视觉情绪刺激诱导的神经磁场研究

陆水平 谢世平 闫 伟

视觉情绪刺激诱导的神经磁场研究

陆水平①谢世平 闫 伟

目的 使用脑磁图探讨健康右利手受试者给予视觉情绪图片刺激早期情绪相关脑区磁场激活特征。方法 12例健康右利手受试者,给予国际情绪图片库(I A PS)正性、中性、负性情绪图片刺激同时记录脑磁图信号,使用SPM 8b软件进行数据分析,两样本t检验,设P<0.02,K>10体素阈值的脑区激活有意义。结果 正常人在给予正性情绪图片刺激时与给予中性情绪图片刺激时比较发现右侧的岛叶激活增强(0～100m s,t=2.87,P=0.004;100～200m s,t=2.97,P=0.004;200～300m s,t=2.67,P=0.008;300～400m s,t=2.65,P=0.007);给予负性情绪图片刺激时与给予中性情绪图片时比较发现右侧的额下回激活增强(0～ 100m s,t=2.27,P=0.016;100～ 200m st=2.28,P=0.016;200～ 300m s,t=2.30,P=0.015;300～ 400m s,t=2.29,P=0.016);给予正性情绪图片与负性情绪图片刺激时比较未发现激活有差异的脑区。结论 正常人右侧岛叶、右侧额下回脑区在情绪唤醒度评价、趋向及回避行为评价中起作用。

脑磁图;情绪;国际情绪图片库;视觉

探测神经细胞内电流产生的磁场信号变化的技术称为脑 磁图(M EG),磁场信号不受颅骨,头皮等介质的影响,信号不衰减,信噪比高,与磁共振解剖像叠加后可以具有2～5 mm的空间分辨率;而传统脑电图受颅骨、头皮等表面固有电位的影响,空间分辨率较差,只能研究波谱成分,不能准确定位脑区。既往研究发现情绪的愉悦度(V alence)和唤醒度(A rousal)与两个动机系统相关,一个是渴望系统,涉及趋向性的生理行为;另一个是厌恶系统,涉及一些逃避性的生理行为[122],但之前研究对起情绪评价调节作用的脑区仍不清楚。本实验使用脑磁图技术,以国际情绪图片库( IA PS)正性、中性、负性3类图片为情绪诱导材料,研究正常人情绪愉悦度、唤醒度两个动机系统所涉及的脑区激活情况。

1 对象与方法

1.1 对象

为2009年南京地区医院实习生、研究生、进修生12名,男女各6名,年龄22～29岁,平均(23.0±2.0)岁,受教育年限为15～18年,平均(16.2±1.0)年;受试者均为右利手,视力、听力正常,无脑磁图和磁共振检查禁忌;无躯体疾病,近期无重大感染和手术史;排除精神分裂症、情感障碍、神经症病史,无精神疾病家族史;无成瘾性和精神活性物质依赖史,近期未服用精神类药物。本实验经南京医科大学伦理委员会同意,向所有受试者均明确交代实验情况及注意事项后签署知情同意书。

1.2 方法

1.2.1 情绪图片刺激材料 选自国际情绪图片库的正性、中性、负性情绪图片各80张,正性情绪图片包括一些令人产生高兴、愉快、满足、兴奋、刺激感受的如可爱的婴儿、动物、钞票、名车、美食、体育运动图片,中性情绪图片包括一些常见的生活用品、建筑、生活场景等图片,负性情绪图片包括令人忧郁、绝望、厌恶、恶心的如灾难、疾病、猛兽、毒蛇等图片,研究显示其可以很好的诱导出神经磁场变化[3]。调整图片大小至409×307像素,亮度及对比度一致。正性、中性、负性图片愉悦度分别为[(7.47±0.37)、(5.08±0.28)、(2.63±0.64),F=2245.29,P<0.001];唤醒度分别为[(5.28±0.88)、(3.50±0.71)、(5.70±0.77),F=177.61,P<0.001];采用Block设计,3类图片分类呈现,组间组内刺激呈现顺序随机化;每组随机添加10张灰色十字、白底图片作为靶刺激,靶刺激数据分析时不使用;采用BrainX软件播放(美国Cicinati儿童医院脑磁图中心提供),情绪图片呈现1000m s,靶刺激呈现300m s,刺激间隔随机在1500～2000m s之间以消除受试者对图片呈现的预期效应;图像经磁屏蔽室外SAN YO投影仪经室内2次镜面反射投射到受试者面前的屏幕上,屏幕距双眼50～60cm,适当的调整至舒适为止;受试者被要求平卧于检查床上,注意屏幕的中央,放松身体、尽量避免躯体活动,实验指导语为:请仔细观看图片,体会每张图片的情绪意义,当看见随机呈现中的十字图片时,请用右手食指快速按键。

1.2.2 脑磁图扫描 应用加拿大CTF?V SM 275信道全头型M EG,标记鼻根和双侧耳前3个指示点,专用定位线圈固定,建立头部坐标系,在磁屏蔽室内进行采集,采样频率1200Hz,采集刺激前1000m s至刺激后2000m s时间段内的数据,得到0～300 Hz原始数据,检查过程中头动超过1cm 数据将舍弃。

1.2.3 磁共振扫描 应用美国GE?Signa NV?I 1.5T超导型MR I,扫描前用维生素E胶丸定位,位置同脑磁图定位线圈,作为脑磁图和磁共振融合点。磁共振扫描选用正交头颅线圈,定位像采用扰相梯度回波3D序列,参数如下:视野(FOV)=240mm×240mm×162mm,矩阵=256×256×54,脉冲重复时间=33.33s,回波时间=9m s,反转时间=0s,平均指数=1,成像频率=63.85。

1.3 数据处理

台上的SPM 8b软件处理。由于受投影仪屏幕刷新率的影响,磁屏蔽室内图片呈现时间与数据采集零点相比有25m s的延迟,这一延迟被校正,之后截取刺激前-200m s到刺激后600m s时间段,对-200m s到0m s基线校正,然后降频到200Hz;磁共振解剖图像分割,3个维生素E胶丸定位指示点与脑磁图3个定位线圈重合,正向模型估算使用局部球体模型,再经反向模型估算激活源位置,投射到标准头模,分别计算刺激后 0～ 100 m s、100～ 200 m s、200～ 300 m s、300～ 400 m s时间段,0～30 Hz频率范围内情绪图片诱导神经磁场激活图、最后图像以8mm进行图像平滑;SPM 8b统计处理,两独立样本t检验,设定P<0.02(未校正),K≥10个体素(10mm3)的区域激活有统计学意义。MN I坐标经 Icbm_spm2tal插件转换为Talairach坐标,使用Talairach Daemon软件确定脑区。

原始数据经运行在MA TLAB-R2007b平

2 结 果

情绪图片诱导的脑区激活比较(见表1)。与中性图片相比,受试者在给予正性图片刺激后0～400m s4个时间段均有右侧岛叶(BrodmannA rea 13区)激活增强;与中性图片相比,受试者在给予负性图片刺激后0～400 m s 4个时间段均有右侧额下回(Brodmann A rea 44区)激活增强;而正性图片与负性图片刺激相比,未发现有激活差异的脑区。

表1 正常人正性、中性、负性情绪图片刺激下脑区激活比较

BA:Brodmann分区;设P<0.02(未校正),K≥10个体素为差异有统计学意义。

3 讨 论

脑磁图与脑电图比较具有空间分辨率优势,与功能磁共振相比有时间分辨率优势,本实验研究情绪图片诱导的神经磁场变化,发现了情绪刺激早期右侧岛叶、右侧额下回的激活。

岛叶、额下回后部是参与情绪等认知活动的重要脑区[4]。既往研究中发现岛叶在疼痛的感受、情绪评价、注意转向、工作记忆中起重要作用[5]。本实验发现正常人在处理正性情绪信息时比处理中性情绪信息时右侧的岛叶激活增强,可以认为正性图片引起了人们对既往自身高兴、愉悦情绪记忆的提取增加,在安逸情绪状态下激活增强,岛叶是正性情绪产生的指示器。本实验还发现右侧豆状核激活增强,这可能是岛叶的神经电活动传递引起的。额下回后部及运动前区被认为参与情绪感知、分类评价、任务执行操作、工作记忆等认知活动[4,6]。有研究认为大脑额叶和顶叶之间存在一个起注意调节作用的神经通路,用于调节个体对外部刺激的注意转向及清醒、警觉状态的维持,以适应外部环境变化,利于自身个体安全需要[728]。本实验发现,正常人处理负性情绪信息时比处理中性情绪信息时右侧的额下回激活增强,显示额下回在对外部威胁、逃避性情绪信息的快速注意转向中起重要作用,这一脑区的激活可以理解为负性情绪图片刺激模仿了外界威胁性信息,使机体处于一个警戒状态,运动前区此时激活为即将可能到来的回避反应做准备[4]。

愉悦度是从感到厌恶、忧郁、绝望、厌烦到高兴、愉快、满意、有希望的情绪维度,唤醒度是从放松、平静、迟钝、乏味到兴奋、刺激、激动高度唤醒维度;正性图片具有最高的愉悦度及中等的唤醒度,中性情绪图片具有中等的愉悦度及最低的唤醒度,而负性图片具有最低的愉悦度及最高的唤醒度。本实验正性图片与中性图片相比右侧岛叶激活增强,负性图片与中性图片相比,右侧额下回激活增强;可以理解为高唤醒度的情绪图片(正性图片与负性图片)比低唤醒度的情绪图片(中性图片)刺激时右侧岛叶、右侧额下回激活增强,说明脑区激活主要受情绪唤醒度的影响。与本实验的结果一致,Moratti等也发现高唤醒度情绪图片比低唤醒度情绪图片引起了额顶叶脑区激活增强,额顶叶皮质注意网络主要受情绪唤醒度的调节[9210],但由于Moratti等的研究没有与磁共振解剖像叠加,只能大体发现额顶叶脑区激活差异,而本实验与磁共振解剖像叠加后发现右侧岛叶在处理正性情绪信息时激活增强、右侧额下回在处理负性情绪信息时激活增强。本实验结果在一定程度上说明了额顶叶注意调节环路的存在,亦显示了脑磁图高空间分辨率的优势。渴望动机系统和厌恶动机系统,分别体现在趋向性的生理行为,如享受、哺育、营养、性行为等,及回避性的生理行为如逃跑、躲避、退却、防御等[122],本实验结果可以认为右侧岛叶在趋向性行为的评价中起重要作用,而右侧额下回在回避性行为的评价中起重要作用。

既往研究发现杏仁核在情绪记忆中起重要作用[11],而本研究未发现杏仁核在3种情绪刺激下的激活差别,可能是因为正常人杏仁核是正性、中性、负性情绪信息处理的共同神经通路节点,在情绪信息处理中的作用相同,所以未发现其激活异常。

本实验正性图片与负性图片刺激比较未发现激活有差别的脑区,可能是由于情绪信息处理是一个多脑区参与的复杂过程,但各种情绪信息处理时基本时间空间顺序是相同的,只是某些脑区在处理特定情绪刺激时激活增强,高唤醒度的情绪信息处理过程基本相同;其次脑磁图可以采集到0～1500 Hz的原始数据,而本实验只是分析了0～30 Hz的脑磁图信号,有可能一些有意义的信号数据被遗漏,认知活动高频脑磁图信号是今后一个重要的研究方向;此外,脑磁图分析的数学算法等也可能影响实验结果。

总之,本实验发现了右侧岛叶在处理正性情绪信息的激活增强,右侧额下回在处理负性情绪信息时激活增强,可以认为右侧岛叶、额下回脑区在情绪唤醒度评价,趋向及回避行为评价中起重要作用。本研究将高时空分辨率的脑磁图技术应用于心理学领域,为认知心理学的研究提供一种新的研究手段。情绪障碍作为一种常见的临床症状,是临床心理工作者面临的常见问题[12],解释正常人不同情绪信息处理的神经环路,可以为今后抑郁症、焦虑症、创伤后应激障碍等情绪病理环路的研究打下基础,相关疾病情绪病理环路的研究将是本课题今后的研究方向。

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Neural Magnetic Field I nduced by Visually Emotional Picture St imuli.

L u S huip ing,X ie S hip ing,Yan W ei.D epartm ent of

Psychiatry,N anjing B rain H osp ital,N anjing210029,P.R.China

Objective To explore the neural substrates of emotion related brain areasof right handed healthy individuals during early stage of visually emotional pictures st imuli using magnetoencephalogram.M ethods A total of 12 right2handed healthy individualswere silently view ing positive,neutral,negative emotionalpictures from InternationalA ffective Picture System(I A PS).Data was collected usingM EG and analyzed using SPM 8b software.Two sample t-test was used to find the difference of brain activation,voxelsw ith aPvalue<0.02 and cluster size K≥10 voxelswere determ ined significant difference.Results Compare to neutral emotionalpictures,healthy individuals showed increased activity in right insularwhile view ing positive emotionalpictures(0～ 100m s,t=2.87,P=0.004,100～ 200m s,t=2.97,P=0.004,200～ 300m s,t=2.67,P=0.008,300～ 400m s,t=2.65,P=0.007);Compare to neutral emotional pictures,increased activity in right inferior frontal gyruswas found when view ing negative emotional pictures(0～ 100m s,t=2.27,P=0.016,100～ 200m st=2.28,P=0.016,200～ 300m s,t=2.30,P=0.015,300～400m s,t=2.29,P=0.016);therewas no different activitywhen view ing positive pictures compare to negative pictures.Conclusion

The right insular and inferior frontal gyrus has function of perception and modulation of emotion arousal,appetitive and aversive behaviors.

M EG;Emotion;International affective picture system( IA PS);V isual

① 中国.南京脑科医院 210029 E2mail:lushuiping3001@yahoo.com.cn

2012206224)