獎賞預期對面孔情緒加工的影響：一項事件相關電位研究*

2014-02-02 03:48:44康冠蘭丁錦紅郭春彥

心理學報 2014年4期

魏萍康冠蘭,2 丁錦紅郭春彥

(1首都師范大學心理系, 北京市“學習與認知”重點實驗室, 北京 100048)

(2北京大學心理學系, 北京 100871)

1 引言

當我們的某種行為是為了努力達到某個價值目標時, 就會出現激勵性動機(incentive motivation)。激勵可以是初級獎賞, 比如食物; 也可以是次級獎賞,比如金錢(Pessoa & Engelmann, 2010; Wise, 2004)。人類功能磁共振成像(functional Magnetic Resonance Imaging, fMRI)研究發現, 腦內的獎賞系統主要包含兩條通路：邊緣通路(mesolimbic pathway)和腦皮層通路(mesocortical pathway)(Pessoa & Engelmann, 2010; 魏萍, 康冠蘭, 2012)。邊緣通路是從腹側被蓋區(Ventral Tegmental Area,VTA)經內側前腦束(Medial Forebrain Bundle)到伏隔核(Nucleus Accumbens); 腦皮層通路是連接腹側被蓋區和腦皮層(尤其是額葉皮層)的通路(Chiew &Braver, 2011)。例如, 動物研究發現, 腹側被蓋區多巴胺神經元對有獎賞預期的線索放電會增強(Schultz, Dayan, & Montague, 1997), 從而加強對額葉的信號輸入。此外, 事件相關電位(Event-Related Potentials, ERPs)研究發現, 在視覺搜索任務中, 不同的獎賞預期誘發的 ERP成分不同。相對于低獎賞預期的目標, 高獎賞預期的目標所誘發的 N2pc成分出現得更早, 而且波幅更大(Kiss, Driver, &Eimer, 2009)。這些研究都說明, 對獎賞的期待能夠提高被試腦內的準備狀態, 從而促進被試對后續刺激的行為反應(Bijleveld, Custers, & Aarts, 2010;Engelmann & Pessoa, 2007; Locke & Braver, 2008)。

在人類的社會生存過程中, 獲得獎賞常常跟愉快和滿足感等正性情緒相關, 提示情感可能是獎賞的重要心理成分。近期一些研究試圖考察情感是如何與獎賞相聯系的。例如, Berridge和 Robinson(2003)發現, 獎賞能夠產生積極的情緒體驗。獎賞可能與正性情緒擁有共同的神經基礎, 閱讀故事并想象愉快的情景會激活腦內獎賞回路(Costa, Lang,Sabatinelli, Versace, & Bradley, 2010); 熱戀期的人觀看愛人的圖片也可以激活獎賞回路(Aron et al.,2005)。功能磁共振成像研究發現, 加工情緒性信息的杏仁核在獎賞加工中也發揮重要作用(Murray,2007)。杏仁核對其他腦區有廣泛的投射, 如腹側紋狀區(Ventral Striatum) (Alheid, 2003)、VTA (Amaral& Price, 1984)等區域。杏仁核在情緒性加工和獎賞信息的加工中均有激活, 說明獎賞與情緒之間可能是相互影響的(Baxter & Murray, 2002)。但是, 情緒加工與獎賞系統相互影響的認知和神經機制仍不清楚, 需要進一步的研究。

在人類的日常生活中, 情緒的表達可以通過很多種方式, 如身體姿勢、頭的姿勢以及面孔表情等,其中最鮮明的情緒線索是面孔表情。情緒面孔包含了許多社會性信息, 快速準確地識別出面孔情緒表情, 對人類的生存十分重要(Darwin, 1998)。有研究表明, 人類(以及其他靈長類動物)對面孔表情的識別有先天的基礎, 尤其是對負性情緒表情 (?hman,1993)。情緒表情的加工可能是一種自動的前注意的加工(例如, Adolphs, 2002; Dimberg & ?hman,1996; Eastwood, Smilek, & Merikle, 2003)。正性情緒傳遞出一種友好的信息, 在日常生活中比較普遍。而負性情緒傳達出敵意或者威脅信息, 在社會生存中非常重要。人們對正性情緒的偏向性加工存在個體差異(Fox, Russo, & Dutton, 2002)。但是, 情緒加工中的負性偏向, 即人們能夠快速地探測負性的、威脅性的刺激, 得到了較為一致的實驗結果(Hansen & Hansen, 1988; Morris, ?hman, & Dolan,1998; ?hman & Mineka, 2001; Pinkham, Griffin,Baron, Sasson, & Gur, 2010)。電生理學研究證據指出, 負性效價的圖片刺激能夠誘發更大的P1、LPP(Late Positive Potentials)成分(Ito, Larsen, Smith, &Cacioppo, 1998; Smith, Cacioppo, Larsen, & Chartrand,2003), 支持了情緒刺激加工的負性偏向。此外, 在情緒面孔的加工過程中, 左右半球存在對正性或負性情緒的單側化加工優勢(Adolphs, 2002)。情緒加工的效價理論認為, 右半球加工負性情緒有優勢,左半球加工正性情緒有優勢。例如, Adolphs, Jansari和 Tranel (2001) 的研究發現右半球損傷將降低對呈現在視野左側的悲傷面孔的辨別準確率, 而左半球損傷將降低對呈現在右視野的高興面孔的辨別準確率。

以往關注獎賞與情緒相互關系的研究都是單獨地考察獎賞或者情緒對認知加工的影響, 在情緒加工中發現了獎賞相關的大腦區域(Aron et al.,2005; Costa et al., 2010), 或者在獎賞預期中發現了情緒相關的加工機制(Murray, 2007)。近期一些研究試圖在同一個實驗研究中同時操縱獎賞和情緒, 來考察獎賞和情緒之間的相互作用。例如, Wittmann,Schiltz, Boehler和Düzel (2008)利用功能磁共振成像技術考察了情緒效價和獎賞引起的中腦邊緣系統的交互作用對記憶的影響。研究發現, 獎賞只增強了正性情緒條件下的記憶, 而對中性或負性情緒條件下的記憶沒有影響。此外, 與獎賞相關的紋狀區的激活增強了對正性刺激的表征, 而不是對負性刺激的表征。近期, Shigemune等人(Shigemune et al.,2010)利用正電子發射斷層掃描(Positive Emission Tomography, PET)技術研究情緒和獎賞對情景記憶編碼的影響。實驗中使用了中性和負性刺激, 沒有發現獎賞和情緒在行為表現上的交互作用。但是,影像學數據分析顯示，在情景記憶編碼過程中, 右側海馬可能整合了情緒和獎賞的效應。

綜上所述, 獎賞和情緒都是具有情感顯著性(affective significance)的刺激, 都會對認知控制產生影響(Pessoa, 2009), 同時獎賞和情緒又存在相互作用。那么, 一個重要的問題是, 獎賞預期是否能夠直接影響人腦對情緒信息的加工？為探究這一問題, 本研究采用線索-目標范式和事件相關電位技術來考察獎賞預期影響情緒面孔識別的認知和神經機制。線索-目標范式能夠有效地實現心理預期(Engelmann & Pessoa, 2007; Onoda et al., 2006;Veling & Aarts, 2010)。大量研究面孔表情加工的ERP實驗主要探討了對面孔加工敏感的N170、VPP(Vertex Positive Potential) 和N300成分在呈現不同面孔表情以及不同實驗任務時表現出來的差異。

N170是在面孔刺激呈現后 170 ms左右出現的、分布在枕顳區的負成分, 該成分可能提供了對面孔結構快速編碼的一種指示, 被認為是編碼面孔結構的特異性成分(Bentin, Allison, Puce, Perez, &McCarthy, 1996; Itier & Taylor, 2004a, b, c)。研究指出, 相比左半球的N170, 右半球的N170波幅更大且潛伏期更短(Bentin et al., 1996)。而N170是否受面孔情緒表情的調節仍然存在很大的爭議。有研究指出, N170會受到面孔情緒表情的影響, 相比中性面孔, 負性面孔誘發更大的 N170, 尤其是恐懼的表情(Batty & Taylor, 2003; Blau, Maurer, Tottenham,& McCandliss, 2007)。但也有研究發現, N170不受面孔情緒表情的調節(Eimer & Holmes, 2002;Ashley, Vuilleumier, & Swick, 2004)。這些不一致的研究結果, 可能受到刺激材料、面孔呈現方式等因素的影響。

VPP是在額中央電極點記錄到的正成分, 其潛伏期類似于N170的潛伏期, 且與N170類似, 對面孔加工敏感(Eimer, 2000)。有研究認為, VPP與N170具有相同的皮層發生源, 是N170在額中央區的極性反轉(Joyce & Rossion, 2005); 但是也有研究認為VPP和N170的皮層發生源是獨立的(Bentin et al., 1996; Eimer, 2000)。VPP可能受到面孔情緒的調節, 情緒面孔比中性面孔誘發更大的 VPP波幅(Luo, Feng, He, Wang, & Luo, 2010; Williams,Palmer, Liddell, Song, & Gordon, 2006)。

N300是面孔刺激呈現300 ms左右的一個負成分。研究發現, 非面孔刺激并未誘發該成分或者誘發非常小的N300 (Botzel & Grusser, 1989), 且負性情緒性刺激誘發的 N300更大(Carretié & Iglesias,1995; Luo et al., 2010)。N300可能反映了對相關視覺刺激的更深入地加工(Carretié & Iglesias, 1995;Carretié, Iglesias, García, & Ballesteros, 1997; Luo et al., 2010)。

本研究利用線索-目標范式, 通過對線索類型(獎賞預期、無獎賞預期)的操縱實現對獎賞預期的操縱, 考察獎賞預期對目標情緒面孔識別的影響,并在被試反應之后給予相應的反饋(是否獲得獎賞)。獎賞線索作為一種動機性因素會以一種“自上而下”的方式提高被試的準備狀態并調節被試對后續目標的注意, 使得被試優先加工與獎賞相關的刺激。事件相關電位技術具有較高的時間分辨率, 能夠考察線索引發的注意準備信號如何受到獎賞預期的影響, 以及不同的獎賞預期如何影響情緒面孔加工在各個時程上的特異性加工成分。

我們假設, 在行為水平上, 獎賞預期會提高被試在情緒辨別任務中的行為反應, 被試在獎賞預期條件下的反應時快于無獎賞預期條件下的反應時。情緒面孔加工可能具有優先性, 對情緒面孔的反應時快于對中性面孔的反應時。重要的是, 獎賞預期與情緒可能存在交互作用, 不同情緒條件下的獎賞效應(獎賞條件的反應時減去無獎賞條件下的反應時)存在差異。在神經機制水平上, 首先, 相對于無獎賞預期條件, 線索在獎賞預期條件下可能誘發更大的ERP波幅。其次, 在目標加工階段, 由于之前的獎賞線索使得大腦進入不同的準備狀態, 相對于無獎賞預期條件, 獎賞預期條件下大腦對目標面孔的神經反應會增強, 產生更大的波幅。根據以往對情緒面孔加工的 ERPs研究結果可預測, 目標面孔將會誘發枕顳分布的P1、N170, 以及額中央分布的VPP、N300等成分。由于獎賞引發的動機能夠集中注意, 我們預期早期的 P1、N170、VPP可能會受到獎賞預期的影響。此外, 由于情緒加工過程中存在半球優勢效應, 在左側和右側頭皮位置記錄到的情緒面孔誘發的 ERP成分也可能存在差異。在右側頭皮位置上, 情緒(正性和負性)面孔誘發的N170、VPP和N300波幅可能大于左側頭皮位置上記錄到的ERP波幅。重要的是, 獎賞與情緒可能存在交互作用(Murray, 2007; Wittmann et al., 2008;Shigemune et al., 2010)。我們預期, 晚期的N300波幅可能會受到獎賞與情緒的交互影響。由于人們對負性面孔的加工偏向, 獎賞對負性面孔加工的促進效應可能大于對其他面孔加工的促進效應。

2 方法

2.1 被試

20名本科生或研究生參與了本實驗(男性10人,年齡18~26), 所有被試都簽署了實驗知情同意書。被試均為右利手, 視力或者矯正視力正常, 身體健康, 無情緒障礙疾病病史。完成實驗后, 被試均可獲得一定的報酬, 包括基本報酬和可能的額外獎勵。

2.2 實驗材料和儀器

實驗中共使用90張不同人的面孔的黑白圖片,目標面孔圖片來自中國情緒面孔圖片系統(Chinese Facial Affective Picture System, CFAPS; 王妍, 羅躍嘉, 2005)。我們采用 CFAPS是為了避免中國被試使用西方人情緒面孔圖片系統造成的文化差異。根據面孔表情的愉悅度、喚醒度和優勢度分別選擇了正性(高興)、中性和負性(憤怒)面孔圖片各30張,每種類型的面孔的性別男女比例是 1:1。目標面孔在明度、對比度方面都進行了匹配。正性和負性面孔圖片在喚醒水平上進行了匹配, 兩種類型的圖片在喚醒度上沒有差異[

: Positive = 6.2 ± 0.75;Negative = 6.0 ± 1.10]。中性面孔圖片的喚醒度為3.4 ± 0.31。三類面孔圖片在效價這個維度上差異顯著[

: Positive = 6.6 ± 0.47; Negative = 2.9 ±0.39; Neutral = 4.6 ± 0.21,

< 0.001]。此外, 我們招募了另外 17個被試(男性 6人, 年齡 20~28周歲)對面孔的表情強度進行了評價。結果顯示, 憤怒面孔的表情強度(59%)與高興面孔的表情強度(61%)無顯著差異(

> 0.1); 憤怒和高興面孔的表情強度均顯著大于中性面孔的表情強度(12%),

(16) =19.92,

< 0.001, 以及

(16) = 17.23,

< 0.001。

實驗刺激在17寸純平CRT顯示器上呈現, 分辨率為1024 × 768。實驗刺激的呈現和被試反應數據的記錄用 Presentation (http://nbs.neuro-bs.com/)軟件實現。被試眼睛距離屏幕65cm。

2.3 實驗程序

實驗操控獎賞預期(獎賞預期、無獎賞預期)與目標面孔情緒(正性、中性、負性)兩個因素, 構成6個實驗條件：獎賞預期-正性面孔, 獎賞預期-中性面孔, 獎賞預期-負性面孔, 無獎賞預期-正性面孔,無獎賞預期-中性面孔, 無獎賞預期-負性面孔。正式實驗之前, 被試需要完成一個練習, 共 24個試次。讓被試完成練習實驗, 一方面是為了讓被試熟悉實驗程序, 另一方面是為了獲得每個被試對面孔情緒反應的平均反應時作為該被試的基線反應時(Small et al., 2005)。

正式實驗時, 被試靜坐于安靜的實驗室內, 眼睛注視屏幕中央。刺激是呈現在一個黑色的背景上。實驗的刺激序列如圖 1所示(實際實驗中是用黑色背景, 線索及注視點均為白色)。每個試次的開始呈現一個中央注視點“+” (500 ms)。接下來是線索階段, 中央線索(￥、#, 視角是 3°×3°)呈現時間1000 ms, 線索指示該試次的獎賞屬性。當線索為￥,即, 獎賞相關試次, 說明對當前試次又快又好的反應與額外獎賞相關; 當線索為#, 即, 獎賞無關試次, 說明對當前試次的反應與額外獎賞無關。在練習后、正式實驗前告知被試, 在獎賞相關試次中,當被試又快又好地(反應正確, 且比基線反應時快)完成的獎賞試次達到75 %, 即135個(獎賞試次總數為180個), 則可以獲得額外的15元獎勵。基線反應時是被試完成練習試次的平均反應時。中央線索呈現后600~1000 ms的可變間隔后, 屏幕中央呈現目標面孔 300 ms, 每張面孔的大小是 4.93°×5.99°。被試的任務是判斷面孔的情緒表情, 進行按鍵反應, 三種表情對應鍵盤上的三個方向鍵：例如,正性面孔用右手食指按“左”方向鍵, 中性面孔用右手中指按“下”方向鍵, 負性面孔用右手無名指按“右”方向鍵。按鍵在被試之間平衡。并要求被試在所有條件下都要又快又準地進行反應。間隔1400~1800 ms后, 呈現反饋畫面(500 ms)。在獎賞相關試次中, 被試反應正確且快于基線反應時, 反饋圖像為“一元硬幣圖像”; 反應正確但慢于基線反應時,反饋圖像為“實心的灰色圓”, 反應錯誤時, 反饋圖像為為“空心的灰色環”。在無獎賞預期試次, 反應正確時反饋圖像為“實心的灰色圓”, 反應錯誤時反饋圖像為“空心的灰色環”。試次之間的間隔為1100~1600 ms。

圖1 正式實驗流程圖示例

正式實驗共有360個試次, 每個子條件下有60個試次。這些條件平均分配在10個區組, 每個區組中各個實驗子條件各有6個試次。每個區組共有36個試次, 以偽隨機的方式呈現。練習階段有24個試次, 刺激的呈現與正式實驗相同, 只是在指導語中讓被試忽視線索, 集中注意力對面孔情緒進行反應。反饋階段只會出現正確反饋以及錯誤反饋, 不會出現獎賞反饋(一元硬幣圖像)。練習結束后, 屏幕上會呈現被試練習時的正確反應個數, 以及平均反應時。練習階段記錄到的平均反應時則作為正式實驗中的基線反應時。

2.4 EEG的記錄和分析

實驗采用Neuroscan公司的ESI-64導腦電記錄系統, 電極位置在國際 10-20系統基礎上構成, 用Ag/AgCl電極帽記錄62個頭皮位置相應的EEG。左眼上下 2個電極記錄垂直眼電(VEOG), 兩眼外側 2個電極記錄水平眼電(HEOG)。參考電極置于左耳乳突處, 接地點在FPz和Fz連線的中點, 右耳乳突也放置一個電極。每個電極與頭皮之間的電阻均小于5 k?, 連續記錄時濾波帶通為0.05~100 Hz,采樣率為500 Hz。對測驗階段記錄的EEG進行離線分析, 以左右乳突的代表平均為參考電壓進行校正。截取每對刺激呈現前100 ms到呈現后1000 ms的腦電, 用-100~0 ms的平均波幅對基線進行校正。以回歸法自動校正眼電偽跡, 并剔除波幅超過±75μV的試次, 濾波帶通為0.05~40 Hz。

分別對每個條件下反應正確的 EEG活動進行疊加和平均。最終得到由獎賞期待(獎賞預期、無獎賞預期)和面孔情緒(正性、中性、負性)構成的6種類型的ERPs數據(即, 獎賞預期-正性面孔、獎賞預期-中性面孔、獎賞預期-負性面孔、無獎賞預期-正性面孔、無獎賞預期-中性面孔、無獎賞預期-負性面孔)。由于本研究假設, 獎賞線索作為一種動機性因素會以一種“自上而下”的方式調節被試的注意, 使得被試優先加工與獎賞相關的刺激。為了考察被試對獎賞預期線索和無獎賞預期線索的差異性加工, 首先分析線索階段誘發的ERP成分。以刺激呈現為疊加零點, 分析時程為線索刺激出現后1000 ms, 基線為刺激出現前100 ms。每個被試每個條件至少有50次有效疊加次數。測量P1 (130~200 ms)、P2 (200~300 ms)和 P300 (300~600 ms)成分的平均波幅。P1、P2和P300的測量位點為Fz、Cz、Pz、F3、F4、C3、C4 、P3 和 P4。對測得的平均波幅進行兩因素重復測量方差分析。兩因素分別為獎賞期待(獎賞預期、無獎賞預期)和電極點位置(見成分的測量位點)。

對目標刺激誘發的ERPs的分析以目標刺激呈現為疊加零點, 分析時程為刺激出現后 1000 ms,基線為刺激出現前100 ms。對所有被試每個電極點位置的ERP成分的觀察來看, N170成分在枕顳位置(PO7、PO8)最明顯, VPP成分在額中央位置的波幅最大(Fz、Cz)。我們將在相應的電極點位置對以下成分的平均波幅進行重復測量方差分析：枕部(Oz 、O1/2)及枕顳位置(PO7/8)的P1 (80~130 ms),枕顳位置(PO7、PO8)的N170 (130~200 ms), 以及額中央位置(Fz、Cz、F3/4、C3/4)的VPP (130~200 ms)、N300 (200~400 ms)。對P1進行三因素重復測量方差分析, 三因素分別為獎賞預期(獎賞預期、無獎賞預期)、情緒(正性、中性、負性)以及頭皮位置(中線：Oz; 左側：O1、PO7; 右側：O2、PO8)。其中左側電壓值為O1和PO7的平均電壓值, 右側電壓值為O2和PO8的平均電壓值。對N170的波幅進行三因素的重復測量方差分析, 三因素分別為獎賞預期(獎賞預期、無獎賞預期)、情緒(正性、中性、負性)以及相應的測量位點(PO7/8)。對 VPP、N300的平均波幅進行三因素的重復測量方差分析,三因素分別為獎賞預期(獎賞預期、無獎賞預期)、情緒(正性、中性、負性)以及頭皮位置(中線：Fz、Cz; 左側：F3、C3; 右側：F4、C4)。其中, 中線位置的電壓值是Fz和Cz的平均值, 左側的電壓值是F3和C3 的平均電壓值, 右側的電壓值是F4和C4的平均電壓值。

3 結果

3.1 行為結果

按照2(獎賞預期、無獎賞預期) × 3(面孔情緒：正性、中性、負性)的實驗設計, 計算了每個子條件下的反應時和錯誤率(如表1)。其中, 2個被試的錯誤率超過 20%, 因此我們剔除了這兩個被試的數據。另外剔除了每個被試每個子條件下的反應極端值(平均值±三個標準差以外的數據), 共剔除了1.6%的數據。接著我們將平均反應時進行2(獎賞預期、無獎賞預期) × 3(面孔情緒：正性、中性、負性)的重復測量方差分析。方差分析的結果顯示：獎賞預期的主效應顯著,

(1, 17) = 36.19,

< 0.001, 在獎賞預期條件下, 被試對面孔情緒的反應時 (601 ms)顯著快于無獎賞預期條件下的反應時(651 ms)。面孔情緒的主效應顯著,

(2, 34) = 25.54,

< 0.001,被試對正性面孔的反應時(566 ms)顯著快于對中性面孔(677 ms)以及負性面孔(636 ms)的反應時(

<0.05); 對負性面孔的反應時顯著快于對中性面孔的反應時(

< 0.005)。此外, 我們并沒有發現獎賞預期和面孔情緒的交互作用,

(2, 34) < 1。

表1 實驗各個子條件下反應時 ± 標準誤(ms)以及錯誤率 ± 標準誤(%)

對錯誤率進行了同樣的重復測量方差分析顯示, 只有情緒的主效應顯著,

(2, 34) = 11.61,

<0.001, 對負性面孔反應的錯誤率(10.6%)顯著高于對正性面孔反應的錯誤率(3.9 %)。

3.2 ERP數據

3.2.1 線索引起的ERP成分

(1) P1 (130~200 ms)成分

P1波幅獎賞預期的主效應顯著,

(1, 17) =37.33,

< 0.001, 獎賞預期條件下線索誘發的P1波幅顯著大于無獎賞預期條件下的P1波幅(圖2)。

(2) P2 (200~300 ms)成分

P2波幅獎賞預期的主效應顯著,

(1, 17) =39.24,

< 0.001, 獎賞預期條件下線索誘發的ERP波幅大于無獎賞預期條件下線索誘發的P2波幅(圖2)。

(3) P300 (300~600 ms)成分

P300波幅獎賞預期的主效應顯著,

(1, 17) =13.14

, p

< 0.005, 獎賞預期條件下線索誘發的P300成分的波幅大于無獎賞預期條件下的P300波幅(圖2)。

產供集團目前也正為研究堆開發新型燃料。產供集團總裁納塔利婭·尼基佩洛娃9月25日在一次會議上表示，對于產供集團，研究堆燃料市場的重要性不亞于商業反應堆燃料市場。產供集團在研究堆燃料領域與國外伙伴開展了大規模合作，根據客戶的特定需求提供燃料。

3.2.2 目標刺激引起的ERPs成分

(1) P1 (80~130 ms)

對 P1波幅的重復測量方差分析顯示, 獎賞預期與頭皮位置的交互作用顯著,

(2, 34) = 3.83,

<0.05。簡單效應分析發現, 在左側頭皮位置(O1、PO7)上, 獎賞預期條件下的 P1顯著大于無獎賞預期條件下的P1波幅(

< 0.05); 右側電極(O2、PO8)及中線電極(Oz)上, 獎賞預期條件與無獎賞預期條件下 P1波幅無差異。此外, 沒有其他的主效應與交互作用。

(2) N170 (130~200 ms)成分

對 N170波幅的重復測量方差分析表明, 獎賞預期的主效應顯著,

(1, 17) = 4.74,

< 0.05, 獎賞預期條件下目標誘發的N170比無獎賞預期條件下的N170更正(圖3)。獎賞預期與電極點位置的交互作用顯著,

(2, 34) = 3.06,

< 0.05。進一步簡單效應分析發現, 在左側電極點PO7上, 目標在獎賞預期條件下誘發了更正的N170 (

< 0.05); 在右側電極點 PO8上, 獎賞預期與無獎賞預期條件下的N170波幅無顯著差異。此外, 沒有發現其他的主效應或交互效應。

(3) VPP (130~200 ms)成分

對 VPP波幅的方差分析顯示, 頭皮位置的主效應顯著,

(2, 34) = 5.48,

< 0.05, 進一步比較發現, 中線位置上的 VPP波幅顯著大于左側和右側位置上記錄到的VPP波幅(

< 0.05) (圖3)。此外,沒有發現其他的主效應與交互作用。

圖2 Fz、Cz、Pz電極上記錄到的線索誘發的ERP總平均圖以及地形圖

圖3 獎賞預期和無獎賞預期條件下, 目標階段正性、中性和負性情緒面孔誘發的ERPs。

(4) N300 (200~400 ms)成分

對 N300波幅的分析發現, 獎賞預期的主效應顯著,

(1, 17) = 28.64,

< 0.001, 獎賞預期條件下目標誘發的N300比無獎賞預期條件下的N300更正。情緒的主效應顯著,

(2, 34) = 17.85,

< 0.001,正性和負性面孔誘發的 N300比中性面孔誘發的N300 更正(

< 0.05)。頭皮位置的主效應也顯著,

(2, 34) = 5.97,

< 0.01, 中線位置記錄到的N300比右側頭皮位置記錄到的N300更正(

< 0.05)。獎賞預期與頭皮位置的交互作用,

(2, 34) = 6.87,

<0.005, 情緒與頭皮位置的交互作用,

(4, 68) = 3.51,

< 0.05, 獎賞預期與情緒的交互作用,

(2, 34) =5.47,

< 0.01, 均顯著。對獎賞預期與情緒的交互作用進行簡單效應分析發現, 獎賞預期條件下, 情緒面孔(正性和負性)誘發的 N300比中性面孔誘發的 N300更正(

< 0.01)。同時, 負性面孔誘發的N300比正性面孔誘發的N300更正(

< 0.005)。而無獎賞預期條件下, 情緒面孔(正性和負性)誘發的N300波幅比中性面孔誘發的N300更正(

< 0.05),正性與負性面孔誘發的N300波幅無顯著差異(

>0.05) (圖 3)。

圖4 目標階段正性、中性和負性情緒面孔在不同獎賞預期條件下誘發的ERPs, 以及獎賞預期-無獎賞預期差異波在130~200 ms和200~400 ms的地形圖

對正性情緒加工效應的分析結果顯示, 頭皮位置的主效應顯著,

(2, 34) = 4.19,

< 0.05, 進一步比較發現, 中線位置的正性情緒加工效應大于左側頭皮位置的正性情緒加工效應,

< 0.05。此外, 沒有出現其他的主效應和交互作用。對負性情緒加工效應的分析結果顯示, 獎賞預期的主效應顯著,

(1, 17) = 9.94,

< 0.05, 獎賞預期條件下的負性情緒加工效應顯著大于無獎賞預期條件下的負性情緒加工效應。頭皮位置的主效應顯著,

(2, 34) = 4.65,

< 0.05, 中線位置上的負性情緒加工效應大于左側頭皮位置上的負性情緒加工效應。獎賞預期和頭皮位置的交互作用顯著,

(2,34) = 3.75,

< 0.05。雖然在各個頭皮位置上, 獎賞預期條件下的負性情緒加工效應均大于無獎賞預期條件下的該效應, 但是獎賞預期與無獎賞預期條件下的負性情緒加工效應的差異在中線位置上顯著大于在左側位置上的該效應差異(

< 0.05)。對負性偏向效應的分析結果顯示, 獎賞預期的主效應顯著,

(1, 17) = 6.60,

< 0.05, 獎賞預期條件下的負性偏向效應顯著大于無獎賞預期條件下的負性偏向效應。獎賞預期與頭皮位置的交互作用顯著,

(2, 34) = 4.09,

< 0.05。簡單效應分析顯示,在右側和中線位置上, 獎賞預期條件下的負性偏向效應顯著大于無獎賞預期條件下的負性偏向效應(

< 0.05); 在左側頭皮位置上, 獎賞預期與無獎賞預期條件下的負性偏向效應無顯著差異(

>0.1)。此外, 沒有出現其他的效應。此外, 我們計算了獎賞效應(即, 不同頭皮位置以及不同情緒條件下, 獎賞預期條件下的 N300波幅值減去無獎賞預期條件下的N300波幅值的差值)。對獎賞效應進行3(情緒：正性、中性、負性) ×3(頭皮位置：左側、中線、右側)的重復測量方差分析。結果顯示, 情緒的主效應顯著,

(2, 34) = 5.47,

< 0.01, 進一步比較發現, 負性條件下的獎賞效應顯著大于中性條件下的獎賞效應(

< 0.05), 負性條件下的獎賞效應大于正性條件下的獎賞效應(

=0.06), 中性與正性條件下的獎賞效應無顯著差異(圖4)。頭皮位置的主效應顯著,

(2, 34) = 6.87,

<0.005, 中線位置上的獎賞效應要顯著的大于左側和右側頭皮位置(

< 0.05)。此外, 沒有發現頭皮位置和情緒的交互作用。

4 討論

本研究采用ERPs技術考察了獎賞預期對面孔情緒加工的影響。行為結果顯示, 被試在獎賞預期條件下的反應時快于無獎賞預期條件下的反應時;被試對正性面孔的反應時快于對負性面孔或中性面孔的反應時, 并且對正性面孔反應的錯誤率顯著低于負性面孔或中性面孔的錯誤率。這種對正性情緒加工的有效性, 可能是由于正性面孔在社會生活中更常見、更熟悉, 容易產生知覺啟動(?hman,Lundqvist, & Estenvs, 2001)。同時對負性面孔的反應時顯著快于對中性面孔的反應時, 體現了負性情緒的加工優勢。ERPs數據顯示, 相對于無獎賞預期條件, 在獎賞預期條件下線索誘發了更正的 ERP成分, P1、P2和P300波幅都出現了顯著的獎賞預期主效應。在目標階段, 枕部的 P1、枕顳位置的N170以及額中央位置的N300波幅均受到獎賞預期的調節, 目標在獎賞預期條件下誘發了更正的ERPs。P1、N170和VPP波幅沒有受到面孔情緒的影響, 而晚期的 N300顯示出情緒面孔與中性面孔加工的差異。重要的是, N300波幅出現了獎賞預期與情緒的交互作用。對N300的情緒效應分析發現,正性情緒加工效應并沒有受到獎賞預期的影響, 不同獎賞預期條件下的正性情緒加工效應無顯著差異。而負性情緒加工效應以及負性偏向效應均受到獎賞預期的調節, 獎賞預期條件下的負性情緒加工效應和負性偏向效應均顯著大于無獎賞預期條件下的負性情緒加工效應和負性偏向效應。此外, 對N300獎賞效應的分析發現, 負性條件的獎賞效應顯著大于正性以及中性條件下的獎賞效應。

在線索階段, 線索類型指示不同的獎賞預期條件, 形成不同的動機狀態。額區、中央區、頂區記錄的P1、P2和P300波幅受到獎賞預期的調節, 獎賞預期條件下線索誘發的ERPs波幅顯著大于無獎賞預期條件下的波幅, 這與近期的一些研究結果一致。例如, Hickey, Chelazzi和Theeuwes (2010)使用額外奇異項注意捕獲范式發現, 當客體(目標或奇異項)具有與獎賞相聯系的顏色屬性時誘發了更大的P1和N2pc成分, 說明獎賞促進了對刺激的知覺登記和注意選擇。P2成分指示任務相關刺激的注意加工, 任務相關的刺激比任務無關的刺激誘發更大的 P2 (Potts & Tucker, 2001; Potts, 2004)。Kaltwasser等人(Kaltwasser, Ries, Sommer, Knight, & Willems,2013)采用線索-目標范式也發現了獎賞線索比無獎賞預期條件下誘發了更大的P2。此外, 磁共振成像研究結果顯示, 獎賞網絡的皮層通路主要在額葉,如眶額皮層(Orbitofrontal Cortex, OFC)、前扣帶皮層(Anterior Cingulate Cortex, ACC)等區域(O'Doherty,Kringelbach, Roll, Homak, & Andrews, 2001; Pessoa& Engelmann, 2010), 后扣帶皮層(Posterior Cingulated Cortex, PCC)整合了動機與空間注意信息(Mohanty, Gitelman, Small, & Mesulam, 2008;Small et al., 2005)。在頭皮額區、中央區以及頂區觀察到的獎賞效應可能是因為獎賞線索激活了獎賞系統, 因而在相應的頭皮部位產生了更強的神經元放電反應。大腦對獎賞預期線索產生了更強的神經反應, 有利于調動更多的注意資源, 使之進入更好的準備狀態, 促進對目標的加工。

目標面孔誘發了早期的 P1成分。相對于其他類型的圖片或隨機面孔圖片(scrambled faces), 面孔圖片誘發的P1更大(Herrmann, Ehlis, Ellgring, &Fallgatter, 2005), 而 P1是否受到情緒的調節存在不一致的結果。一些研究發現, P1成分受到情緒信息的調節。例如, Batty和Taylor (2003)將六種基本情緒面孔與其他客體圖片(汽車、飛機等)以隨機順序呈現給被試, 被試只需對其他客體圖片按鍵反應。結果發現, 憤怒、高興、悲傷、厭惡、恐懼等情緒面孔圖片誘發的 P1顯著大于中性面孔和驚奇面孔誘發的P1。Luo等人(2010)采用快速系列視覺呈現(Rapid Serial Visual Presentation, RSVP)范式和注意瞬脫(Attentional Blink)任務, 結果發現當目標二(T2)為恐懼面孔時比中性面孔和高興面孔時誘發更大的 P1。但是, Rossignol等人(Rossignol,Philippot, Douilliez, Crommelinck, & Campanella,2005)采用 Oddball范式考察了高低焦慮人群對恐懼、高興、中性面孔圖片的ERP反應, 卻沒有發現P1受到焦慮人群或面孔情緒的調節。針對這些不一致的結果, 一個可能的解釋是, P1反映了對情緒性信息或顯著(salience)信息的快速提取(Vuilleumier& Pourtois, 2007)。在本研究結果中, P1雖沒有受到面孔情緒的調節, 卻受到了獎賞預期的調節, 目標面孔在左側后部頭皮位置上誘發的 P1波幅在獎賞預期條件下顯著大于無獎賞預期條件下的波幅。這可能是由于, 此時獎賞預期具有更高的行為相關性(或稱顯著性), 被試對獎賞預期條件下的面孔快速提取信息, 導致早期的 P1成分主要受到獎賞預期的調節。

本研究利用情緒面孔作為目標刺激, 在枕顳位置記錄到N170成分。N170是目標刺激出現后170 ms左右, 在后部外側電極上記錄到的負走向 ERP成分, 被認為是編碼面孔結構的特異性成分(Itier& Taylor, 2004a, b, c)。本研究中N170波幅也未受到情緒的影響, 不同情緒面孔誘發的 N170無顯著差異。可見, 早期的面孔結構編碼加工沒有受到情緒的影響, 這與之前的一些研究結果類似(Eimer &Holmes, 2002; Eimer, Holmes, & McGlone, 2003)。同時, 我們觀察到獎賞預期對 N170波幅的影響,獎賞預期條件下目標面孔誘發了更正的 N170。在獎賞預期條件下, 面孔刺激得到了更有效的編碼加工(Adcock, Thangavel, Whitfield-Gabrieli, Knutson,& Gabrieli, 2006)。而無獎賞預期條件下出現更負的N170可能是由于結構編碼的難度增加, 被試為了獲得獎賞, 而抑制了與獎賞無關的面孔的注意加工(Marini, Marzi, & Viggiano, 2011)。此外, 之前有研究指出, 相對于左半球, 右半球的 N170波幅更大,出現得更早(Bentin et al., 1996)。本研究并沒有發現右側頭皮位置上N170波幅的優勢。相反地, 與P1類似, 在左側頭皮位置出現了顯著的獎賞效應。Shigemune 等人(2010)采用PET技術考察了高低獎賞對負性或中性圖片再認成績的影響, 發現獎賞的主效應激活了左側的眶額皮層, 也支持左側皮層對獎賞的優勢化加工。然而, 關于大腦加工獎賞的單側化優勢機制還有待于進一步的深入研究。

盡管有研究認為, VPP與N170具有相同的皮層發生源, 是 N170在額中央區的極性反轉(Joyce& Rossion, 2005), 但本研究中VPP與N170并沒有得到匯聚性的結果。這與之前的一些研究結果類似,例如, Rossignol等人(2005)年的研究中采用oddball范式考察高、低焦慮組被試對情緒面孔的加工, 發現N100、P100和VPP均沒有受到情緒以及焦慮水平的影響, 而N170顯示出恐懼與高興面孔的差異。研究者并沒有對N170與VPP結果模式的差異進行解釋。在本研究中, 與 N170的結果模式不完全相同, VPP既沒有受面孔的情緒信息影響, 也沒有受到獎賞預期的調節。這些不一致的結果可能是由于VPP和N170具有相互獨立的皮層發生源(Bentin et al., 1996; Eimer, 2000)。此外, 本研究采用雙側乳突平均做離線參考, 可能將 VPP作為觀測指標更合適, 若采用全腦平均參考可能將 N170作為觀測指標更合適(Joyce & Rossion, 2005)。

在本研究中, 早期的面孔加工階段(80~130 ms,130~200 ms)并沒有出現情緒效應, 面孔情緒效應出現得較晚(200~400 ms), 中性面孔比情緒面孔誘發了更負的 N300, 說明個體在晚期對面孔情緒刺激的認知加工存在差異。然而, 過去研究結果中的N300在情緒性條件下(正性或負性)普遍比中性條件下更負, 研究者認為這體現了對情緒性刺激的精細加工(Carretié & Iglesias, 1995; Schutter, de Haan,& van Honk, 2004; Rossignol et al., 2005), 這與本研究結果不一致。同時, 在本研究中, 與N170趨勢相同, 無獎賞預期條件下的 N300更負, 這與相關研究結果是一致的(Marini et al., 2011)。我們推測,當前研究中N300在情緒性面孔和中性面孔的差異與過去研究相反可能主要是受到了獎賞預期的影響。過去這些發現負性情緒誘發更負的N300的研究(Carretié & Iglesias, 1995; Schutter et al., 2004;Rossignol et al., 2005)均沒有控制獎賞預期, 被試只是對目標面孔進行情緒辨別, 負性情緒易于吸引注意, 可能得到了更深入和更精細的加工。在當前研究中, 被試為獲得獎賞, 加強了對反應速度和準確率的要求, 而中性面孔的顯著性更低, 被試可能采用某種策略排除正性和負性面孔后才確認該面孔為中性面孔, 這可能造成了對中性面孔的反應時最長和引起的N300更負。今后研究應進一步考察情緒性信息引發的ERPs波幅如何受到獎賞預期的調節。

此外, 當前研究還發現 N300受到獎賞預期與情緒的交互影響。正性情緒加工效應并沒有受到獎賞預期的影響, 不同獎賞預期條件下的正性情緒加工效應無顯著差異; 而負性情緒加工效應以及負性偏向效應均受到獎賞預期的調節, 獎賞預期條件下的負性情緒加工效應和負性偏向效應均顯著大于無獎賞預期條件下的負性情緒加工效應和負性偏向效應。可見, 對情緒刺激的加工過程受到動機的調節, 且不同情緒刺激加工效應受到獎賞預期的差異性影響, 這可能暗示獎賞與情緒存在互相影響的加工機制(Murray, 2007; Wittmann et al., 2008)。大量的研究指出, 動機顯著性刺激能夠促進注意的調節 (“fine-tuning”),使得注意偏向顯著的刺激(Engelmann, Damaraju, Padmala, & Pessoa, 2009;Engelmann & Pessoa, 2007; Pessoa, 2009)。從這個方面來說, 負性面孔(如憤怒)傳遞出威脅的信號, 相比其他面孔更顯著(salient)、能夠更快地得到加工。人腦對負性刺激反應敏感, 而且這種負性偏向具有高度的一致性、穩定性(Delplanque, Silvert, Hot, &Segueira, 2005; Huang & Luo, 2006; Yuan et al.,2007; Yuan et al., 2012; 袁加錦, 李紅, 2012)。獎賞期待調動注意資源使得被試對目標刺激更警覺, 負性刺激能夠得到優先的注意, 使得獎賞預期條件下的負性情緒加工效應和負性偏向效應顯著大于無獎賞預期條件下的效應。

然而, 最近一項 ERP研究(Kaltwasser et al.,2013)也采用線索-目標范式, 考察了不同獎賞預期條件下(獎賞、中性、懲罰)對目標詞匯屬性判斷的(具體的或抽象的)ERP效應, 目標詞可能是正性的、中性的或負性的。ERP結果沒有發現目標詞情緒效價與獎賞預期的交互作用, 作者認為獎賞與情緒加工依賴不同的神經機制。但是, 該研究與當前研究的顯著不同是, 在當前研究中, 情緒效價是任務相關的, 而在 Kaltwasser等人(2013)的研究中,目標詞的情緒效價是任務無關的。正因為獎賞預期能夠促進注意集中在任務相關的刺激或刺激維度上, 當情緒效價與任務無關時, 則不會與獎賞發生交互作用, 進而不會影響被試的行為或神經反應。獎賞與情緒在神經機制上是否存在相互影響可能顯著地受到任務情境的調節。

5 結論

本研究利用 ERP技術考察了動機性因素對情緒面孔加工的影響。首先, 獎賞預期增強了大腦的神經反應, 獎賞線索比無獎賞線索誘發了更正的P1、P2、P300, 這反映了動機性信息促進被試調動更多的注意資源, 準備對后續目標進行有效的加工。其次, 獎賞與情緒加工存在共同的神經機制。獎賞預期對不同面孔情緒加工效應(正性情緒加工效應、負性情緒加工效應、負性偏向效應)的差異性影響揭示了動機性因素對情緒加工的調節作用,動機性因素促進了個體在加工情緒面孔時的負性情緒加工效應以及負性偏向。

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