基于事件相關設計的動態(tài)面部表情識別神經基礎研究

基于事件相關設計的動態(tài)面部表情識別神經基礎研究

抑郁是抑郁的重要癥狀之一。Beck認為抑郁癥患者存在負性認知模式,傾向于將正性和中性情緒內容識別為負性刺激,因此容易對自我、他人以及整個世界產生負性評價,但這種負性認知產生的神經基礎尚不明確。根據(jù)注意理論,如果將注意力集中在某一方面,則對該方面來說是明確加工,對另一方面來說是不明確加工,而面孔加工可分為面孔身份加工和面部表情加工,兩者均存在明確加工和不明確加工。面部表情識別是了解情緒加工的重要手段之一,將其應用于抑郁癥患者可以有效地探討抑郁癥負性認知的加工特點及神經基礎。流行病學表明女性抑郁癥的發(fā)病率及患病率均明顯高于男性,在青春早期抑郁癥性別差異已開始出現(xiàn),這種性別上的差異可能與遺傳學、神經生物學、環(huán)境等因素相關,且不同性別在情緒識別上存在差異。本研究旨在利用功能磁共振成像(functionalmagneticresonanceimaging,fMRI)技術以及性別識別和表情類型識別實驗范式來探討女性抑郁癥患者面部表情明確和不明確加工的神經基礎的特點。1對象和方法1.1目標1.1.1重性抑郁診斷標準2005年1月至2007年3月南京醫(yī)科大學附屬腦科醫(yī)院的重性抑郁住院患者。共入組15例女性抑郁癥患者,符合中國精神疾病診斷與分類標準第三版(CCMD-3)單相抑郁癥診斷標準,同時符合美國精神障礙診斷與統(tǒng)計學手冊第四版(DSM-IV)重性抑郁診斷標準;均為反復發(fā)作者,復發(fā)次數(shù)2-4次;年齡23-54歲(41±11歲);受教育年限8-14年(11.4±3.4年);病程6月-22年(5.7±8.5年);24項漢密爾頓抑郁量表(HAMD24)總分均>35分,平均為52.1±9.7分。所有受試者既往主要用選擇性5-羥色胺再攝取抑制劑抗抑郁治療,入組前至少有2周的藥物清洗期;排除了神經系統(tǒng)和其他精神障礙性疾病、嚴重軀體疾病、藥物和/或酒精依賴者。為保證一致性,所有相關評定均由1名經過專門量表培訓的精神科副主任醫(yī)師于掃描當天完成。入組15例女性抑郁癥患者評定結果全部有效。1.1.2入組一般資料情況與患者居住地相同且性別、年齡、受教育程度均與患者1∶1相匹配(年齡、受教育年限相差均小于2年)。無精神疾病家族史,精神衛(wèi)生篩選表及神經癥篩選表排除個人精神疾病史,排除伴有神經系統(tǒng)疾病、嚴重軀體疾病、藥物和/或酒精依賴者。掃描前通過焦慮自評量表及抑郁自評量表排除焦慮及抑郁情緒狀態(tài)。共入組15例,年齡23-52歲(41±11歲);受教育年限8-17年(11.7±4.1年)。入組15例正常對照組評定結果全部有效。兩組年齡(t=0.208,P=0.838)、受教育年限(t=-0.405,P=0.691)均無顯著性差異,一般人口學資料均相匹配。均為右利手,聽力、視力正常。本研究獲南京醫(yī)科大學醫(yī)學倫理會批準,實驗前告知實驗內容,并由本人或家屬簽署知情同意書。1.2方法1.2.1圖像片段系統(tǒng)本實驗共包括100個視頻片斷,其中愉悅、悲傷、咀嚼、無面部動作及十字架各20個。除十字架外,每種表情視頻片斷男女各10個。視頻片斷選自中國面部表情視頻系統(tǒng)(ChineseFacialExpressionVideoSystem,CFEVS)。通過視頻軟件Uleadvideostudio9.0(Uleadcompany,中國臺灣)把表情視頻統(tǒng)一為持續(xù)3秒的表情片斷,為消除預期效應,短片以偽隨機次序播放,同時以不同時間長度的灰屏片段間隔。1.2.2間/回波時間采用美國美商奇異公司生產的GE-Singa1.5T磁共振成像儀。①解剖定位像:采用液體抑制反轉恢復序列(T1flaire)采集,軸位27層,與前后聯(lián)合連線平行。脈沖重復時間/回波時間(TR/TE)=2000ms/7.3ms,層厚4mm,圖像范圍(FOV)=240mm×240mm,矩陣(matrix)=256×160。②功能掃描:根據(jù)本磁共振儀的實時功能成像程序(real-timeimagingprocessing,RTIP)采集方式,采用梯度回波-回波平面成像(Gradient-RecalledEcho-PlanarImaging,GRE-EPI)序列采集,TR/TE=3000ms/40ms,matrix=64×64,共27層,FOV=240mm×240mm,層厚=4mm。1.2.3視頻片的安裝通過投影儀把視頻投放在機房內的屏幕上,受試者入倉后通過頭上方的反光鏡觀看屏幕上的視頻片斷。受試者雙眼與屏幕的距離固定。視頻片斷在屏幕上的位置固定,大小以受試者能舒適地看全表演者面部為準。行為學數(shù)據(jù)通過PRESENTATION軟件采集。1.2.4不明確識別任務采取事件相關設計方案,長度不同的表情視頻片斷交替出現(xiàn),以排除預期效應。明確識別任務,即要求受試者盡快判斷視頻表情,通過反應鍵盒完成;不明確識別任務,即要求受試者判斷表情視頻演員的性別(此時短片中演員的表情為不明確識別對象)。所有受試者均用右手按鍵,按鍵的手指次序在受試者之間予以均衡。掃描前,均做一定練習確保按鍵準確無誤。掃描過程中記錄受試者的行為學數(shù)據(jù),包括反應時間和判斷結果。掃描完畢后,請受試者對所看到的表情視頻的愉悅度、喚醒度及表情類型做評判,愉悅度和喚醒度采用自我報告形式的9分制評分,詳細評判方法參見本課題組以前的研究。1.2.5模型估計及統(tǒng)計分析圖像數(shù)據(jù)經轉化格式,采用statisticalparametricmapping(SPM)2軟件進行圖像對齊、頭動矯正、標準化及高斯平滑等預處理后建立模型并做估計,然后采用兩組間配對t檢驗做統(tǒng)計分析,設對比有差異(P<0.001,未校正)的體素范圍(K值)≥10為具有顯著性差異。將所獲得的MNI坐標轉換為Talairach坐標,查看激活腦區(qū)的解剖位置。采用SPSS11.5軟件對面部表情視頻的愉悅度、喚醒度及性別識別正確率做描述性分析。2結果2.1兩組患者識別結果評測結果表明,抑郁組與對照組觀看動態(tài)表情時均可引出相應的情感反應及一定的喚醒度,提示刺激材料適用。與對照組相比,患者識別喜悅和悲傷表情的一致率無明顯差異,而識別中性表情的一致率有明顯差異;與此相反,患者對喜悅和悲傷表情的愉悅度和喚醒度評價有明顯差異,而對中性表情的愉悅度和喚醒度評價無明顯差異(表1)。2.2兩組功能磁共振結果的比較2.2.1體素范圍比較BA:Brodmann區(qū);P<0.001,未校正,體素范圍(K值)≥10為具有顯著性差異。BA:Brodmann區(qū);P<0.001,未校正,體素范圍(K值)≥10為具有顯著性差異。2.2.2兩組人對動態(tài)悲傷表情的激活區(qū)域進行了比較見表3、圖3和圖43抑郁癥患者動態(tài)溫度檢測本研究創(chuàng)新性地利用動態(tài)的面部表情短片作為刺激材料,通過觀察、分析表情識別(明確情緒識別)和性別識別(不明確情緒識別)兩種任務狀態(tài)下情緒性面孔所激活的腦區(qū)來探討表情情緒明確和不明確加工的神經基礎。研究發(fā)現(xiàn),在明確識別喜悅表情時,抑郁癥患者右枕中回、右頂下小葉、右楔前回及雙側中央后回等腦區(qū)活動增加,而雙側頂上小葉等腦區(qū)活動降低。既往研究發(fā)現(xiàn),面部運動的感知會激活頂內溝,而想象運動能夠激活一個包括初級運動區(qū)、輔助運動區(qū)、頂葉皮質及枕葉皮質等腦區(qū)的神經網(wǎng)絡。本研究結果提示在明確識別動態(tài)喜悅表情時抑郁癥患者不能充分感知動態(tài)表情所包含的面部運動(未見頂內溝活動增高),只能通過增加想象運動來獲得該情緒性刺激所代表的情緒狀態(tài)(表現(xiàn)為想象運動相關的腦區(qū)活動增加),結合抑郁癥患者與正常人在與喜悅相關的腦區(qū)(如前額皮質、扣帶回以及基底神經節(jié)等)上無差異的結果,可推測明確加工正性情緒時抑郁癥患者與正常人無明顯差異,差異主要表現(xiàn)為感知面部運動能力降低。而在不明確識別喜悅表情時,抑郁癥患者右頂下小葉活動增加,而右楔葉、右中央后回及左頂上小葉活動降低。這與明確識別時的結果相似,表現(xiàn)為抑郁組與對照組在與喜悅相關的腦激活區(qū)方面無差異,差異主要在面部運動感知方面。然而,值得注意的是,不明確識別時抑郁組與對照組感知面部運動能力的差異與明確識別時相反,表現(xiàn)為抑郁癥患者更容易感知面部的運動變化。既往有研究發(fā)現(xiàn),抑郁癥患者對負性刺激的偏移在不明確條件下更為明顯。本研究顯示抑郁癥患者在感知動態(tài)表情面部運動變化方面亦具有該特征。本研究亦發(fā)現(xiàn),在明確識別悲傷表情時,抑郁癥患者活動增高的腦區(qū)包括右枕中回、左中央后回、左楔前葉以及右側海馬等,而活動降低的腦區(qū)包括左額中回。既往研究發(fā)現(xiàn)海馬參與情緒性面孔的明確和不明確加工,然而一項采用單神經元記錄的研究發(fā)現(xiàn),海馬主要參與面部表情的熟悉性加工,而不是面部表情自身,提示在面部表情加工中海馬的激活主要是參與記憶提取。而初級軀體感覺皮質及視覺相關皮質的活動增高反映抑郁癥患者在明確識別悲傷表情時產生了更多的軀體感覺,有助于產生相應的情緒狀態(tài)。盡管許多研究發(fā)現(xiàn)楔前葉參與面部表情加工,但其確切作用尚不清楚,因此很難解釋抑郁癥患者與正常對照該腦區(qū)活動的差異。另外,本研究發(fā)現(xiàn)抑郁癥患者明確識別悲傷表情時前額皮活動降低。既往研究發(fā)現(xiàn)前額皮質主要負責感覺信息包括面部表情的整合加工,抑郁癥患者前額皮質活動降低,提示抑郁癥患者在明確加工負性情緒時大腦整合功能降低?？傊?在明確加工悲傷表情時,抑郁癥患者會產生更強的軀體感覺,回憶更多的相關內容,從而引起更強烈的情緒體驗,但對該情緒性刺激及情緒體驗進行整合加工的功能降低。在不明確識別悲傷表情時,抑郁癥患者活動增高的腦區(qū)包括左梭狀回、右中央后回、右楔前葉、左顳上回、左緣上回、雙側海馬旁回、左后扣帶回、右豆狀核、右側丘腦以及左側中腦等,而活動減低的腦區(qū)包括右中央后回、雙側顳上回、右豆狀核以及左側丘腦等。既往研究發(fā)現(xiàn)抑郁癥患者不明確識別悲傷表情時海馬旁回、梭狀回及殼核活動增高,且海馬旁回及梭狀回活動隨悲傷程度增加而增強。一項采用go/nogo實驗范式的fMRI研究發(fā)現(xiàn)抑郁癥患者識別情緒性刺激時顳葉皮質、中央后回等腦區(qū)活動降低。既往研究發(fā)現(xiàn)丘腦參與情緒感知和調節(jié),而本研究發(fā)現(xiàn)抑郁癥患者不明確識別悲傷表情時右側丘腦活動增強而左側丘腦活動減弱,結合抑郁癥患者情緒感知能力增強而情緒調節(jié)能力減弱這一觀點,我們推測右側丘腦負責悲傷表情的不明確感知,而左側丘腦負責悲傷表情的調節(jié)。與此相似的是,在情緒加工中,右側前扣帶回膝下區(qū)促使內臟反應的生成,而左側膝下區(qū)負責調節(jié)該反應?？傊?在悲傷表情的不明確感知中,抑郁癥患者與情緒產生有關的腦區(qū)(如邊緣系統(tǒng)及皮質下區(qū))活動增強,而與情緒調節(jié)有關的腦區(qū)活動減弱。值得注意的是,與明確識別悲傷表情情感相比,抑郁癥患者不明確識別悲傷表情情感激活了一個包括皮質區(qū)、邊緣區(qū)以及皮質下區(qū)的分布式神經網(wǎng)絡,但未見前額皮質活動的降低,提示抑郁癥患者對負性刺激的加工在無意識狀態(tài)更為明顯,而在有意識加工負性刺激時抑郁癥患者前額皮質活動偏低。綜上所述,無論是在明確任務或不明確任務下,抑郁癥患者與正常對