面部表情刺激腦功能磁共振成像研究進展

天津市濱海新區漢沽醫院（300480）許剛 么喜存

天津醫科大學總醫院（300052）張權

情緒是個體與環境意義事件之間關系的反映。幾十年來，人們運用各種手段研究面部表情、情緒和大腦的關系，以期了解情緒產生和保持的腦功能機制。而基于血氧水平依賴的功能性磁共振（fMRI）技術能夠區分不同類型的情緒面部表情刺激，從而分離不同的情緒，并且在評估情感疾病治療的效果以及預后等方面都具有很大潛力，這些特點使得fMRI在情緒、情感的腦影像學研究中具有重要意義。

1 面部表情概述

1.1 面部表情種類 情緒面部表情至少包括六種：高興、驚奇、恐懼、難過、憤怒和厭惡，代表社會交往中的接受或者拒絕，而中性面部表情則很少包含即時的社交信息。fMRI研究中使用的面部表情包括有正性（高興）、負性（難過、憤怒、恐懼、厭惡）和中性。其中，高興和難過面部表情使用最多，驚奇面部表情由于容易被錯認為恐懼而很少使用。一些研究還使用某些處理過的面部表情，如：模糊面孔、倒置面孔、面具樣面孔（去除頭發，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兩種——外顯性和內隱性任務。其中，外顯性任務是讓個體判斷面部表情的情緒類型，或者讓個體判斷面部表情情緒狀態的強度（50%高興或100%高興等）[1]。內隱性任務多為判斷面孔的性別、身份認同以及熟悉性判斷。

2 面部表情識別的功能神經解剖基礎

Sergent是最早在fMRI研究中使用面部表情刺激的學者，他認為面部表情的辨別需要3個特殊皮層腦區的功能整合——右側舌回、右側梭狀回、右側海馬和顳葉前部[2]。Phan等[3]對55個研究正常個體面部表情刺激的PET（43個）和fMRI（12個）研究進行了meta分析，發現前額葉中部普遍性參與各種類型情緒面孔的加工處理過程。Phillips等[4]總結前人研究后提出，情緒加工依靠兩個神經機能系統：①腹側系統，包括：杏仁核、島葉、紋狀體腹側、前扣帶回及前額葉腹側等腦區，主要負責鑒別情緒意義和產生情緒狀態，以及非注意狀態下的情緒調節。②背側系統，包括：海馬、前扣帶回及前額葉背側，主要負責注意狀態下的情緒調節。

不同類型的面部表情能激活不同的腦區，也能激活同樣的腦區，但激活程度有所差異。目前較為一致的fMRI研究結果顯示，參與對情緒性面部表情反應的神經系統可能包括：前額葉、眶額皮質、扣帶回、顳上回和顳中回、梭狀回、腹側紋狀體、丘腦、杏仁核、海馬、島葉前部、小腦等多個腦區[5～7]。

2.1 前額皮質 可分為眶部、內側部及外側部，與其他腦區有著豐富的纖維連接。經研究發現，前額皮質內側部參與多種情緒的加工，可能為不同情緒加工時的共同環節[8]，其腹外側部主要參與情緒意義的識別及情緒行為的產生，而背外側及背內側部主要參與情緒狀態及情緒行為的調節[4]。

2.2 前扣帶回皮質 扣帶回位于胼胝體的上方，繞胼胝體的輪廓走行，經過壓部后，在海馬回內繼續前行，幾乎到達顳極。扣帶回是邊緣系統的一部分，扣帶回的纖維聯系廣泛。根據其細胞結構的特點，可以把扣帶回分為前扣帶回（ACC）和后扣帶回兩個部分。前扣帶回皮質位于胼胝體膝部的前面和腹側，各自稱為膝前區和膝下區。ACC 主要參與情緒信息的編碼。悲傷情緒可激活胼胝體下扣帶回皮質（SCC），主要是前扣帶回膝下區皮質[8]。在情緒加工中，右側前扣帶回膝下區促使內臟反應的生成，而左側膝下區負責調節該反應[9]。

2.3 杏仁核 位于顳葉前部、海馬旁回鉤深部、側腦室下角尖端上方的灰質核團，背鄰豆狀核，尾側與尾狀核相連。杏仁核與恐懼具有強相關性，在識別和維持恐懼情緒中有重要作用，也參與其他情緒的加工，如：厭惡、悲傷及喜悅等，可能主要與情緒的重要性、刺激的顯著性有關，而與效價無關[8]。研究發現，恐懼面孔及恐懼場景均可激活雙側杏仁核，但恐懼面孔對杏仁核的激活更顯著，且右側激活程度強于左側[10][11]。

2.4 基底神經節 喜悅以及厭惡均可激活基底神經節[8]。基底神經節由尾狀核、殼核及蒼白球等組成，與運動皮質有豐富的聯系，在運動的誘發和執行過程中起重要作用，其被激活反映了機體面對喜悅和厭惡刺激時可能將要采取獲取性或退縮性行為。

2.5 島葉 位于外側溝底部，幾乎完全被環狀溝圍繞，被相鄰的皮質區生長所覆蓋。腦島被表面的島中央溝分為較大的前部和較小的后部，前部被淺溝分為3～4個短回，后部則為一個大的長回[12]。島葉前部接收來自丘腦腹內側核及杏仁核的投射纖維，同時島葉前部也有纖維向杏仁核投射；而島葉后部與次級感覺皮層相連，并與來自丘腦的腹后下核間有脊髓丘腦束相連。通過對人腦部損傷和病變的影像學研究得出，島葉皮質可能與自我負性情緒和其他原因引起的負性情緒的產生有關[13]。當負性情緒成分出現時，島葉皮層可以被激活。

2.6 海馬 海馬結構是大腦邊緣系統的一部分，包括：齒狀回、海馬和下托。解剖資料顯示，海馬結構通過直接或間接的投射與丘腦、下丘腦、中腦網狀結構以及廣泛的皮質區相互連接。海馬主要參與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馬的激活主要是參與記憶提取，同時還參與情緒反應或情緒控制[14][15]。

2.7 小腦 小腦具有除運動功能以外的其他重要功能，如：認知功能及語言處理功能等。Leiner等[16]研究發現，小腦齒狀核有纖維投射到Brodmann4區、6區、8區及Broca 區，參與運動、語言（找詞和表達詞）和認知功能。

3 面部表情fMRI在精神障礙疾病中的應用進展

3.1 抑郁癥 是由多種原因引起的以持久抑郁心境、情緒低落為主要癥狀的一組情感障礙。研究表明，大腦前額葉的功能異常在抑郁癥的發病過程中有重要的作用。臨床上左側前額葉皮質的梗塞很容易引起梗塞后抑郁癥。Beaugard[17]等用功能性磁共振fMRI技術完成的研究中，情緒電影片段誘發正常被試和抑郁者的悲傷心境與控制組相比，兩組被試的前額葉均有激活，但抑郁者的激活更大。Irwin[18]等的研究顯示，負性圖片刺激在兩組受試者前額葉皮層，杏仁核的激活強度有顯著性差異，抑郁癥患者組傾向于對負性刺激產生更強烈激活反應。杏仁體也是大多數學者研究抑郁癥的一個重要感性區[19]。此外，與抑郁癥情緒活動相關的腦區還包括：腹側紋狀體、海馬、島葉、梭狀回、丘腦。

3.2 精神分裂癥 是以思維、情感、行為、意志等多方面障礙及精神活動與環境不協調為主要特征的一類常見的重性精神病。近十年來，功能影像學成功地探討了人腦組織的特點是腦區功能的分化，功能分化的腦區常表示為統計參數圖中的激活位置，而此腦區則被認為與掃描時所定義的任務有關，如：感知、認知加工或運動。精神分裂癥的fMRI 研究大多使用這種基于刺激或任務的研究設計。其中，又以測驗較為常用，n-back 測驗是測量工作記憶的常用方法，它主要包括信息存儲和執行控制兩個過程，是一種反映工作記憶能力的“延遲反應作業”。n-back 測驗可刺激人或靈長類動物的額葉、頂葉、顳葉和扣帶回皮質，尤以前額葉皮質為主。前額葉是精神分裂癥中研究得最多的腦區之一。目前，現在普遍認為精神分裂癥患者的前額葉功能異常致其工作記憶缺陷，但是其功能異常的性質（增強或減弱） 尚不清楚。前額葉功能障礙（前額葉功能低下） 在精神分裂癥的癥狀學和認知缺陷中起最主要作用。

情緒fMRI研究中仍有很多問題有待解決，fMRI技術對正常的和病態的情緒研究均具有重要作用，將為情感疾病的研究開辟更多新的途徑，為人類情緒產生和保持機制的解析做出重大貢獻。