情緒詞匯認知加工誘發(fā)電位時空模式的腦功能研究

陳湛愔　高俊杰　張光妍　何國林　周　曙　許雯蔚　何良玉　林海峰　梁余航　陳奕奕

1)廣東湛江中心人民醫(yī)院　湛江　524037　2)南方醫(yī)科大學南方醫(yī)院神經內科　廣州　510515

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·論著·

情緒詞匯認知加工誘發(fā)電位時空模式的腦功能研究

陳湛愔1)#高俊杰1)張光妍1)何國林1)周曙2)許雯蔚1)何良玉1)林海峰1)梁余航1)陳奕奕1)

1)廣東湛江中心人民醫(yī)院湛江5240372)南方醫(yī)科大學南方醫(yī)院神經內科廣州510515

【摘要】目的應用多通道事件相關電位(event-related potential，ERP)分析技術，探討正常青年受試者對情緒性詞匯認知加工腦神經功能電活動機制。方法應用不同情緒效價的情緒刺激圖片對31例健康志愿者進行情緒效價5個水平情緒腦電誘發(fā)電位的測試判別，觀察受試者對5個情緒效價水平情緒詞匯的情緒反應。結果ERPs統(tǒng)計參數映像圖(SPM)結果，對詞匯情緒性加工的顯著性差異最早可見于刺激后60～200 ms；中后期(刺激后420～960 ms)極負性和中性情緒反應顯著性差異表現為右腹側記憶-注意整合網絡出現刺激負荷效應。極正性和中性情緒反應差異為中期(刺激后320～420 ms)的左頂、顳、枕，晚期(刺激后680～1 000 ms)見到右額中央負荷效應。極正性和極負性情緒反應差異于刺激后400～1 000 ms見于雙側眶額皮層、腹內側前額皮層、前扣帶回皮層和軀體感覺皮層等腦區(qū)的廣泛記憶-注意整合網絡引起更強的激活。結論個體認知行為差異和社會環(huán)境背景影響不同情緒效價情緒性詞匯的加工，不同情緒效價的情緒性詞匯加工過程中存在顯著性差異。正負性情緒詞匯的加工是雙側半球廣泛腦區(qū)的記憶-注意整合網絡激活效應，并存在腦的偏側化激活效應。

【關鍵詞】事件相關電位；情緒詞匯；認知加工；統(tǒng)計參數映像

語言理解是一個復雜的認知過程，并伴豐富的情感反應，相關研究涉及多方面，包括語言學、心理學及認知神經科學等學科。漢字為象形文字，既具有語言意義又具有較強的圖形性，與西文拼音文字比較研究，具有完全不同的言語認知神經機制。隨著功能磁共振成像及事件相關電位(event-related potential，ERP)等技術的發(fā)展，有關語言理解的神經認知機制研究已取得不少的進展，尤其西文文字的情緒研究。但對漢語情緒詞匯的ERP研究還很少。傳統(tǒng)ERP研究主要以單導聯(lián)或少數導聯(lián)記錄ERP的少數成分，目前尚缺乏綜合運用ERP的時間和空間模式全面地考察情緒詞匯理解加工過程的報道。因此，本研究設計了應用ERPs的時空模式分析技術，使用2010年我們建立的中國漢語標準化情感詞匯常模數據庫[1]中不同情緒效價詞匯圖片，依據Osgood等[2]的3個情緒維度理論，制定實驗刺激范式，同時利用多通道ERP通過插值生成t值的統(tǒng)計參數映像(SPM)呈現地形圖，分析正常青年受試者對情緒性詞匯認知加工的ERP時空模式變化，進而探討情緒詞匯加工的腦神經認知機制。

1材料和方法

1．1研究對象入組標準：被試者合作，均為右利手；無神經及精神系統(tǒng)疾病；應用17項版本Hamilton焦慮和抑郁量表進行評定。本組受試者焦慮評分為4.91±1.23，抑郁評分為5.32±1.46，情感評分均在正常范圍內。符合入組標準的被試者31例，男16例，女15例，年齡19～29(26.91±3.18)歲；受教育年限(18.6±0.7)a；本研究經湛江中心人民醫(yī)院醫(yī)學倫理委員會批準，所有研究對象均知情同意參加實驗并領取一定報酬。

1．2刺激材料和刺激范式使用2010年我們建立的中國漢語標準化情感詞匯常模數據庫[1]中不同情緒效價的圖片，共分為極負性、偏負性、中性、偏正性和極正性5個刺激類別。極負性、偏負性、偏正性和極正性情緒圖片各60張，中性情緒詞匯圖片120張，共360張。然后對所有情緒詞匯圖片進行類別編號，最后完全隨機排序360張情緒圖片制成實驗刺激范式。采用南方醫(yī)科大學神經心理實驗室研制開發(fā)的刺激呈現系統(tǒng)。實驗范式的視覺刺激顯示屏分辨率為1 036×824像素點，刷新率為90 Hz，亮度與對比度以不使受試者感覺不適為度。顯示屏幕放在被試前方約1 m處。情緒詞匯圖片設計為煙灰色、像素點為800×800。360張情緒詞匯圖片在計算機屏幕上以黑色為背景依次呈現，每張情緒詞匯圖片呈現時間1 500 ms，黑屏3 000 ms，故連續(xù)2張圖片之間間隔(SOA)4 000 ms。共約20 min，其中均勻安排20 s休息各8次。

1．3實驗刺激和受試任務本實驗選用以情緒效價作為評判標準的實驗性情緒詞匯加工任務。受試者對每張情緒詞匯刺激圖片進行真實的內心情感判別，如看見詞匯圖片后感覺“高興、愉快、舒服、興奮”時按操作桿的左鍵，感覺“難受、消沉、不愉快、悲觀、不高興”時按操作桿的右鍵。對中性詞則根據受試者當時內心體驗，若高興、愉快則按“左”鍵，或悲觀、難受則按“右”鍵。

1．4試驗環(huán)境與腦電記錄條件試驗在湛江中心人民醫(yī)院神經內科神經電生理實驗室內，在安靜、微暗的環(huán)境下進行。腦電記錄和ERP分析采用本實驗室開發(fā)的ERP系統(tǒng)和北京新拓公司的19通道腦電放大器。記錄電極按國際10-20 標準導聯(lián)系統(tǒng)安裝，連接雙側耳垂為參考，接地電極置于前額正中。濾波通頻帶為[0.5，100]Hz，頭皮與電極間阻抗<10 kΩ。分析記錄時間為刺激后1 000 ms，刺激前基線100 ms，應用主成分分析法自動訂正眼動等偽差，偽差檢測閾值設為70 μV。EEG片段時間窗取為目標刺激呈現前-100 ms至呈現后1 000 ms，偽差訂正后的全部事件相關EEG片段參與疊加平均兩類ERP。

1．5統(tǒng)計學方法本實驗為單因素5個水平重復測量實驗設計。實驗觀察極負性、偏負性、中性、偏正性和極正性5個水平的情緒詞匯的情緒效價反應的腦電差異。應用SPSS 19.0 軟件對行為績效進行配對t檢驗。對5個水平的情緒詞匯反應時和正確率進行方差分析。利用ERP系統(tǒng)的統(tǒng)計軟件包對ERP數據進行單因素5個水平重復測量的方差分析，基于19通道ERP波幅樣本可計算各電極對應統(tǒng)計量t值，t值經空間插值則獲得SPM(t)，利用時空模式統(tǒng)計分析軟件將ERP波幅樣本繪制統(tǒng)計參數映像圖(SPM)。

2結果

2．1行為學結果——反應時間與反應正確率按鍵反應總正確率95.57%。兩性對情緒刺激圖片反應時有顯著性差異。見表1。重復測量多重比較分析顯示兩性均對于極負性和極正性情緒詞匯反應時差異有統(tǒng)計學意義(P=0.001)。

表1　兩性情緒效價不同水平重復測量的方差分析±s)

注：#主效應，*交互效應

2．2總平均ERP波形與差異波31例受試者5個情緒水平下記錄的ERPs總平均波形詳見圖1，可見不同情緒效價5個水平情緒詞匯誘發(fā)的總平均波形在各通道均具有顯著差異。尤其在刺激誘發(fā)的中晚期呈現在以額、頂、中央、顳波幅最大的正性成分(LPC)尤為突出，特別是極負性詞匯誘發(fā)電位更加明顯。

2．3不同情緒效價ERP統(tǒng)計參數映像[SPM(t)]時間序列圖2～4顯示，31例被試者對5個水平不同情緒效價ERP均值的SPM(t)時間序列(目標刺激出現后-100～1 000 ms)。各空間模式由各電極在100～300 ms時間窗口內的t值平均值插值獲得。在情緒詞匯刺激呈現的誘發(fā)腦電活動后像延續(xù)作用期為(0～780 ms)，SPM(t)顯示，極負性和中性詞匯情緒反應顯著性差異為早期(100～140 ms)右頂枕激活；隨后(280～360 ms)左額、中央、顳、枕區(qū)激活；中晚期則是420～960 ms右腹側記憶-注意整合網絡出現刺激負荷效應。極正性和中性詞匯差異為早期(100～200 ms)左額中央頂激活；中期(320～420 ms)左側頂、顳、枕激活；中晚期則是680～1 000 ms右側額中央出現刺激負荷效應。極正性和極負性差異體現在早期(80～160 ms)左額中央頂激活；更遲一些(200～360 ms)左顳頂枕激活；中晚期則是(400～1 000 ms)雙側眶額皮層、腹內側前額皮層、前扣帶回皮層和軀體感覺皮層等腦區(qū)的廣泛記憶注意整合網絡引起更強的激活。

3討論

一般從情緒類型觀點出發(fā)，將情緒分為愉快、悲傷、憤怒、恐懼等基本情緒類型[3-4]。情緒維度觀點與這種研究取向是有聯(lián)系的，Osgood等[2]通過因素分析確定了情緒的3個主要維度：情緒效價(valence)、喚醒度(arousa1)和優(yōu)勢度(dominance)。這種維度觀點已經得到多數學者的支持[5]。情緒語境主要由情緒詞匯、語句等情緒性語言刺激誘發(fā)。通過影響讀者的情緒，從而對閱讀中注意、認知加工、理解、記憶等多個環(huán)節(jié)起到調節(jié)作用[6]。研究證實，情緒語境的認知反應可能來自3個不同層面的影響機制，一是自動化情緒效價激活影響詞匯通達；二是通過改變內隱情緒狀態(tài)對認知加工進行自動調節(jié)；三是通過情緒語義期待影響加工整合的認知努力。

早期情緒啟動研究主要采用行為實驗，無法考察情緒啟動效應的內部機制。ERP技術的引入更有效揭示情緒啟動效應的內部機制。研究主要涉及兩個情緒成分N400和LPP。N400反映了詞匯語義與先前呈現語境的語義匹配關系[7-8]，或與自動化的認知資源分配有關。晚正成分LPP反映了持續(xù)注意、記憶編碼，以及情緒引發(fā)的認知資源分配的增加[9]。也有學者研究證實[10]，情緒啟動中存在兩種共同起作用的機制：一方面，情緒信息在語義網絡里得到自動激活，表現為反映語義整合的N400波幅在啟靶刺激情緒效價一致時比不一致時要小；另一方面，對靶刺激的評價反應行為因情緒啟動刺激而自動激活，表現為反映動作準備的腦電成分LRP在啟靶情緒效價一致比不一致時的潛伏期短。個體通過注意選擇需要加工的信息，而情緒信息會顯著影響注意的選擇。目前較多研究表明注意帶有情緒信息的偏向性會顯著影響后續(xù)的認知過程[11-12]。不同正負性情緒間的差異性對注意偏向程度可能存在聯(lián)系。一般認為左半球與積極情緒有關，右半球與消極情緒有關。也有研究表明，左右腦區(qū)可能既包括積極的也包括消極的情感過程，積極和消極評價通路只是部分分離的。但所有這些研究主要以單導聯(lián)或少數導聯(lián)記錄ERP的少數成分，目前尚缺乏綜合運用ERP的時間和空間模式全面地考察情緒詞匯理解加工過程的報道。

本研究發(fā)現，個體對不同情緒效價水平的情緒性詞匯加工過程中存在顯著性差異，對詞匯情緒性加工的顯著性差異最早可見于刺激后60～200 ms；中后期極負性和中性情緒反應顯著性差異為420～960 ms右腹側記憶-注意整合網絡出現刺激負荷效應。極正性和中性情緒反應差異為中期的320～420 ms左頂、顳、枕，晚期680～1 000 ms右額中央負荷效應。極正性和極負性情緒反應差異為400～1 000 ms雙側眶額皮層、腹內側前額皮層、前扣帶回皮層和軀體感覺皮層等腦區(qū)的廣泛記憶-注意整合網絡引起更強的激活。對目標情緒刺激的激活反應是自動的、不受控制的，證明了這種情緒詞匯認知反應是自頂而下加工與自底向上加工的整和過程。正負性情緒詞匯的加工是雙側半球的廣泛激活，情緒反應兩半球差異顯著，尤其對極負和極正性情緒詞匯認知加工呈現顯著差異。分析原因可能是極負性和極正性情緒詞匯情感色彩明顯，對符合情緒期待的詞匯的加工比違反情緒期待的詞匯的加工所消耗的認知努力更小。且與受試者積極或消極的角色定位和人格特質的情緒性故事后提供帶有效價偏向的角色行為有關，受檢者無意識忽略負性情緒詞匯影響是自我保護潛意識機制的體現。本研究采用的情緒Stroop范式通常檢測個體對不同情緒效價情緒詞匯的反應時之差，其差值就代表個體對情緒信息加工的腦神經機制產生了注意偏向[13-14]。

本研究不同效價情緒詞匯的ERP時空模式顯示，大腦皮質對情緒性詞匯的早期加工主效應區(qū)位于眶額皮層，中晚期(刺激后300～1 000 ms)在雙側眶額皮層、腹內側前額皮層、前扣帶回皮層和軀體感覺皮層等大腦的廣泛記憶-注意整合網絡引起更強的激活。極負性詞匯對大腦皮質的激活效應尤為明顯。多個時段的廣泛腦區(qū)對不同情緒效價的情緒性詞匯信息加工差異顯著。本研究認為，正性情緒刺激和負性情緒刺激與中性情緒相比，早期的眶額皮層加工主效應，至中晚期的眶額皮層、腹內側前額皮層、前扣帶回皮層和軀體感覺皮層等腦區(qū)引起的廣泛強烈激活反應，且與被試對刺激的主觀情緒喚醒度評價一致。推測情緒感受的產生是一個順序加工過程，包括眶額皮層、腹內側額皮層和杏仁核等動機系統(tǒng)控制的情緒反應，情緒性軀體狀態(tài)映射到軀體感覺皮層，以及前部扣帶回負責的注意和執(zhí)行機制對這些映射表證進行的整合和再反應。

總之，個體認知行為差異和社會環(huán)境背景影響不同情緒效價情緒性詞匯的加工，不同情緒效價的情緒性詞匯加工過程中存在顯著性差異。受試者積極或消極的角色定位和人格特質的情緒性故事后提供帶有情緒效價偏向的角色行為是情緒詞匯信息加工差異性表現的根本，這種效應對今后對情緒障礙和認知障礙患者的臨床診斷與康復研究將具有重要價值，是未來臨床研究的方向。

圖1　受試者5個情緒效價水平記錄的ERPs總平均波形圖

圖2　受檢者極負性與中性情緒詞匯誘發(fā)ERPs配對t檢驗圖譜

圖3　受檢者極正性與中性情緒詞匯誘發(fā)ERPs配對t檢驗圖譜

圖4　受者極負性與極正性情緒詞匯誘發(fā)ERPs配對t檢驗圖譜

4參考文獻

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(收稿 2015-08-08)

基金項目：廣東省科技廳社會發(fā)展基金項目(編號：2011B031800397)

#通訊作者：陳湛愔，主任醫(yī)師，教授，醫(yī)學博士，碩士研究生導師，E-mail：chenzhanyin@126.com

【中圖分類號】R741.044

【文獻標識碼】A

【文章編號】1673-5110(2016)15-0001-04

Brain functional study on spatio-temporal mode of cognitive processing evoked potentials in emotional words

ChenZhanyin﹡，GaoJunjie，ZhangGuangyan，HeGuolin，ZhouShu，XuWenwei，HeLiangyu，LinHaifeng，LiangYuhang，ChenYiyi

﹡ZhanjiangCentralPeople'sHospital，Zhanjiang524037，China

【Abstract】ObjectiveTo explore the emotional vocabulary cognitive processing mechanism of brain electrical activity on normal young subjects with multi-channel ERPs analysis techniques. MethodsThe emotional valence in five levels of emotional evoked potential on 31 healthy volunteers was judged with pictures of different emotional valence by emotional stimulus. The emotional reactions in five emotional valence levels were observed on the subjects. ResultsERPs statistical parametric mapping diagram (SPM) results: the earliest significant difference to the processing of emotional vocabulary was visible at 60～200ms after stimulation; the significant differences of later period extremely negative and neutral emotional response were visible at 420ms～960ms，a stimulation load effect appeared in the right ventral memory-caution integrate network. The extremely positive and neutral emotional response difference were visible at 420ms～960ms on the left parietal，temporal，and occipital lobe，and a stimulation load effect appeared at later 680ms～1 000ms on the right frontal central. The extremely positive and negative emotional response difference were visible at 400ms～1 000ms. A greater memory-caution integrate network activation was visible in brain areas，such as bilateral orbitofrontal cortex，the ventromedial prefrontal cortex，anterior cingulated cortex and somatosensory cortex. ConclusionThe results show individual differences in cognitive-behavioral and social environmental backgrounds affect different emotional valence，emotional vocabulary processing. There is a significant difference in processing of emotional vocabulary in different emotional valences. Positive and negative emotion words processing is a stimulation load effect of memory-caution integrate network in bilateral hemispheres extensive brain areas，and brain lateralization activation effect is also visible.

【Key words】Event-related potentials; Emotional vocabulary; Cognitive processing; Statistical parametric image