進化心理學認為消極情境可能危及生存, 常引發回避動機, 對人體機能與心理素質皆有重要影響。厭惡與悲傷情境均能夠誘發出負性情緒, 但對兩者誘發負性情緒過程中的注意力捕獲和情緒認知差異尚缺乏了解。本研究選用典型悲傷、厭惡情境圖片, 設計了兩組負性情緒誘發實驗, 并采集了15位青年學生(7男8女, 年齡27歲±3歲)觀看情境圖片時的32導頭皮腦電數據, 提取了各導聯事件相關電位(ERP)信號。通過對厭惡和悲傷情境圖片所誘發ERP信號進行配對樣本t檢驗, 得到兩種圖片下ERP信號有統計學差異的時段; 并根據兩ERP信號在差異時段內均方根差值繪制腦地形圖, 得到差異空間分布。結果顯示:悲傷與厭惡情境圖片所誘發ERP差異主要體現在前中期T1(120～450 ms)和晚期T2(800～1 000 ms)兩個時段; 悲傷圖片在T1時段主要激活了枕葉, 反映了注意力的獲取, 而厭惡圖片在T1時段不僅激活了枕葉, 也高度激活了前額葉, 反映出明顯的情緒感知; 厭惡與悲傷圖片在T2時段都激活了前額葉, 但厭惡圖片所誘發ERP不僅在前額葉, 也在頂葉表現出更強的情緒感知力。以上研究結果將對加深負性情緒認識以及探索負性情緒誘發的深層認知神經學機制有所啟示。
引用本文： 王欣, 靳靜娜, 李松, 劉志朋, 殷濤. 厭惡與悲傷情境圖片誘發負性情緒的腦電機制差異探索. 生物醫學工程學雜志, 2015, 32(6): 1165-1172. doi: 10.7507/1001-5515.20150207 復制
0 引言
情緒是人皆有之的心理與生理現象，反映了人適應外界事物環境的思維與行為模式。人的基本情緒可大致分為正性情緒、中性情緒和負性情緒(negative affect, NA)三類。快樂、輕松等為正性情緒，憤怒、恐懼、厭惡和悲傷等為負性情緒，介于二者之間的是中性情緒(如平靜、安定)。正性情緒亦稱為積極情緒, 通常帶來愉悅感受；負性情緒也稱消極情緒, 產生令人緊張、不愉快的感受體驗。人基本情緒中占大多數的是負性情緒，由此可見其重要性。情境(情景)感知(認知)是激發情緒的簡便有效的手段之一，觀看情境圖片則是最常用的誘發相應情緒的方法。情境感知(情緒認知)及其腦機制研究，特別是情緒與認知的關系及其潛在的神經基礎研究，近年已逐漸成為認知神經科學的前沿熱點課題。其研究成果不僅可以極大地豐富認知神經科學的內容，而且可為情緒調節和情緒障礙疾病的診斷與治療提供依據和方法。
個體情感體驗是正性情緒和負性情緒的平衡，負性情緒是直接影響個人心理和生活品質的重要因素。在人類的生存適應過程中，情緒常與某些特定行為或行為傾向相聯系，不同情緒會有不同的特定行為和行為傾向。從進化心理學角度來看，積極的情境(如愉悅的聚會、輕松的戶外活動等)對人的生存有利，能夠激發正性情緒，誘導人類產生趨近的行為傾向；而消極的情境(如災難現場、兇殘動物、骯臟廁所等)則可能危及個人生存，通常誘導負性情緒，引人產生回避動機[1-3]。但負性情緒亦可視為適應性情緒，是人類進化過程中具有適應意義的產物。其功能有利于人類在生命受威脅時盡快采取規避行為以獲得生存。從生存角度來看，在環境中快速捕捉消極因素的來源和方位是非常重要的，因此，消極情境往往比愉悅和中性情境更快、更多地吸引注意力，進而指導相應的生理、行為發生改變。
消極情境中，厭惡情境感知是直接的、生理性的，所增強的注意力可以保護個人遠離危險和傷害[2, 4]；而悲傷情境感知是基于共情機制[5]，觀察者會由他人的不幸聯想產生自己處于同樣苦難場景的體驗，所增強的注意力有助于盡快識別受苦原因以采取對策脫離苦海。雖然兩種情境的皮層感知機制并不相同，但都包含了環境中的消極因素，預示著回避性動機和行為傾向。研究表明，厭惡與悲傷情境對負性情緒誘發有著特別重要的作用。
與人的情緒密切相關的事件相關電位(event-related potentials, ERP)具有非侵入性、毫秒級高時間分辨率等優點[6]，可以從時間角度精確記錄情緒感知過程的瞬息變化，并實時觀測情境圖片呈現過程中的注意力捕獲與情緒感知狀況，被公認為非常有力的情緒研究工具。目前已有的情境感知誘發ERP研究初步表明：厭惡情境刺激能夠誘發明顯的早期后負波(early posterior negativity, EPN)和晚期正波(late positive potential, LPP)[2, 7]。其中，EPN多在刺激后200~400 ms內出現，在枕葉取得最大幅值，主要反映早期的注意力捕獲；LPP多在刺激后300 ms出現，主要反映注意力的持續和對刺激含義的精細加工。并有多項研究顯示厭惡情境的愉悅度比悲傷情境更低而喚醒度比悲傷情境更高[3, 8]，但對這兩種情境感知誘發負性情緒過程中在注意力捕獲和情緒感知方面的ERP特征差異性尚缺乏系統深入的研究，還未仔細比較分析兩種情境感知所激活腦區與誘發ERP參數在時間進程與空間分布方面的差異性。
此外，由于利用情境圖片誘發情緒實驗的可用有效時程較短、疊加平均次數較少，難以從自發腦電背景中直接提取得到幅值較高的優質ERP信號，常影響后期ERP特征分析。考慮到本文主要關注情緒性情境圖片呈現前期的注意力捕獲和情緒感知機制，根據不同種類情境(如愉悅、平靜、厭惡和悲傷)圖片刺激誘發ERP信號特征差異具有統計學意義，擬針對圖片刺激前期時段的腦電(含有一定自發腦電背景的ERP)信號進行配對樣本統計t檢驗；若該時段腦電數據差異具有統計學意義，則被采用為下一步進行厭惡與悲傷情境圖片在注意力捕獲和情緒感知方面差異性研究的ERP信號數據。如此可實現ERP信號與自發腦電背景的進一步剝離，提高ERP數據質量，確保后續兩種情境感知所激活腦區與誘發ERP時空變化參數分析結果的可靠性。
下文將在介紹本研究所用情境圖片材料、實驗任務、數據采集與預處理方法之后，先采用疊加平均提取ERP信號，經總平均后初步考察厭惡、悲傷與平靜情境圖片誘發右前額葉FP2導聯處ERP信號在情緒誘發強度、ERP激活時長等方面的特征差異；再從不同情境感知誘發ERP信號具有統計學差異的視角出發，通過對厭惡和悲傷情境圖片所誘發的兩ERP信號進行配對樣本t檢驗，得到二者有統計學差異的時段，并以該時段內兩ERP信號均方根差值繪制全腦地形圖，分析兩ERP空間分布差異，以深入了解兩種情境感知所激活腦區與誘發ERP的時空變化，探討厭惡與悲傷情境圖片在注意力捕獲和情緒感知方面的差異性。
1 方法
1.1 圖片刺激材料
選取悲傷和厭惡情境圖片各15張，其中悲傷圖片主要描繪突發災難、饑餓痛苦等情形，而厭惡圖片多數包含排泄物、肢解等場景。為平衡負性情境感知的消極感受，實驗中還穿插了愉悅和平靜兩種情境圖片(但不作為本文研究目標)各30張，愉悅圖片為外出旅游、家庭團聚場景，平靜圖片為日常生活物景。圖片背景為白色，寬度為512像素，高度為378像素，水平分辨率和垂直分辨率均為72 dpi。
1.2 實驗任務與數據采集
15名理工科研究生(男7例、女8例，年齡為27歲±3歲)參與了本實驗，所有被試者心理狀態良好、無心理疾病史。實驗安排在光照柔和、隔音良好、溫濕宜人的腦電采集室內進行。全實驗包含兩組：第一組為悲傷、愉悅、平靜情境圖片各15張，第二組為厭惡、愉悅和平靜圖片各15張；兩組中的愉悅、平靜情境圖片互不重復。情境圖片以隨機方式呈現，每張圖片呈現時長4 s，圖片呈現時顯示屏背景色為白色。圖片呈現之前有4 s的靜息期，提示符為“+”，用于平復上幅圖片所引起的情緒心境。圖片情緒判斷時間設置為4 s，被試者按鍵后立即進入下一個靜息期，因此實際的圖片情緒判斷時間小于4 s。兩組之間的時間間隔為10 min。被試者的主要實驗任務是觀看圖片放映屏幕，并在其呈現過程中盡可能地感受其中情緒，以形成情緒體驗，待圖片消失以后對圖片情緒所屬類型(積極、中性或消極)進行按鍵判斷。實驗結束后，被試者對所參與實驗的主觀感受進行描述。
采用荷蘭Biosemi產ActiveTwo 32導腦電采集系統(采樣率1 024 Hz)記錄15位被試者實驗過程中的32導頭皮腦電數據。
1.3 數據分析
首先，為去除頭皮腦電信號記錄過程中的低頻漂移、高頻噪聲和眼動等干擾，對原始腦電數據進行變平均參考、0.5~30 Hz帶通濾波、降采樣至256 Hz以及獨立成分分析去眼電等預處理操作。
其次，對預處理后的全段腦電數據進行分割，得到每張情境圖片呈現時段所對應的誘發腦電片段和該情境圖片出現前的靜息腦電片段。選取情境圖片呈現之前200 ms(即靜息期的后200 ms)為基準腦電，將每個誘發腦電片段減去基準腦電平均幅值，實現去基線操作。分別對去基線后15張同種情境圖片對應的誘發腦電片段進行疊加平均，得到情境圖片刺激所得ERP信號。考慮到本文主要研究目標是對比分析悲傷與厭惡情境圖片所誘發ERP信號的時空特征差異，因此僅選擇悲傷、厭惡、平靜1以及平靜2情境圖片對應的ERP信號做進一步分析，其中，平靜1為第一組實驗中的平靜圖片，平靜2為第二組實驗中的平靜圖片。
此后，對悲傷與平靜1、厭惡與平靜2、悲傷與厭惡以及平靜1與平靜2所對應的ERP信號分別進行t檢驗，考察所選兩ERP信號之間差異是否具有統計學意義。若兩種圖片刺激下連續多個ERP數據點差異均具有統計學意義，則可確認所對應時間段為顯著差異時段。
最后，計算顯著差異時段內所有導聯的ERP均方根差值并據此繪制ERP腦地形圖，進而分析悲傷與厭惡兩種情境圖片刺激所誘發ERP波形差異的空間分布狀況，查找各個顯著差異時段內的主要激活腦區。
2 結果
2.1 行為學結果
本實驗的行為學結果主要包括圖片情緒判斷任務的準確率、反應時和被試者對所誘發情緒的主觀感受。經統計，被試者的圖片情緒判斷準確率均在99%以上，僅有部分愉悅和平靜情境圖片的情緒判斷結果相混淆；被試者在情緒判斷任務中的反應時在800 ms左右，符合人類正常反應時間。實驗結束后，所有被試者都認為厭惡情境圖片比悲傷和中性情緒圖片誘發的情緒更加強烈，幾乎到了無法忍受的程度。
2.2 ERP信號的初步對比
對全體被試者各導聯ERP信號做平均，得到具有總體代表特性的厭惡與悲傷情境誘發的全腦ERP信號。圖 1為右前額葉FP2導聯處的ERP信號，圖中包含了悲傷、厭惡、平靜1與平靜2等不同情境圖片所誘發的ERP，并按-200～4 000 ms和-200～1 000 ms兩個時段分別繪于圖 1(a)和圖 1(b)。對比不同情境圖片所誘發ERP信號時域變化可初步得到悲傷、厭惡與平靜情境圖片三者之間在情緒誘發強度、ERP激活時長等方面的特征差異。由圖 1(a)可以看出，在整個情境圖片誘發情緒實驗過程中，厭惡圖片能夠比悲傷和平靜圖片更明顯、更持久地誘發相應情緒、激活相關腦區(該現象與被試者的主觀感受高度吻合)；并且所誘發情緒性ERP信號幅值隨著情境圖片呈現時間延長而降低，呈現逐漸減弱的趨勢。另外，在情境圖片刺激開始后50～350 ms及700～1 000 ms時段內[圖 1(b)]，厭惡圖片比平靜和悲傷圖片明顯具有更為強烈的情緒誘發和腦區激活能力，而悲傷和平靜圖片之間卻沒有明顯的持續性情緒誘發和腦區激活差異。圖 1(b)中所示T1、T2為下節t檢驗法確定的ERP顯著差異時段。
圖1
FP2導聯處的ERP總體平均波形對比
(a)-200~4 000 ms；(b)-200~1 000 ms
Figure1. Comparison of total averaged ERP waveforms on the FP2 lead(a)-200-4 000 ms; (b)-200-1 000 ms
2.3 對不同情境圖片所誘發ERP信號進行t檢驗，確定顯著差異時段
通常采用疊加平均方法從信號較強的自發腦電背景中提取相對微弱的誘發電位ERP信號，其依據是：ERP對刺激時刻具有明顯的鎖時特性，而自發腦電表現為類似偽隨機噪聲；故以刺激時刻為基準對原始腦電采樣數據進行多次疊加平均可降低自發腦電背景的干擾(因其隨機性相互抵消減弱)，進而突出微弱的ERP信號(因其鎖時性而幅值增加)[6, 9-11]，尤其對ERP早中期成分提取明顯有效。然而，疊加平均提取ERP信號常需較多平均次數，以獲得信噪比足夠高的優質ERP信號，即要求原始腦電采樣數據較多。但本文實驗所得腦電數據可供疊加平均時長與次數均有限，故僅靠少次平均所得ERP信號中自發腦電干擾仍較大，且不同情境圖片刺激下自發腦電背景也不盡相同。為此，如引言所述，擬通過對不同情境圖片刺激下所得ERP信號進行配對樣本統計t檢驗，以實現ERP信號與自發腦電背景的進一步剝離，提高ERP數據質量。
針對圖片刺激前期時段的腦電(含有一定自發腦電背景的ERP)信號進行配對樣本統計t檢驗；若該時段腦電數據差異具有統計學意義，則采用為下一步進行厭惡與悲傷情境圖片在注意力捕獲和情緒感知方面差異性研究的ERP信號數據。如此可實現ERP信號與自發腦電背景的進一步剝離，提高ERP數據質量，確保后續兩種情境感知所激活腦區與誘發ERP時空變化參數分析結果的可靠性。另外，對于各個經典成分(P1、N1、EPN、P3、LPP等)不太突出的ERP信號，由于提取各ERP成分的幅值和潛伏期比較困難，也可以通過t檢驗分析，得到不同ERP信號之間具有顯著統計差異的各個時刻點或時間段，再針對相應時刻點或時間段進行更加細致和明確的ERP特征對比分析。
由于本文是相同被試者在相同實驗中接受情境感知刺激，故可以選用配對樣本t檢驗方法對每位被試者逐個導聯ERP信號進行逐個數據點的統計差異分析，顯著性水平設置為0.05。如前所述，本研究主要關注情緒性情境圖片呈現前期的注意力捕獲和情緒感知機制，因此僅對-200～1 000 ms內的各導聯ERP信號進行配對樣本t檢驗，t檢驗結果如圖 2所示(虛線框所示為具有顯著統計差異的時段)，圖中縱軸為導聯標識。
圖2
ERP波形的t檢驗(“+”表示存在顯著差異)
(a)平靜1與平靜2；(b)悲傷與平靜1；(c)厭惡與平靜2；(d)厭惡與悲傷
Figure2. t test of ERP waveforms ("+" indicating a significant difference)(a) calm 1 versus calm 2; (b) sad versus calm 1; (c) disgusted versus calm 2; (d) disgusted versus sad
觀察圖 2所示t檢驗結果，發現兩組平靜ERP波形[圖 2(a)]之間存在顯著差異時刻點，但連續性不強；而悲傷與平靜1[圖 2(b)]、厭惡與平靜2[圖 2(c)]以及厭惡與悲傷[圖 2(d)]對比中兩組ERP信號之間都存在連續時段的多導聯顯著差異。因此，僅將具有連續10個以上顯著統計差異時刻點的時段定義為兩ERP信號在該導聯處的顯著差異時段。
綜合對比分析所有導聯的t檢驗結果，最終選擇了如圖 1(b)所標示的兩個顯著差異時段，分別為T1：120～450 ms和T2：800～1 000 ms，能包含兼顧不同情境圖片刺激下所得多數導聯ERP信號的顯著統計差異時段。其中，T1為ERP的早中期階段，主要反映注意力的需求；T2為ERP的晚期，主要反映情緒感知和實際注意力的供給。
2.4 計算ERP均方根差值，確定差異腦區
情境圖片刺激下所得ERP信號的均方根值可用于表示皮層激活強度。分別計算兩個顯著差異時段內兩ERP信號的均方根差值，用于表征兩ERP信號在該時段內激活程度上的差異，如公式(1)和(2)所示，其中，x1(t)和x2(t)為兩ERP時間序列，S1表示第一個顯著差異時段內兩ERP時間序列的均方根差值，S2表示第二個顯著差異時段內兩ERP時間序列的均方根差值。另外，將兩組實驗中平靜圖片對應的ERP信號進行平均，以得到綜合的平靜ERP信號，可使后續ERP特征比較分析的結果更具泛化性，所得情緒刺激引起的ERP差異更具普遍意義。
| ${S_1}=\sqrt {\sum\limits_{t=120}^{450} {{x_1}{{\left(t \right)}^2}/{n_1}} }-\sqrt {\sum\limits_{t=120}^{450} {{x_2}{{\left(t \right)}^2}/{n_1}} } $ |
| ${S_2}=\sqrt {\sum\limits_{t=800}^{1000} {{x_1}{{\left(t \right)}^2}/{n_2}} }-\sqrt {\sum\limits_{t=800}^{1000} {{x_2}{{\left(t \right)}^2}/{n_2}} } $ |
其中，n1為T1時段內的數據點數，n1=331；n2為T2時段內的數據點數，n2=201。根據顯著差異時段內所有導聯的ERP均方根差值繪制腦地形圖。圖 3和圖 4所示分別為T1和T2時段內的ERP均方根差值地形圖。
圖3
T1時段內ERP均方根差值腦地形圖
(a)悲傷-平靜；(b)厭惡-平靜；(c)厭惡-悲傷
Figure3. Brain topographic maps based on root-mean-square deviations of ERP signals during T1(a) sad-calm; (b) disgusted-calm; (c) disgusted-sad
圖4
T2時段內ERP均方根差值腦地形圖
(a)悲傷-平靜；(b)厭惡-平靜；(c)厭惡-悲傷
Figure4. Brain topographic maps based on root-mean-square deviations of ERP signals during T2(a) sad-calm; (b) disgusted-calm; (c) disgusted-sad
由圖 3可以看到：在ERP的早中期，悲傷情境圖片比平靜圖片更大程度地激活了枕葉[圖 3(a)]，捕獲了更多的注意力；厭惡情境圖片與平靜圖片相比，不僅明顯激活了枕葉，也高度激活了前額葉，即在ERP的早中期T1時段已經發生了較強的情緒感知[圖 3(b)]；但在T1時段，厭惡情境比悲傷情境所具有的更強的激活潛力還未充分表現出來[圖 3(c)]，直到晚期才顯露出來[圖 4(c)]。由圖 4也可以看到：在ERP的晚期，悲傷情境圖片所激活腦區已轉移到前額葉[圖 4(a)]，且與厭惡圖片一樣可比平靜圖片更大程度地激活前額葉[圖 4(b)]，反映了ERP晚期已具有強烈的情緒感知，尤其是厭惡情境圖片在頂葉具有比悲傷情境圖片更強的激活效果[圖 4(c)]。
歸納圖 3與圖 4，可知：厭惡與悲傷情境圖片誘發ERP強度差異主要出現在右前額葉和頂葉。其中，右前額葉反映了皮層對消極情緒的感知和加工，其激活程度隨著喚醒度增加而增大。悲傷情境在早期先在枕葉產生較強的情緒感知，與厭惡情境激活強度差異尚不明顯，晚期則專注前額葉激活；厭惡情境在早期即同時激活了枕葉與前額葉，晚期也轉移為專注激活前額葉，且激活強度與悲傷情境在頂葉有較大差異。
3 討論
本文為探討兩種典型負性情緒——厭惡與悲傷情境圖片在注意力捕獲和情緒感知方面的特征差異，設計了兩組應用厭惡、悲傷與平靜等不同情境圖片隨機視覺刺激誘發情緒實驗，采集了被試者全腦頭皮腦電數據，提取了各導聯ERP信號。根據腦力負荷倒U形原理[12]，實驗所設置的圖片情緒判斷任務比較容易，被試者腦力負荷處于中度水平，因此都能夠很好地完成圖片注視和情緒感受任務，以便被試者在情緒感受過程中更加集中注意力。
初步考察全體被試者右前額葉FP2導聯處ERP的總平均信號(圖 1，含有悲傷、厭惡、平靜等不同情境圖片所誘發情緒腦電成分)發現：悲傷、厭惡與平靜情境圖片三者之間在情緒誘發強度、ERP激活時長等方面存在特征差異，ERP幅值隨圖片呈現時間延長而降低，并逐漸恢復到平靜情緒狀態，反映了所激活皮層對特定情緒的感知和調節；厭惡圖片比悲傷與平靜圖片的情緒誘發能力更強、更持久(與被試者主觀感受高度吻合)，尤其在圖片刺激開始后50～350 ms及700～1 000 ms時段內差異明顯，而悲傷和平靜圖片卻沒有明顯的持續性情緒誘發和腦區激活差異；在情境圖片呈現后期ERP未表現突出的平穩波形，可能由于被試者個體差異和后期夾雜有情緒感知以外的圖片內容、環境、背景等再加工[13]所致。
再從不同情境感知誘發ERP信號具有顯著統計差異視角出發，通過對厭惡和悲傷情境圖片所誘發的兩ERP信號進行配對樣本t檢驗，得到二者有顯著差異的兩個時段(圖 2)：T1(120～450 ms)和T2(800～1 000 ms)。其中，T1為ERP早中期時段，主要反映情緒注意力需求；T2為ERP晚期時段，主要反映情緒感知和實際注意力供給。分別計算不同情境圖片刺激下所得ERP信號在顯著統計差異時段的均方根差值，用于表征其情緒激活強度差異，繪成地形圖(圖 3、圖 4)。比較分析可知：情境圖片起視覺刺激作用，故枕區作為第一視覺中樞一定會被激活[14]，因而厭惡與悲傷情境圖片能夠比平靜圖片更強烈地激活枕區，意味著負性情緒誘發能夠吸引更多注意力，有助于進一步的情緒感知和調節，并及時決定對策。此外，已有研究顯示情緒性圖片能夠在200～400 ms內誘發出明顯的EPN，且主要出現在枕葉，而本文也發現(圖 1、圖 3)T1時段(120～450 ms)內激活狀況與文獻中EPN[2]相似，亦說明負性情緒圖片能比中性圖片捕獲更多注意力。由圖 4可以看出：喚醒度較高的厭惡圖片比喚醒度較低的悲傷圖片能夠更多地激活前額葉，獲得更多的情緒調節，使得被試者盡快擺脫消極情緒的影響，這是由于前額葉皮層大多與高級認知活動有關，如情緒調節、工作記憶以及執行功能等[15]，并且前額葉皮層的激活程度與情緒喚醒度和愉悅度有關。另外，由圖 1、圖 4可以看出，T2時段主要誘發出LPP成分，分布在頂葉和前額葉，并且LPP幅值隨著情緒喚醒度增加而增大，反映了情緒調節的增強，該結果與文獻報道一致[7]。
4 結論
本文通過比較分析厭惡與悲傷情境感知誘發ERP特征參數在時間進程與空間分布方面的差異性，對這兩種負性情緒過程中的注意力捕獲和情緒感知有了較深入的了解。觀察到其差異主要體現在情境感知誘發的早中期和晚期兩個時段；早中期悲傷情境主要激活枕葉以獲取注意力，而厭惡情境不僅可以激活枕葉獲取注意力，還能高度激活前額葉，體現出明顯的情緒感知能力；晚期這兩種情境皆可激活前額葉，但厭惡情境激活度更高且在頂葉也表現出比悲傷更強的情緒感知。上述厭惡與悲傷情境感知誘發ERP時空差異的現象，啟示我們可進一步探索這兩種負性情緒誘發深層認知的神經學機制。
0 引言
情緒是人皆有之的心理與生理現象，反映了人適應外界事物環境的思維與行為模式。人的基本情緒可大致分為正性情緒、中性情緒和負性情緒(negative affect, NA)三類。快樂、輕松等為正性情緒，憤怒、恐懼、厭惡和悲傷等為負性情緒，介于二者之間的是中性情緒(如平靜、安定)。正性情緒亦稱為積極情緒, 通常帶來愉悅感受；負性情緒也稱消極情緒, 產生令人緊張、不愉快的感受體驗。人基本情緒中占大多數的是負性情緒，由此可見其重要性。情境(情景)感知(認知)是激發情緒的簡便有效的手段之一，觀看情境圖片則是最常用的誘發相應情緒的方法。情境感知(情緒認知)及其腦機制研究，特別是情緒與認知的關系及其潛在的神經基礎研究，近年已逐漸成為認知神經科學的前沿熱點課題。其研究成果不僅可以極大地豐富認知神經科學的內容，而且可為情緒調節和情緒障礙疾病的診斷與治療提供依據和方法。
個體情感體驗是正性情緒和負性情緒的平衡，負性情緒是直接影響個人心理和生活品質的重要因素。在人類的生存適應過程中，情緒常與某些特定行為或行為傾向相聯系，不同情緒會有不同的特定行為和行為傾向。從進化心理學角度來看，積極的情境(如愉悅的聚會、輕松的戶外活動等)對人的生存有利，能夠激發正性情緒，誘導人類產生趨近的行為傾向；而消極的情境(如災難現場、兇殘動物、骯臟廁所等)則可能危及個人生存，通常誘導負性情緒，引人產生回避動機[1-3]。但負性情緒亦可視為適應性情緒，是人類進化過程中具有適應意義的產物。其功能有利于人類在生命受威脅時盡快采取規避行為以獲得生存。從生存角度來看，在環境中快速捕捉消極因素的來源和方位是非常重要的，因此，消極情境往往比愉悅和中性情境更快、更多地吸引注意力，進而指導相應的生理、行為發生改變。
消極情境中，厭惡情境感知是直接的、生理性的，所增強的注意力可以保護個人遠離危險和傷害[2, 4]；而悲傷情境感知是基于共情機制[5]，觀察者會由他人的不幸聯想產生自己處于同樣苦難場景的體驗，所增強的注意力有助于盡快識別受苦原因以采取對策脫離苦海。雖然兩種情境的皮層感知機制并不相同，但都包含了環境中的消極因素，預示著回避性動機和行為傾向。研究表明，厭惡與悲傷情境對負性情緒誘發有著特別重要的作用。
與人的情緒密切相關的事件相關電位(event-related potentials, ERP)具有非侵入性、毫秒級高時間分辨率等優點[6]，可以從時間角度精確記錄情緒感知過程的瞬息變化，并實時觀測情境圖片呈現過程中的注意力捕獲與情緒感知狀況，被公認為非常有力的情緒研究工具。目前已有的情境感知誘發ERP研究初步表明：厭惡情境刺激能夠誘發明顯的早期后負波(early posterior negativity, EPN)和晚期正波(late positive potential, LPP)[2, 7]。其中，EPN多在刺激后200~400 ms內出現，在枕葉取得最大幅值，主要反映早期的注意力捕獲；LPP多在刺激后300 ms出現，主要反映注意力的持續和對刺激含義的精細加工。并有多項研究顯示厭惡情境的愉悅度比悲傷情境更低而喚醒度比悲傷情境更高[3, 8]，但對這兩種情境感知誘發負性情緒過程中在注意力捕獲和情緒感知方面的ERP特征差異性尚缺乏系統深入的研究，還未仔細比較分析兩種情境感知所激活腦區與誘發ERP參數在時間進程與空間分布方面的差異性。
此外，由于利用情境圖片誘發情緒實驗的可用有效時程較短、疊加平均次數較少，難以從自發腦電背景中直接提取得到幅值較高的優質ERP信號，常影響后期ERP特征分析。考慮到本文主要關注情緒性情境圖片呈現前期的注意力捕獲和情緒感知機制，根據不同種類情境(如愉悅、平靜、厭惡和悲傷)圖片刺激誘發ERP信號特征差異具有統計學意義，擬針對圖片刺激前期時段的腦電(含有一定自發腦電背景的ERP)信號進行配對樣本統計t檢驗；若該時段腦電數據差異具有統計學意義，則被采用為下一步進行厭惡與悲傷情境圖片在注意力捕獲和情緒感知方面差異性研究的ERP信號數據。如此可實現ERP信號與自發腦電背景的進一步剝離，提高ERP數據質量，確保后續兩種情境感知所激活腦區與誘發ERP時空變化參數分析結果的可靠性。
下文將在介紹本研究所用情境圖片材料、實驗任務、數據采集與預處理方法之后，先采用疊加平均提取ERP信號，經總平均后初步考察厭惡、悲傷與平靜情境圖片誘發右前額葉FP2導聯處ERP信號在情緒誘發強度、ERP激活時長等方面的特征差異；再從不同情境感知誘發ERP信號具有統計學差異的視角出發，通過對厭惡和悲傷情境圖片所誘發的兩ERP信號進行配對樣本t檢驗，得到二者有統計學差異的時段，并以該時段內兩ERP信號均方根差值繪制全腦地形圖，分析兩ERP空間分布差異，以深入了解兩種情境感知所激活腦區與誘發ERP的時空變化，探討厭惡與悲傷情境圖片在注意力捕獲和情緒感知方面的差異性。
1 方法
1.1 圖片刺激材料
選取悲傷和厭惡情境圖片各15張，其中悲傷圖片主要描繪突發災難、饑餓痛苦等情形，而厭惡圖片多數包含排泄物、肢解等場景。為平衡負性情境感知的消極感受，實驗中還穿插了愉悅和平靜兩種情境圖片(但不作為本文研究目標)各30張，愉悅圖片為外出旅游、家庭團聚場景，平靜圖片為日常生活物景。圖片背景為白色，寬度為512像素，高度為378像素，水平分辨率和垂直分辨率均為72 dpi。
1.2 實驗任務與數據采集
15名理工科研究生(男7例、女8例，年齡為27歲±3歲)參與了本實驗，所有被試者心理狀態良好、無心理疾病史。實驗安排在光照柔和、隔音良好、溫濕宜人的腦電采集室內進行。全實驗包含兩組：第一組為悲傷、愉悅、平靜情境圖片各15張，第二組為厭惡、愉悅和平靜圖片各15張；兩組中的愉悅、平靜情境圖片互不重復。情境圖片以隨機方式呈現，每張圖片呈現時長4 s，圖片呈現時顯示屏背景色為白色。圖片呈現之前有4 s的靜息期，提示符為“+”，用于平復上幅圖片所引起的情緒心境。圖片情緒判斷時間設置為4 s，被試者按鍵后立即進入下一個靜息期，因此實際的圖片情緒判斷時間小于4 s。兩組之間的時間間隔為10 min。被試者的主要實驗任務是觀看圖片放映屏幕，并在其呈現過程中盡可能地感受其中情緒，以形成情緒體驗，待圖片消失以后對圖片情緒所屬類型(積極、中性或消極)進行按鍵判斷。實驗結束后，被試者對所參與實驗的主觀感受進行描述。
采用荷蘭Biosemi產ActiveTwo 32導腦電采集系統(采樣率1 024 Hz)記錄15位被試者實驗過程中的32導頭皮腦電數據。
1.3 數據分析
首先，為去除頭皮腦電信號記錄過程中的低頻漂移、高頻噪聲和眼動等干擾，對原始腦電數據進行變平均參考、0.5~30 Hz帶通濾波、降采樣至256 Hz以及獨立成分分析去眼電等預處理操作。
其次，對預處理后的全段腦電數據進行分割，得到每張情境圖片呈現時段所對應的誘發腦電片段和該情境圖片出現前的靜息腦電片段。選取情境圖片呈現之前200 ms(即靜息期的后200 ms)為基準腦電，將每個誘發腦電片段減去基準腦電平均幅值，實現去基線操作。分別對去基線后15張同種情境圖片對應的誘發腦電片段進行疊加平均，得到情境圖片刺激所得ERP信號。考慮到本文主要研究目標是對比分析悲傷與厭惡情境圖片所誘發ERP信號的時空特征差異，因此僅選擇悲傷、厭惡、平靜1以及平靜2情境圖片對應的ERP信號做進一步分析，其中，平靜1為第一組實驗中的平靜圖片，平靜2為第二組實驗中的平靜圖片。
此后，對悲傷與平靜1、厭惡與平靜2、悲傷與厭惡以及平靜1與平靜2所對應的ERP信號分別進行t檢驗，考察所選兩ERP信號之間差異是否具有統計學意義。若兩種圖片刺激下連續多個ERP數據點差異均具有統計學意義，則可確認所對應時間段為顯著差異時段。
最后，計算顯著差異時段內所有導聯的ERP均方根差值并據此繪制ERP腦地形圖，進而分析悲傷與厭惡兩種情境圖片刺激所誘發ERP波形差異的空間分布狀況，查找各個顯著差異時段內的主要激活腦區。
2 結果
2.1 行為學結果
本實驗的行為學結果主要包括圖片情緒判斷任務的準確率、反應時和被試者對所誘發情緒的主觀感受。經統計，被試者的圖片情緒判斷準確率均在99%以上，僅有部分愉悅和平靜情境圖片的情緒判斷結果相混淆；被試者在情緒判斷任務中的反應時在800 ms左右，符合人類正常反應時間。實驗結束后，所有被試者都認為厭惡情境圖片比悲傷和中性情緒圖片誘發的情緒更加強烈，幾乎到了無法忍受的程度。
2.2 ERP信號的初步對比
對全體被試者各導聯ERP信號做平均，得到具有總體代表特性的厭惡與悲傷情境誘發的全腦ERP信號。圖 1為右前額葉FP2導聯處的ERP信號，圖中包含了悲傷、厭惡、平靜1與平靜2等不同情境圖片所誘發的ERP，并按-200～4 000 ms和-200～1 000 ms兩個時段分別繪于圖 1(a)和圖 1(b)。對比不同情境圖片所誘發ERP信號時域變化可初步得到悲傷、厭惡與平靜情境圖片三者之間在情緒誘發強度、ERP激活時長等方面的特征差異。由圖 1(a)可以看出，在整個情境圖片誘發情緒實驗過程中，厭惡圖片能夠比悲傷和平靜圖片更明顯、更持久地誘發相應情緒、激活相關腦區(該現象與被試者的主觀感受高度吻合)；并且所誘發情緒性ERP信號幅值隨著情境圖片呈現時間延長而降低，呈現逐漸減弱的趨勢。另外，在情境圖片刺激開始后50～350 ms及700～1 000 ms時段內[圖 1(b)]，厭惡圖片比平靜和悲傷圖片明顯具有更為強烈的情緒誘發和腦區激活能力，而悲傷和平靜圖片之間卻沒有明顯的持續性情緒誘發和腦區激活差異。圖 1(b)中所示T1、T2為下節t檢驗法確定的ERP顯著差異時段。
圖1
FP2導聯處的ERP總體平均波形對比
(a)-200~4 000 ms；(b)-200~1 000 ms
Figure1. Comparison of total averaged ERP waveforms on the FP2 lead(a)-200-4 000 ms; (b)-200-1 000 ms
2.3 對不同情境圖片所誘發ERP信號進行t檢驗，確定顯著差異時段
通常采用疊加平均方法從信號較強的自發腦電背景中提取相對微弱的誘發電位ERP信號，其依據是：ERP對刺激時刻具有明顯的鎖時特性，而自發腦電表現為類似偽隨機噪聲；故以刺激時刻為基準對原始腦電采樣數據進行多次疊加平均可降低自發腦電背景的干擾(因其隨機性相互抵消減弱)，進而突出微弱的ERP信號(因其鎖時性而幅值增加)[6, 9-11]，尤其對ERP早中期成分提取明顯有效。然而，疊加平均提取ERP信號常需較多平均次數，以獲得信噪比足夠高的優質ERP信號，即要求原始腦電采樣數據較多。但本文實驗所得腦電數據可供疊加平均時長與次數均有限，故僅靠少次平均所得ERP信號中自發腦電干擾仍較大，且不同情境圖片刺激下自發腦電背景也不盡相同。為此，如引言所述，擬通過對不同情境圖片刺激下所得ERP信號進行配對樣本統計t檢驗，以實現ERP信號與自發腦電背景的進一步剝離，提高ERP數據質量。
針對圖片刺激前期時段的腦電(含有一定自發腦電背景的ERP)信號進行配對樣本統計t檢驗；若該時段腦電數據差異具有統計學意義，則采用為下一步進行厭惡與悲傷情境圖片在注意力捕獲和情緒感知方面差異性研究的ERP信號數據。如此可實現ERP信號與自發腦電背景的進一步剝離，提高ERP數據質量，確保后續兩種情境感知所激活腦區與誘發ERP時空變化參數分析結果的可靠性。另外，對于各個經典成分(P1、N1、EPN、P3、LPP等)不太突出的ERP信號，由于提取各ERP成分的幅值和潛伏期比較困難，也可以通過t檢驗分析，得到不同ERP信號之間具有顯著統計差異的各個時刻點或時間段，再針對相應時刻點或時間段進行更加細致和明確的ERP特征對比分析。
由于本文是相同被試者在相同實驗中接受情境感知刺激，故可以選用配對樣本t檢驗方法對每位被試者逐個導聯ERP信號進行逐個數據點的統計差異分析，顯著性水平設置為0.05。如前所述，本研究主要關注情緒性情境圖片呈現前期的注意力捕獲和情緒感知機制，因此僅對-200～1 000 ms內的各導聯ERP信號進行配對樣本t檢驗，t檢驗結果如圖 2所示(虛線框所示為具有顯著統計差異的時段)，圖中縱軸為導聯標識。
圖2
ERP波形的t檢驗(“+”表示存在顯著差異)
(a)平靜1與平靜2；(b)悲傷與平靜1；(c)厭惡與平靜2；(d)厭惡與悲傷
Figure2. t test of ERP waveforms ("+" indicating a significant difference)(a) calm 1 versus calm 2; (b) sad versus calm 1; (c) disgusted versus calm 2; (d) disgusted versus sad
觀察圖 2所示t檢驗結果，發現兩組平靜ERP波形[圖 2(a)]之間存在顯著差異時刻點，但連續性不強；而悲傷與平靜1[圖 2(b)]、厭惡與平靜2[圖 2(c)]以及厭惡與悲傷[圖 2(d)]對比中兩組ERP信號之間都存在連續時段的多導聯顯著差異。因此，僅將具有連續10個以上顯著統計差異時刻點的時段定義為兩ERP信號在該導聯處的顯著差異時段。
綜合對比分析所有導聯的t檢驗結果，最終選擇了如圖 1(b)所標示的兩個顯著差異時段，分別為T1：120～450 ms和T2：800～1 000 ms，能包含兼顧不同情境圖片刺激下所得多數導聯ERP信號的顯著統計差異時段。其中，T1為ERP的早中期階段，主要反映注意力的需求；T2為ERP的晚期，主要反映情緒感知和實際注意力的供給。
2.4 計算ERP均方根差值，確定差異腦區
情境圖片刺激下所得ERP信號的均方根值可用于表示皮層激活強度。分別計算兩個顯著差異時段內兩ERP信號的均方根差值，用于表征兩ERP信號在該時段內激活程度上的差異，如公式(1)和(2)所示，其中，x1(t)和x2(t)為兩ERP時間序列，S1表示第一個顯著差異時段內兩ERP時間序列的均方根差值，S2表示第二個顯著差異時段內兩ERP時間序列的均方根差值。另外，將兩組實驗中平靜圖片對應的ERP信號進行平均，以得到綜合的平靜ERP信號，可使后續ERP特征比較分析的結果更具泛化性，所得情緒刺激引起的ERP差異更具普遍意義。
| ${S_1}=\sqrt {\sum\limits_{t=120}^{450} {{x_1}{{\left(t \right)}^2}/{n_1}} }-\sqrt {\sum\limits_{t=120}^{450} {{x_2}{{\left(t \right)}^2}/{n_1}} } $ |
| ${S_2}=\sqrt {\sum\limits_{t=800}^{1000} {{x_1}{{\left(t \right)}^2}/{n_2}} }-\sqrt {\sum\limits_{t=800}^{1000} {{x_2}{{\left(t \right)}^2}/{n_2}} } $ |
其中，n1為T1時段內的數據點數，n1=331；n2為T2時段內的數據點數，n2=201。根據顯著差異時段內所有導聯的ERP均方根差值繪制腦地形圖。圖 3和圖 4所示分別為T1和T2時段內的ERP均方根差值地形圖。
圖3
T1時段內ERP均方根差值腦地形圖
(a)悲傷-平靜；(b)厭惡-平靜；(c)厭惡-悲傷
Figure3. Brain topographic maps based on root-mean-square deviations of ERP signals during T1(a) sad-calm; (b) disgusted-calm; (c) disgusted-sad
圖4
T2時段內ERP均方根差值腦地形圖
(a)悲傷-平靜；(b)厭惡-平靜；(c)厭惡-悲傷
Figure4. Brain topographic maps based on root-mean-square deviations of ERP signals during T2(a) sad-calm; (b) disgusted-calm; (c) disgusted-sad
由圖 3可以看到：在ERP的早中期，悲傷情境圖片比平靜圖片更大程度地激活了枕葉[圖 3(a)]，捕獲了更多的注意力；厭惡情境圖片與平靜圖片相比，不僅明顯激活了枕葉，也高度激活了前額葉，即在ERP的早中期T1時段已經發生了較強的情緒感知[圖 3(b)]；但在T1時段，厭惡情境比悲傷情境所具有的更強的激活潛力還未充分表現出來[圖 3(c)]，直到晚期才顯露出來[圖 4(c)]。由圖 4也可以看到：在ERP的晚期，悲傷情境圖片所激活腦區已轉移到前額葉[圖 4(a)]，且與厭惡圖片一樣可比平靜圖片更大程度地激活前額葉[圖 4(b)]，反映了ERP晚期已具有強烈的情緒感知，尤其是厭惡情境圖片在頂葉具有比悲傷情境圖片更強的激活效果[圖 4(c)]。
歸納圖 3與圖 4，可知：厭惡與悲傷情境圖片誘發ERP強度差異主要出現在右前額葉和頂葉。其中，右前額葉反映了皮層對消極情緒的感知和加工，其激活程度隨著喚醒度增加而增大。悲傷情境在早期先在枕葉產生較強的情緒感知，與厭惡情境激活強度差異尚不明顯，晚期則專注前額葉激活；厭惡情境在早期即同時激活了枕葉與前額葉，晚期也轉移為專注激活前額葉，且激活強度與悲傷情境在頂葉有較大差異。
3 討論
本文為探討兩種典型負性情緒——厭惡與悲傷情境圖片在注意力捕獲和情緒感知方面的特征差異，設計了兩組應用厭惡、悲傷與平靜等不同情境圖片隨機視覺刺激誘發情緒實驗，采集了被試者全腦頭皮腦電數據，提取了各導聯ERP信號。根據腦力負荷倒U形原理[12]，實驗所設置的圖片情緒判斷任務比較容易，被試者腦力負荷處于中度水平，因此都能夠很好地完成圖片注視和情緒感受任務，以便被試者在情緒感受過程中更加集中注意力。
初步考察全體被試者右前額葉FP2導聯處ERP的總平均信號(圖 1，含有悲傷、厭惡、平靜等不同情境圖片所誘發情緒腦電成分)發現：悲傷、厭惡與平靜情境圖片三者之間在情緒誘發強度、ERP激活時長等方面存在特征差異，ERP幅值隨圖片呈現時間延長而降低，并逐漸恢復到平靜情緒狀態，反映了所激活皮層對特定情緒的感知和調節；厭惡圖片比悲傷與平靜圖片的情緒誘發能力更強、更持久(與被試者主觀感受高度吻合)，尤其在圖片刺激開始后50～350 ms及700～1 000 ms時段內差異明顯，而悲傷和平靜圖片卻沒有明顯的持續性情緒誘發和腦區激活差異；在情境圖片呈現后期ERP未表現突出的平穩波形，可能由于被試者個體差異和后期夾雜有情緒感知以外的圖片內容、環境、背景等再加工[13]所致。
再從不同情境感知誘發ERP信號具有顯著統計差異視角出發，通過對厭惡和悲傷情境圖片所誘發的兩ERP信號進行配對樣本t檢驗，得到二者有顯著差異的兩個時段(圖 2)：T1(120～450 ms)和T2(800～1 000 ms)。其中，T1為ERP早中期時段，主要反映情緒注意力需求；T2為ERP晚期時段，主要反映情緒感知和實際注意力供給。分別計算不同情境圖片刺激下所得ERP信號在顯著統計差異時段的均方根差值，用于表征其情緒激活強度差異，繪成地形圖(圖 3、圖 4)。比較分析可知：情境圖片起視覺刺激作用，故枕區作為第一視覺中樞一定會被激活[14]，因而厭惡與悲傷情境圖片能夠比平靜圖片更強烈地激活枕區，意味著負性情緒誘發能夠吸引更多注意力，有助于進一步的情緒感知和調節，并及時決定對策。此外，已有研究顯示情緒性圖片能夠在200～400 ms內誘發出明顯的EPN，且主要出現在枕葉，而本文也發現(圖 1、圖 3)T1時段(120～450 ms)內激活狀況與文獻中EPN[2]相似，亦說明負性情緒圖片能比中性圖片捕獲更多注意力。由圖 4可以看出：喚醒度較高的厭惡圖片比喚醒度較低的悲傷圖片能夠更多地激活前額葉，獲得更多的情緒調節，使得被試者盡快擺脫消極情緒的影響，這是由于前額葉皮層大多與高級認知活動有關，如情緒調節、工作記憶以及執行功能等[15]，并且前額葉皮層的激活程度與情緒喚醒度和愉悅度有關。另外，由圖 1、圖 4可以看出，T2時段主要誘發出LPP成分，分布在頂葉和前額葉，并且LPP幅值隨著情緒喚醒度增加而增大，反映了情緒調節的增強，該結果與文獻報道一致[7]。
4 結論
本文通過比較分析厭惡與悲傷情境感知誘發ERP特征參數在時間進程與空間分布方面的差異性，對這兩種負性情緒過程中的注意力捕獲和情緒感知有了較深入的了解。觀察到其差異主要體現在情境感知誘發的早中期和晚期兩個時段；早中期悲傷情境主要激活枕葉以獲取注意力，而厭惡情境不僅可以激活枕葉獲取注意力，還能高度激活前額葉，體現出明顯的情緒感知能力；晚期這兩種情境皆可激活前額葉，但厭惡情境激活度更高且在頂葉也表現出比悲傷更強的情緒感知。上述厭惡與悲傷情境感知誘發ERP時空差異的現象，啟示我們可進一步探索這兩種負性情緒誘發深層認知的神經學機制。
