者可以对CAPS与IAPS的实验评定效果进行对比，进行更为本土化的研究。刺激材料的状态是否也可能会导致情绪加工的脑电活动出现差异，例如视频与图片比较，一个是静态一个是动态呈现，虽然都可以诱发情绪，但两者之间在唤醒程度、动机维度上有何不同也有待于进一步去探索发现。例如，有研究使用被动观看情绪词汇的实验方式发现，情绪词汇并不会引发被试的P1与N1效应［32］。这说明不同情绪材料给予被试的体验也不同。那么，对于不同性质的材料所诱发出的波幅与潜伏期的差异到底由情绪本身所导致，还是由于材料的性质所引发，这需要我们后续的研究进一步确证。

第三，取样问题。性别、年龄、种族会对实验数据产生影响。从已有的实证研究来看，大部分实验选取的都是大学生。例如，在Ashley等人进行的重复刺激识别任务的研究中并未发现P1与N1效应，他们对此的解释是可能由于被试年龄的原因，实验中被试的年龄平均值在52岁左右，有可能是因为年纪稍长者与年轻人表情加工的大脑皮层网络不同，年长者更多使用前额区域而不是杏仁核与边缘系统；也有可能是随着年纪的增大，降低了对某些负性情绪的知觉程度，尤其是恐惧与愤怒［24］。而且有些实验被试的性别存在一边倒的问题，这些就对实验的外部效度产生了影响，在这些条件的制约下，我们的结果在多大程度上能够用于广泛的社会实践呢？

第四，普遍的观点认为N170是面孔特异性成分，现阶段所存在的争论是，N170到底反映了面孔结构编码还是面孔特征的编码。当刺激呈现时，如果可以发现在所有表情下诱发的N170均不存在显著性差异，那么我们可以假设其反映的是面孔的结构编码，其对于情绪特征并不敏感；反之，则说明N170是对于面孔的表情特征编码。将来的研究应对该问题进行探索，这需要我们采用一些技术，把表情信息从面孔结构中分离出来。

4　结语

综上所述，在情绪的脑电研究中仍有很多问题等待研究者去解决，虽然研究的方法并不能尽善尽美，情绪的复杂性也给研究结果带来很大差异，但是可以肯定的是随着研究的技术与手段会得到很大的提高。它可以帮助我们揭示情绪加工过程中，大脑在时间和空间上的变化情况，从而刻画出情绪加工的脑机制，它也必将更加准确地揭示出情绪和大脑之间的映射奥秘。

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The Analysis about Early ERPs for Emotion Processing

Yang Yun1，Liang Zongbao2，Zhang Guangzhen2
（1 School of Humanities，Southeast University，Nanjing 210096；2 Research Center for Learning Science／Key Laboratory of Child Development and Learning Science，Ministry of Education，Southeast University，Nanjing 210096）

The ERP components are related to emotion processing include P1（80～130ms），N1（80～130ms）and N170（150～200ms）.These components represent different stage of emotion process and thus have different mental meaning.P1 is sensitive to negative emotion，such as fear and anger，reflects a rapid and automatic identification to threaten－related stimuli.N1 is sensitive to emotional stimuli and more close related to attention.N170 is the index of face－specific，which implicates the process to code the structure and expression.Future research should extend the understanding of these components by exploring：（1）Whether P1 is sensitive to all negative emotion.（2）Whether N1 has automatic processing.（3）N170 is the index of facial structure code or expression code.

emotion process；event related potential；ERP components

江苏省自然科学基金（BK20130609；BK20130610）

梁宗保，男，副教授，博士。Email：liangzongbao225＠163.com