情绪动机方向诱发额叶皮质不对称激活的神经机制研究

王安琪，朱海东,2，朱 洵,2，乔亲才,2

情绪是人类社会普遍存在的一种复杂生理与心理现象，不同的情感体验常常伴随着生物体心率、血压和大脑活动的变化[1]。趋近和趋避动机系统是人类为协调一系列复杂社会活动而进化来的适应性行为，与生物体保护资源和抵御威胁的生存动力相关。以往研究[2]表明无论是趋近还是趋避动机系统，其激活过程都能促进生物体迅速感知和处理信息，并唤醒机体采取应对措施。事件相关电位(event-related potentials，ERP)技术可以精确记录头皮表面的诱发电位来分析不同情绪感知过程中脑皮质神经活动的瞬息变化[3-4]。其中，早期知觉探测P1成分反映了视觉处理的注意偏向；P2成分多与注意分配有关[5]；晚期高级认知加工阶段LPP成分是衡量动机水平的重要指标[6]。该研究从国际情绪图片系统中筛选出美食和残缺肢体等情绪图片与中性背景叠加组合成复合场景图片，结合事件相关电位技术，对比在不同动机方向情绪下注意力捕获和情绪感知脑区不对称性激活与诱发ERP参数在时间进程与空间分布方面的差异，为情绪调节和情绪障碍疾病的诊断与治疗提供依据。

1 材料与方法

1.1 研究对象招募26名在校大学生参加实验。其中女15名，男11名，年龄20～25(22.10±2.09)岁。被试均为右利手，视力或矫正视力正常。无神经系统疾病或精神病史。实验前签署知情同意书，实验后给予一定的实验报酬。本研究同时得到石河子大学医学伦理委员会批准，批准文件编号：2018-032-01。

1.2 材料和仪器选取情绪图片166张，其中146张来自国际情绪图片系统，20张来自互联网资源。根据情绪动机模型和以往研究，选择美食和甜品图片诱发高趋近动机状态，选择残缺的肢体等图片诱发高趋避动机状态，选择日常生活用品图片诱发中性情绪状态[7]。由于已有研究[8]证明图片亮度会影响情感评级，故将所有情绪图片和中性图片亮度进行匹配，并使用Adobe Photoshop CS6调整为533×400像素。图片在实验过程中呈现于DELL 20英寸LCD显示器的屏幕中央，背景为白色，分辨率1 440×900像素，刷新率100 Hz，视距为80 cm。

1.3 实验程序实验在隔音、亮度适中的电磁屏蔽脑认知实验室内进行，通过E-prime 2.0随机呈现刺激图片。如图1所示，每个试次中，首先呈现注视点(400～600 ms)，接着呈现一张情境图片3 s，要求参与者对全部图片进行效价(1分表示非常不愉悦，9分表示非常愉悦)、唤醒度(1分表示非常平静，9分表示非常兴奋)和动机强度(1分表示非常想接近，9分表示非常想远离)的9级评分。实验分为3个组块，每个组块中有104个试次，共计312个试次。每个组块之间被试休息10 min以平复情绪，各维度的评定顺序在被试间进行平衡。正式实验前进行10个不纳入分析的练习试次以保证被试熟悉实验程序。

图1 单试次流程图

1.4 ERP记录使用美国Neuroscan公司的Curry Neuroimaging Suite 7.0.3 XSBA记录仪器，通过扩展的国际10～20系统64导电极帽记录被试的脑电活动。数据采集时以单侧乳突(M1)作为参考，于被试左眼上下1 cm处安置电极记录垂直眼电(vertical electrooculogram，VEOG)，双眼外侧2 cm处放置的电极记录水平眼电(horizontal electrooculogram，HEOG)。头皮与记录电极之间的阻抗小于5 kΩ。DC模式采集脑电，DC～100 Hz带通滤波器在线滤除脑电数据，采样频率1 000 Hz/导。

1.5 ERP数据分析连续记录原始脑电后进行离线处理，对实验中情绪刺激引发的EEG进行叠加和平均。参考电极为左右乳突的平均电位，自动校正水平眼电和垂直眼电，滤波带通为0.1～30 Hz，波幅大于±75 μV的脑电波被视为伪迹自动剔除。以刺激呈现前200 ms的脑电为基线，分析时程为1 200 ms。不同情绪条件下产生的ERP平均叠加次数不少于该种条件总刺激数的85%。

根据以往研究[9-10]并结合本研究的总平均波形图(图2)，分析了以下几个ERP成分的平均波幅：P1(90～145 ms)和P2(205～255 ms)记录电极为左枕叶(PO3、PO5、PO7)和右枕叶(PO4、PO6、PO8)，LPP(600～800 ms)选取FZ、FCZ、CZ、CPZ(标记为cp-LPP)分析顶区的LPP波幅。此外，为了验证LPP波幅的半球不对称性，选取左前额区(F3、F5、F7)和右前额区(F4、F6、F8)处的电极(标记为f-LPP)进行分析比较。

图2 不同动机情绪类型P1、P2、LPP成分的地形图

2 结果

2.1 行为结果由于10张图片在效价、唤醒度和动机强度三个维度上与其他图片材料差异较大被排除，所以只对每个类别中剩下的52张图片进行分析。单因素重复测量方差分析显示，三种情绪类别在效价上自我报告得分差异有统计学意义[F(2，102)=909.43，P<0.001，η2=0.95]。高趋近动机情绪中的愉悦度得分显著高于中性和高趋避动机情绪(P<0.001)。同样，三种情绪类别条件在唤醒度上差异有统计学意义[F(2，102)=303.69，P<0.001，η2=0.86]，高动机趋近和高动机趋避情绪的唤醒度显著高于中性情绪(P<0.001)，且前两者之间差异无统计学意义(P>0.05)。在动机强度上三种情绪条件自我报告得分差异有统计学意义[F(2，102)=875.49，P<0.001，η2=0.94]，事后比较发现，相比其他情绪，被试对高趋近动机情绪报告了更高的接近动机(P<0.001)，对高趋避动机情绪报告了更高的趋避动机(P<0.001)，见图3。

2.2 ERP结果表1显示了不同情绪条件下P1、P2波幅在左右枕区的平均幅值。3(情绪类型：高趋避动机、中性、高趋近动机)×2(半球：左、右)重复测量方差分析的结果显示，P1波幅上仅情绪类型之间差异有统计学意义[F(2，50)=34.12，P<0.001，η2=0.58]，事后比较显示，高趋避动机情绪下的P1波幅显著大于中性[t(25)=7.13，P<0.001]和高趋近动机情绪条件[t(25)=2.08，P=0.048]；高趋近动机情绪条件下的P1波幅显著大于中性状态[t(25)=5.90，P<0.001]。即三种情绪条件下的P1波幅呈现图4A、4B的趋势：高趋避动机状态>高趋近动机状态>中性状态。

表1 不同情绪启动条件下的任务在左右枕区P1、P2的平均波幅值

图3 不同类型情绪图片的效价、唤醒度、 动机强度评定结果方差分析

与中性对照组比较：***P<0.001；与高趋避情绪组比较：###P<0.001

P2波幅上，结果显示仅情绪类型之间差异有统计学意义[F(2，50)=36.89，P<0.001，η2=0.60]。事后比较显示，高趋避动机和高趋近动机情绪条件下的P2分别显著大于中性情绪[t(25)=7.81，P<0.001]、[t(25)=7.58，P<0.001]；但高趋近动机和高趋避动机情绪条件下的P2波幅差异无统计学意义[t(25)=1.42，P=0.167]。图4A、4B显示了三种情绪条件下的P2波幅呈现的趋势：高趋避动机状态=高趋近动机状态>中性状态。

不同情绪条件下cp-LPP波幅在4个电极位置上的平均波幅值见表2，单因素重复测量方差分析显示情绪类型之间差异有统计学意义[F(2，50)=3.81，P=0.029，η2=0.13]，事后比较显示，高趋避动机和高趋近动机情绪条件下的LPP波幅均显著大于中性情绪[t(25)=3.21，P=0.004]、[t(25)=2.07，P=0.05]；前两者之间的LPP波幅差异无统计学意义[t(25)=0.45，P=0.659]。见图4C。

不同情绪条件下f-LPP波幅在6个电极位置上的平均波幅值见表2。3×2的重复测量方差分析结果显示情绪类型之间差异有统计学意义[F(2，50)=6.05，P=0.004，η2=0.20]、情绪与半球交互作用有统计学意义[F(2，50)=5.557，P=0.007，η2=0.18]。事后比较显示，高趋避动机和高趋近动机情绪条件下的LPP均显著大于中性情绪[t(25)=2.88，P=0.008]、[t(25)=3.96，P=0.001]；前两者之间的LPP波幅差异无统计学意义[t(25)=0.76，P=0.454]。简单效应分析显示，在高趋近动机情绪条件下，左侧额区诱发的LPP波幅显著大于右侧额区[F(1，25)=7.99，P=0.009，η2=0.24]；在高趋避动机情绪条件下，左右额区诱发的LPP波幅差异无统计学意义[F(1，25)=0.30，P=0.589，η2=0.01]。在左侧额区，高趋近动机情绪条件下诱发的LPP波幅显著大于中性情绪[F(2，24)=7.28，P=0.003，η2=0.38]；而在右侧额区，高趋避动机情绪条件下诱发的LPP波幅显著大于中性情绪[F(2，24)=11.96，P<0.001，η2=0.50]，见图4D、4E。

表2 不同情绪启动条件下的任务在 不同位置上LPP的平均波幅值

3 讨论

本文为考察个体在面对高趋近动机和高趋避动机刺激过程中的注意力捕获和动机感知差异的潜在神经生理机制，通过事件相关电位方法比较了参与者在高趋近动机和高趋避动机图片随机视觉刺激诱发实验过程中P1、P2和LPP波幅上的脑波差异。根据脑力负荷倒U形原理[11]，整个实验过程中判断任务比较容易，被试者脑力负荷处于中度水平，能够集中注意力完成图片注视和动机感受任务。

图4 P1、P2、LPP成分的ERP波形图

A：左枕区P1、P2波幅；B：右枕区P1、P2波幅；C：左额区LPP波幅；D：右额区LPP波幅；E：顶区LPP波幅

基于脑电研究结果来看，早期初级感觉加工阶段显示出双侧枕叶区高趋近动机和高趋避动机诱发的P1波幅均显著大于中性情绪状态。说明两种动机情绪可能涉及部分相同的神经处理机制，这与先前的脑成像研究观点一致，即当被试观看愉快或不愉快的场景时，视觉皮质(例如双侧梭状回、双侧枕叶皮质)神经活动的增强[2]。此外本研究中高趋避动机情绪诱发的P1波幅显著大于中性和高趋近动机情绪，可能表明视觉皮质纹外区早期感觉加工阶段高趋避动机系统占用更多的资源，这与大脑对厌恶恐惧等负性刺激敏感的加工系统观点一致[5,12]。

在中期和晚期成分中，高趋避动机状态和高趋近动机状态的P2、LPP波幅显著大于中性状态，但前两者之间的波幅差异并不显著。该结果说明高趋近动机或高趋避动机的具体行动在环境中均能够引起被试注意力高度关注和唤醒，从而调动机体进行应对行动并促进感知处理和信息收集[2]，这与情绪动机维度理论的研究相一致。当个体面对美食、性、可爱的动物等情境会促使个体去追求想要获得的目标，抑制无关刺激的干扰，窄化注意范围；当个体遇到威胁时(如被猎物追赶)，也需要缩小注意范围，以便集中精力解决问题[13]。

值得注意的是，本研究中不同情绪动机条件下诱发的LPP波幅上存在显著的脑区差别，即高趋近动机刺激在左前额区而高趋避动机刺激在右前额区表现出更强的情绪感知力。情绪效价理论的研究[10]显示较大的左半球激活与积极情绪有关，较大的右半球激活与消极情绪有关。本研究表明前额皮质区域对情绪处理的不对称性，具体表现在更大的左前额区激活与积极的高趋近动机的状态和特征有关，而更大的右前额区激活与消极的高趋避动机的状态和特征有关。说明情绪效价和动机性对于额区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较高的人相比右半球激活程度较高的人更多表现出积极乐观的人格特质[14]，温和亲切的情绪与较大的左半球激活而愤怒情绪与更大的右半球激活相联系[15]。可见，额区的不对称激活是衡量情绪的重要指标。

综上，情绪是人类社会普遍存在的一种复杂生理与心理现象，不同的情感体验常常与某些特定的思维或行为倾向相联系。在情绪视觉通道神经机制研究中，情境感知是诱发情绪简便有效的方法之一。随着情绪研究的深入，不同动机强度情绪刺激材料的规范化标准化研究是情绪研究中须重视与解决的问题。尽管本研究探索了高趋近动机和高趋避动机刺激在时间进程中的脑机制差异，但是最终评定的图片数量有限，对于需要大量图片的研究来说，数量上还需要进一步扩充。未来的研究需结合功能性核磁共振成像(fMRI)展开研究，从脑功能方面获得更多证据。