面孔容颜信息加工的事件有关电位时空模式分析

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　　　　　　　　 作者：罗一峰，周曙，尹恝，吕田明，陆兵勋，刘玲，周宏珍，安红伟

【摘要】 目的： 利用事件相关电位研究面孔容颜信息加工的神经机制. 方法： 志愿受试者34名参与，以另外23名评估吸引力程度即容颜美丽程度分类的面孔照片作刺激，面孔性别识别为任务，记录的多导事件相关电位经重复测量方差分析（吸引力高、中、低）和配对t检验绘制统计参数映象(SPM). 结果： 动态SPM显示不同面孔吸引力所诱发的电活动于右额前区域刺激后60~100 ms即有显著性差异. 两者的差异涉及到刺激后140~240 ms的右顶及左额前区域. 有吸引力的面孔通过激活左及中额前区域可诱发出刺激后340~380 ms的正性电活动. 结论： 大脑对面孔容颜的认知可能经历早期粗分类加工、粗分类后重新评估及晚期与语言表达有关的加工.
【关键词】 面部；事件相关电位；统计参数映象
　　【Abstract】 AIM: To investigate the neural mechanism underlying facial beauty with eventrelated potentials(ERPs). METHODS: Thirtyfour participants took task of gender discrimination on facial stimuli， which were rated based on attractiveness by other 23 subjects previously. Oneway (attractiveness: high/median/low) ANOVA of repeatedmeasure was performed before posthoc comparisons. Statistical parametric mapping (SPM) was interpolated with both Fvalue and tvalue. RESULTS: Dynamic SPM showed that both attractive and unattractive faces were processed together as salient features in right frontal area (60-100 ms). The differentiation between the two involved the right parietal and left frontal areas (140-240 ms). Attractive faces elicited positive effects via the activation of left and midline frontal areas (340-380 ms). CONCLUSION: Facial beauty processing in human brain may include the early coarse categorization， the following reevaluation， and the next processing related to language description.
　　【Keywords】 Face; Eventrelated potentials (ERPs); Statistical parametric mapping (SPM)
　　0 引言
　　面孔容颜具有突出的生物学及社会学方面的意义. 进化论认为它是其持有者基因型及表型品质的表征信号［1］. 人类对其大脑如何加工面孔容颜信息所知甚少. 功能磁共振成像(fMRI)研究揭示，包括前脑基底部的豆状核底杏仁体延伸部(SLEA)、腹侧被盖、伏隔核和眶额皮质在内的奖赏系统参与了面孔容颜的感知［2-3］. 基于这些神经成像研究结果，Senior(2003)扩充了面孔感知的分布式神经系统模型，以描述大脑对面孔容颜（纯美学的与有奖赏意义的）的感知过程［4］. 在一个有关面孔容颜的事件相关电位（ERPs）研究中，Johnston等［5］发现晚正成份(late positive component， LPC)的变化与大脑感知容颜有关. 我们采用多通道事件相关电位的时空模式分析探索大脑加工面孔容颜信息的神经机制及大脑对缺乏吸引力的面孔是否使用同一机制进行加工.
　　1　对象和方法
　　1.1　对象
　　健康大学生34（男17，女17）名，年龄18 ～ 22（平均20）岁，均为右利手. 所有受试者均不知实验目的，并且事先未观看过用于刺激的面孔照片. 面孔照片600张来源于因特网，无名人面孔. 照片加工成600×600像素点大小. 面孔为彩色而背景为黑色. 由23（男12，女11）名非实验参与者按面孔容颜美丽程度即吸引力从低到高1～5分进行评分，分值允许小数点后1位. 按分值选取360张面孔照片用于刺激，分为高（3.22±0.13）、中（2.79±0.03）、低（2.31±0.15）三类，各120（男60，女60）张.
　　1.2　方法
　　受试者坐于距计算机屏幕1.0 m前，面孔照片呈现于屏幕中央约9 cm×9 cm，水平及垂直视角均约5°，刺激持续时间800 ms，刺激间隔(SOA) 2000 ms. 受试者观看图片时判断面孔性别并通过按键作出反应. 因此，容颜因素作为一个隐含因素被研究. 刺激按伪随机顺序呈现，同一类刺激被限定连续显示不超过3次. 按国际10/20导联、双耳垂为参考电极19通道记录ERPs. 限定在刺激前100 ms到刺激后800 ms的脑电片段由本实验室自主开发的系统放大并数字化，采样率1000 Hz，通频带宽［0.1， 60］ Hz，电极阻抗不超过5 kΩ. 手工去除眼动、肌动等伪差及波动超过±50 V的片段.
　　统计学处理： 每名受试者采集了2个脑电波形片段，分别对应于男、女性刺激面孔. 采用重复测量的单因素（面孔吸引力：高、中、低）方差分析，并进一步以双尾配对t检验两两比较. 以普通的皮层成像技术将所得多通道的F值和t值生成统计参数映象［SPM(F)和SPM(t)］［6］.
　　2　结果
　　性别分类任务的按键反应正确率为93%. 在受试者34名对应于不同面孔吸引力的总平均ERPs中，高、中、低吸引力面孔所诱发的三条总平均波形具有高度的相似性，N170成份最大幅值位于T6位点（图1）. 刺激后60 ～ 700 ms由多通道脑电数据生成的时空模式图（图2）：① Amp：由中等美丽程度面孔诱发的总平均ERPs；② SPM(F)：重复测量方差分析F值统计参数映象图，常规显著性水平F(2， 134)=3.064，P&<0.05，保守下限矫正(low bound epsilon)的显著性水平F(1， 67)=3.984， P&<0.05；③ SPM(t)：HM，LM，HL分别对应于高与中等美丽程度、低与中等美丽程度及高与低等美丽程度照片所诱发的事件相关电位两两比较t检验的统计参数映象，双尾，显著性水平t(67)=±1.996， P&<0.025. 每一个小的映象图为40 ms数据窗的平均值，步进40 ms，右下角数字指示刺激后潜伏期.
　　事件相关电位波形显示，刺激后60 ms双侧额前区域开始出现较弱的正性电活动. 120 ms到160 ms一个正性的P1波出现在双侧枕区，随后逐渐向头前部扩散，形成一个较强的头前部正性电位P200，并伴有一个枕颞区负电位N170. 继之从240 ms到300 ms，ERPs空间模式类似于先前的N170/P200模式，但极性相反，为头前部负性及头后部正性活动(P250/N270). 从300 ms到500 ms，ERPs形成晚期正电位LPC（或P300），对称分布于额顶区域. 一个以头后部为主的晚负成份N650出现于刺激后500~800 ms.
　　三种不同面孔美丽条件所致电活动方差分析的SPM(F)显示几个时段不同空间分布出现显著性意义. 配对t检验SPM(t) 进一步提示了具体的比较结果. 鉴于较宽的平均数据窗(40 ms)，显著性阈在EPRs早期成份上实际上更保守一些.
　　3　讨论
　　刺激后60~100 ms的超早期，SPM(F)在右前区域显示一些显著性趋势，通过SPM(t)分析得知其来源于高-中等吸引力之间以及中-低等吸引力之间的电活动差异. 提示无论高低等吸引力的面孔都可能作为一种新奇而突出的特征以同一神经模式加工. 这一结果支持大脑以快捷方式早期执行粗略分类加工. 其证据亦来自于文献［7］报道的性别识别效应，即面孔及手作为刺激时45~85 ms出现于顶中央位点的电活动. 行为学证据同样支持对面孔吸引力的评估发生在无意识状态［8］.

　　刺激后140~260 ms的N170/P200阶段，SPM(F)显示的显著性区域包括双侧额前，通过SPM(t)分析可知其主要产生于低－中等吸引力面孔所致的电活动差异. 该时段内，高低等吸引力面孔所致电活动差异主要涉及右顶及左额区域. 面孔吸引力的加工未影响到N170成份，提示与吸引力相关的面孔特征加工的神经机制与面孔结构编码不同. 在LPC阶段(刺激后340~460 ms)，SPM(F)和SPM(t)均显示左侧及前中线区域340~380 ms的高-中等吸引力及高-低等吸引力面孔所致电活动的显著性差异，提示有吸引力的或美丽的面孔经由边缘系统诱发出前中央区域的正性电位，可能与前扣带回皮质的活动有关［9］. 这一结果与以前的电生理及fMRI研究结果一致. 另一方面，右额前区域380~420 ms高-低等吸引力面孔所致电活动的显著性差异提示在早期粗略评估之后可能的对面孔突出特征的重评估. 与主要集中于皮质下结构的神经影像研究相反，ERPs主要揭示皮质在面孔吸引力加工中的作用.
　　在P650阶段(500~700 ms)，SPM(F)和SPM(t)显示左半球500~540 ms的显著性差异. 这可能提示对面孔吸引力的语言描述活动. 580~620 ms双侧额前区域及620~700 ms右半球的显著性差异可能提示无论有无吸引力的面孔均分别诱发出行为系统及大脑抑制系统的活动［10］.
【

参考文献

】
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　　［4］Senior C. Beauty in the brain of the beholder［J］. Neuron， 2003， 38（4）: 525-528.

　　［5］Johnston VS， OliverRodriguez JC. Facial beauty and the late positive component of eventrelated potentials［J］. J Sex Res， 1997， 34（2）: 188-198.

　　［6］Zhou S， Wei JH， Luo YF， et al. New methods for three dimensional mapping of brain waves［J］. Brain Topogr， 1998， 11（2）: 103-110.

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　　［8］Olson IR， Marshuetz C. Facial attractiveness is appraised in a glance［J］. Emotion， 2005， 5（4）: 498-502.

　　［9］Clark VP， Fannon S， Lai S， et al. Responses to rare visual target and distractor stimuli using eventrelated fMRI［J］. J Neurophysiol， 2000， 83（5）: 3133-3139.

　　［10］Demaree HA， Everhart DE， Youngstrom EA， et al. Brain lateralization of emotional processing: Historical roots and a future incorporating “dominance”［J］. Behav Cogn Neurosci Rev， 2005， 4（1）: 3-20.