額葉腦電偏側化的故事

楊元魁，博士，就職于東南大學學習科學研究中心（生物科學與醫(yī)學工程學院）、兒童發(fā)展與學習科學教育部重點實驗室，負責兒童情感研究室工作，主要研究方向為兒童和青少年社會情緒能力的發(fā)展、評測與培養(yǎng)。

前文從過程與策略、測量與評估、兒童早期和青春期的發(fā)展特點等方面對情緒調(diào)節(jié)進行了討論，本文將具體介紹一些可用于評估兒童氣質(zhì)、社會退縮行為、情緒調(diào)節(jié)能力的重要電生理指標之一：額葉腦電偏側化。

現(xiàn)有的大量證據(jù)表明，情緒功能是全腦網(wǎng)絡協(xié)調(diào)工作的結果，但是也呈現(xiàn)出了一定程度的偏側化，即左右半腦是一定程度專門化的，負責不同的情緒功能。例如，有關情緒的腦功能成像技術可以普遍觀察到左側杏仁核更加活躍；有關面部表情的研究發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)人的面部表情從左臉開始呈現(xiàn)，當完全呈現(xiàn)出來時，左臉表情也更加明顯，這意味著可能是右半腦主導著面部表情。

上期文章中曾經(jīng)提到，雙側杏仁核與雙側前額葉之間有著解剖結構上的直接神經(jīng)投射，它們之間聯(lián)系的有效性對情緒調(diào)節(jié)能力有著重大影響；而且左右兩側杏仁核與前額葉之間的神經(jīng)效能也并不一致，這就引起了在腦電活動上一種非常有趣的現(xiàn)象——額葉腦電偏側化，有時也被稱為額葉腦電不對稱性。雙側杏仁核與雙側額葉的位置如圖1所示。

從腦電信號的角度上看，額葉腦電偏側化實際上測查的是左側額葉和右側額葉α波（8～13 Hz）活動強度的差異。α波是正常人腦電波的一種基本節(jié)律，在人們清醒、安靜閉眼時表現(xiàn)最為明顯；當人們睜開眼睛或接受其他刺激時，α波會立刻消失。由此可見，α波活動強度與所對應的皮層腦區(qū)活動強度成反比，α波活動越強表明該腦區(qū)活動越弱。

計算額葉腦電偏側化最常用的方法是將右側和左側額葉特定位置（一般是F4和F3，詳見圖2）電極測得的α波強度取自然對數(shù)，然后將二者相減。如果差值為正，則說明左側額葉比右側額葉活動強烈，數(shù)值越大，左側化程度越高；如果差值為負，則說明額葉活動沒有出現(xiàn)左側化。

那么，額葉腦電偏側化現(xiàn)象是由誰又是怎么發(fā)現(xiàn)的呢？Richard J.Davidsons是一位非常杰出的兒童發(fā)展心理學家，這一現(xiàn)象正是由他主要發(fā)現(xiàn)的，發(fā)現(xiàn)的過程也非常有趣。不知大家是否還記得本專欄第1篇文章《情緒的故事——從電影<頭腦特工隊>說起》（見本刊2017年第5期）中提到的Paul Elkman？他對情緒研究領域最大的貢獻是基于面部表情的研究提出了6種基本情緒理論。在20世紀80年代，Richard J.Davidson和Paul Elkman曾經(jīng)合作研究過情緒誘發(fā)條件下（例如觀看帶有強烈情緒色彩的圖片或視頻）的面部表情和腦電活動之間的一致性。他們驚訝地發(fā)現(xiàn)，被試者在觀看有趣的情緒視頻或圖片時，雖然面帶微笑，但是其腦電活動與基線（實驗前在被試者安靜狀態(tài)下測得的腦電活動水平）狀態(tài)之間并沒有明顯的差異。他們不得不重新思考這些出現(xiàn)微笑的被試者是否真的感受到了快樂。

在此之前，人們對于微笑的研究已經(jīng)比較深入了。有一位名為Duchenne（中文譯為杜興）的法國解剖學家發(fā)現(xiàn)，當人們真正因為感到快樂而微笑的時候，或者當理解彼此心意而會心一笑時，除了嘴部和頰部的肌肉會動以外，眼部肌肉也會動，這會在人們的眼角形成皺紋，這樣的微笑被命名為“杜興微笑”。這就意味著，如果一個人跟你微笑的時候，他/她的眼角沒有出現(xiàn)皺紋，那只是禮節(jié)性的微笑，并非發(fā)自內(nèi)心；如果他/她的眼角出現(xiàn)皺紋，那說明他/她看到你是真的高興，并不是在敷衍你。

據(jù)此，Elkman對被試者的面部肌肉運動進行了重新編碼，并且與腦電活動再次進行了對比。結果發(fā)現(xiàn)，當被試者出現(xiàn)杜興微笑時，其左前額的激活要比右前額的激活更加明顯。Davidson等人認為，這是積極情緒與消極情緒在腦機制上的重要差異。那么問題來了，從情緒發(fā)展的角度上說，這一結論還能否成立？

說到這個問題，我們又得翻前面的文章了。在《氣質(zhì)的故事》（見本刊2017年第7期）一文中，我們曾經(jīng)提到一位非常杰出的發(fā)展心理學家Jerome Kagan，他和他的學生Nathan Fox是當代兒童氣質(zhì)理論的奠基人。名師出高徒，由Nathan Fox作為領銜人之一的“布加勒斯特兒童發(fā)展早期干預項目”，為人類對兒童早期發(fā)展的理解作出了重大貢獻，改變了很多國家的兒童早期發(fā)展政策（具體請參考本刊2012年第12期韋鈺院士撰寫的《兒童早期發(fā)展的工作必須在科學研究指導下進行（三）——布加勒斯特兒童發(fā)展早期干預項目》一文）。

Davidson和Fox進行了合作，他們邀請了38個10個月大的嬰兒來到實驗室，讓這些嬰兒觀看女演員大哭和大笑的視頻，同時采集他們的腦電活動。結果發(fā)現(xiàn)，當嬰兒看到演員大笑的視頻時，他們也露出了微笑，左前額的腦電活動十分活躍；當看到演員大哭的視頻時，他們的臉色也會變得陰沉，甚至一些嬰兒還哭了起來，即使他們并不理解女演員為什么哭，這時他們右前額的腦電活動開始非常活躍。

他們很開心，但是同時又在思考更為深入的問題：這種偏側化的現(xiàn)象是一出生就有，還是在這10個月中逐步形成的？于是，他們開始“得寸進尺”了，在醫(yī)院產(chǎn)房邀請到了33個新生兒家庭參與了進一步的實驗。他們給新生兒寶寶的舌頭上先后滴了蒸餾水、糖水和檸檬汁，同時記錄腦電活動。結果發(fā)現(xiàn)，新生兒對蒸餾水沒啥反應，但是糖水引起了更明顯的左前額激活，檸檬汁引起了更明顯的右前額激活。這意味著，即使在人剛剛出生，前額皮層處于非常不成熟的階段，積極情緒和消極情緒在人腦中已經(jīng)具備了初步的功能差異。

但是，嬰兒不會說話，Davidson只能假設他們在這些實驗情境中真的感受到了高興和難過。為了更進一步地解決這個問題，Davidson重新招募了一批10個月大的孩子，并采用了母嬰分離任務考查了嬰兒的實際行為與腦電活動之間的關系。在實驗之前，研究者記錄了嬰兒在靜息狀態(tài)下的大腦活動作為基準。實驗過程中，有些嬰兒在媽媽離開時，立即開始大哭；有些嬰兒則是非常好奇地東張西望，并沒有表現(xiàn)出痛苦。該實驗再次證實了前期的一些結論，那些焦慮不安大聲哭泣的嬰兒表現(xiàn)出了更高基準水平的右前額激活，這說明作為基準的大腦靜息態(tài)下的腦電活動模式可以有效地預測嬰兒的反應，可以作為對嬰幼兒氣質(zhì)、社會退縮行為等進行評估的有效生物標志。

從那之后，兒童發(fā)展領域有關額葉腦電偏側化的研究開始井噴。后續(xù)的大量研究表明，行為抑制的兒童會表現(xiàn)出額葉腦電右側化，即右前額高于左前額的激活水平，說明行為抑制系統(tǒng)的激活水平較高。左額葉活動強的兒童，表現(xiàn)出的外顯行為問題和內(nèi)隱性問題也較少。相關研究還發(fā)現(xiàn)，在靜息狀態(tài)下，社會退縮兒童相對于正常兒童，表現(xiàn)出了更高的額葉腦電右側化；在任務狀態(tài)下，社會退縮兒童的額葉腦電右側化程度沒有發(fā)生明顯的變化，正常兒童在觀看不同情緒的電影時，額葉腦電偏側化模式均發(fā)生了明顯改變。這說明，額葉腦電偏側化可以作為評估兒童氣質(zhì)類型和社會退縮行為的重要電生理指標之一。

有關情緒調(diào)節(jié)的電生理研究發(fā)現(xiàn)，在靜息狀態(tài)下，額葉腦電偏側化模式與不同的情緒調(diào)節(jié)能力有關，良好的情緒調(diào)節(jié)能力往往伴隨著左額葉更大的活動。縱向研究表明，在兒童早期左側額葉活動強的兒童，在童年期和青春期時情緒調(diào)節(jié)能力更強。盡管隨著年齡的發(fā)展兒童和青少年的情緒調(diào)節(jié)能力獲得了發(fā)展，但是左右額葉活動偏側化并不會隨著情緒調(diào)節(jié)能力的發(fā)展表現(xiàn)出顯著的差異，而是只在一定程度上發(fā)生改變。這說明，額葉腦電偏側化具有較強的穩(wěn)定性，可以作為評估和預測個體情緒調(diào)節(jié)能力發(fā)展的重要指標之一。

此外，有關青少年和成人抑郁癥的研究表明，靜息狀態(tài)下的額葉腦電偏側化程度與抑郁水平呈負相關，抑郁個體的靜息額葉腦電相對右側化，伴隨著右側額葉更大的活動；從短期和長期而言，抑郁個體靜息額葉腦電偏側化具有穩(wěn)定性，這說明靜息額葉腦電偏側化對個體的抑郁水平具有較強的預測作用。

傳統(tǒng)的心理測量方法（如問卷、量表、訪談等）由于主觀性太強，所以篩查往往不會非常有效，這對學校的心理健康教育帶來了很多問題。我們建議有條件的中小學和幼兒園可以配置一些生理儀或生物反饋儀，或者便攜式的可穿戴腦電設備，這可以為傳統(tǒng)的心理健康教育和心理風險預測提供更為客觀、穩(wěn)定的參考指標。