进化心理学认为消极情境可能危及生存, 常引发回避动机, 对人体机能与心理素质皆有重要影响。厌恶与悲伤情境均能够诱发出负性情绪, 但对两者诱发负性情绪过程中的注意力捕获和情绪认知差异尚缺乏了解。本研究选用典型悲伤、厌恶情境图片, 设计了两组负性情绪诱发实验, 并采集了15位青年学生(7男8女, 年龄27岁±3岁)观看情境图片时的32导头皮脑电数据, 提取了各导联事件相关电位(ERP)信号。通过对厌恶和悲伤情境图片所诱发ERP信号进行配对样本t检验, 得到两种图片下ERP信号有统计学差异的时段; 并根据两ERP信号在差异时段内均方根差值绘制脑地形图, 得到差异空间分布。结果显示:悲伤与厌恶情境图片所诱发ERP差异主要体现在前中期T1(120～450 ms)和晚期T2(800～1 000 ms)两个时段; 悲伤图片在T1时段主要激活了枕叶, 反映了注意力的获取, 而厌恶图片在T1时段不仅激活了枕叶, 也高度激活了前额叶, 反映出明显的情绪感知; 厌恶与悲伤图片在T2时段都激活了前额叶, 但厌恶图片所诱发ERP不仅在前额叶, 也在顶叶表现出更强的情绪感知力。以上研究结果将对加深负性情绪认识以及探索负性情绪诱发的深层认知神经学机制有所启示。
引用本文： 王欣, 靳静娜, 李松, 刘志朋, 殷涛. 厌恶与悲伤情境图片诱发负性情绪的脑电机制差异探索. 生物医学工程学杂志, 2015, 32(6): 1165-1172. doi: 10.7507/1001-5515.20150207 复制
0 引言
情绪是人皆有之的心理与生理现象，反映了人适应外界事物环境的思维与行为模式。人的基本情绪可大致分为正性情绪、中性情绪和负性情绪(negative affect, NA)三类。快乐、轻松等为正性情绪，愤怒、恐惧、厌恶和悲伤等为负性情绪，介于二者之间的是中性情绪(如平静、安定)。正性情绪亦称为积极情绪, 通常带来愉悦感受；负性情绪也称消极情绪, 产生令人紧张、不愉快的感受体验。人基本情绪中占大多数的是负性情绪，由此可见其重要性。情境(情景)感知(认知)是激发情绪的简便有效的手段之一，观看情境图片则是最常用的诱发相应情绪的方法。情境感知(情绪认知)及其脑机制研究，特别是情绪与认知的关系及其潜在的神经基础研究，近年已逐渐成为认知神经科学的前沿热点课题。其研究成果不仅可以极大地丰富认知神经科学的内容，而且可为情绪调节和情绪障碍疾病的诊断与治疗提供依据和方法。
个体情感体验是正性情绪和负性情绪的平衡，负性情绪是直接影响个人心理和生活品质的重要因素。在人类的生存适应过程中，情绪常与某些特定行为或行为倾向相联系，不同情绪会有不同的特定行为和行为倾向。从进化心理学角度来看，积极的情境(如愉悦的聚会、轻松的户外活动等)对人的生存有利，能够激发正性情绪，诱导人类产生趋近的行为倾向；而消极的情境(如灾难现场、凶残动物、肮脏厕所等)则可能危及个人生存，通常诱导负性情绪，引人产生回避动机[1-3]。但负性情绪亦可视为适应性情绪，是人类进化过程中具有适应意义的产物。其功能有利于人类在生命受威胁时尽快采取规避行为以获得生存。从生存角度来看，在环境中快速捕捉消极因素的来源和方位是非常重要的，因此，消极情境往往比愉悦和中性情境更快、更多地吸引注意力，进而指导相应的生理、行为发生改变。
消极情境中，厌恶情境感知是直接的、生理性的，所增强的注意力可以保护个人远离危险和伤害[2, 4]；而悲伤情境感知是基于共情机制[5]，观察者会由他人的不幸联想产生自己处于同样苦难场景的体验，所增强的注意力有助于尽快识别受苦原因以采取对策脱离苦海。虽然两种情境的皮层感知机制并不相同，但都包含了环境中的消极因素，预示着回避性动机和行为倾向。研究表明，厌恶与悲伤情境对负性情绪诱发有着特别重要的作用。
与人的情绪密切相关的事件相关电位(event-related potentials, ERP)具有非侵入性、毫秒级高时间分辨率等优点[6]，可以从时间角度精确记录情绪感知过程的瞬息变化，并实时观测情境图片呈现过程中的注意力捕获与情绪感知状况，被公认为非常有力的情绪研究工具。目前已有的情境感知诱发ERP研究初步表明：厌恶情境刺激能够诱发明显的早期后负波(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内出现，在枕叶取得最大幅值，主要反映早期的注意力捕获；LPP多在刺激后300 ms出现，主要反映注意力的持续和对刺激含义的精细加工。并有多项研究显示厌恶情境的愉悦度比悲伤情境更低而唤醒度比悲伤情境更高[3, 8]，但对这两种情境感知诱发负性情绪过程中在注意力捕获和情绪感知方面的ERP特征差异性尚缺乏系统深入的研究，还未仔细比较分析两种情境感知所激活脑区与诱发ERP参数在时间进程与空间分布方面的差异性。
此外，由于利用情境图片诱发情绪实验的可用有效时程较短、叠加平均次数较少，难以从自发脑电背景中直接提取得到幅值较高的优质ERP信号，常影响后期ERP特征分析。考虑到本文主要关注情绪性情境图片呈现前期的注意力捕获和情绪感知机制，根据不同种类情境(如愉悦、平静、厌恶和悲伤)图片刺激诱发ERP信号特征差异具有统计学意义，拟针对图片刺激前期时段的脑电(含有一定自发脑电背景的ERP)信号进行配对样本统计t检验；若该时段脑电数据差异具有统计学意义，则被采用为下一步进行厌恶与悲伤情境图片在注意力捕获和情绪感知方面差异性研究的ERP信号数据。如此可实现ERP信号与自发脑电背景的进一步剥离，提高ERP数据质量，确保后续两种情境感知所激活脑区与诱发ERP时空变化参数分析结果的可靠性。
下文将在介绍本研究所用情境图片材料、实验任务、数据采集与预处理方法之后，先采用叠加平均提取ERP信号，经总平均后初步考察厌恶、悲伤与平静情境图片诱发右前额叶FP2导联处ERP信号在情绪诱发强度、ERP激活时长等方面的特征差异；再从不同情境感知诱发ERP信号具有统计学差异的视角出发，通过对厌恶和悲伤情境图片所诱发的两ERP信号进行配对样本t检验，得到二者有统计学差异的时段，并以该时段内两ERP信号均方根差值绘制全脑地形图，分析两ERP空间分布差异，以深入了解两种情境感知所激活脑区与诱发ERP的时空变化，探讨厌恶与悲伤情境图片在注意力捕获和情绪感知方面的差异性。
1 方法
1.1 图片刺激材料
选取悲伤和厌恶情境图片各15张，其中悲伤图片主要描绘突发灾难、饥饿痛苦等情形，而厌恶图片多数包含排泄物、肢解等场景。为平衡负性情境感知的消极感受，实验中还穿插了愉悦和平静两种情境图片(但不作为本文研究目标)各30张，愉悦图片为外出旅游、家庭团聚场景，平静图片为日常生活物景。图片背景为白色，宽度为512像素，高度为378像素，水平分辨率和垂直分辨率均为72 dpi。
1.2 实验任务与数据采集
15名理工科研究生(男7例、女8例，年龄为27岁±3岁)参与了本实验，所有被试者心理状态良好、无心理疾病史。实验安排在光照柔和、隔音良好、温湿宜人的脑电采集室内进行。全实验包含两组：第一组为悲伤、愉悦、平静情境图片各15张，第二组为厌恶、愉悦和平静图片各15张；两组中的愉悦、平静情境图片互不重复。情境图片以随机方式呈现，每张图片呈现时长4 s，图片呈现时显示屏背景色为白色。图片呈现之前有4 s的静息期，提示符为“+”，用于平复上幅图片所引起的情绪心境。图片情绪判断时间设置为4 s，被试者按键后立即进入下一个静息期，因此实际的图片情绪判断时间小于4 s。两组之间的时间间隔为10 min。被试者的主要实验任务是观看图片放映屏幕，并在其呈现过程中尽可能地感受其中情绪，以形成情绪体验，待图片消失以后对图片情绪所属类型(积极、中性或消极)进行按键判断。实验结束后，被试者对所参与实验的主观感受进行描述。
采用荷兰Biosemi产ActiveTwo 32导脑电采集系统(采样率1 024 Hz)记录15位被试者实验过程中的32导头皮脑电数据。
1.3 数据分析
首先，为去除头皮脑电信号记录过程中的低频漂移、高频噪声和眼动等干扰，对原始脑电数据进行变平均参考、0.5~30 Hz带通滤波、降采样至256 Hz以及独立成分分析去眼电等预处理操作。
其次，对预处理后的全段脑电数据进行分割，得到每张情境图片呈现时段所对应的诱发脑电片段和该情境图片出现前的静息脑电片段。选取情境图片呈现之前200 ms(即静息期的后200 ms)为基准脑电，将每个诱发脑电片段减去基准脑电平均幅值，实现去基线操作。分别对去基线后15张同种情境图片对应的诱发脑电片段进行叠加平均，得到情境图片刺激所得ERP信号。考虑到本文主要研究目标是对比分析悲伤与厌恶情境图片所诱发ERP信号的时空特征差异，因此仅选择悲伤、厌恶、平静1以及平静2情境图片对应的ERP信号做进一步分析，其中，平静1为第一组实验中的平静图片，平静2为第二组实验中的平静图片。
此后，对悲伤与平静1、厌恶与平静2、悲伤与厌恶以及平静1与平静2所对应的ERP信号分别进行t检验，考察所选两ERP信号之间差异是否具有统计学意义。若两种图片刺激下连续多个ERP数据点差异均具有统计学意义，则可确认所对应时间段为显著差异时段。
最后，计算显著差异时段内所有导联的ERP均方根差值并据此绘制ERP脑地形图，进而分析悲伤与厌恶两种情境图片刺激所诱发ERP波形差异的空间分布状况，查找各个显著差异时段内的主要激活脑区。
2 结果
2.1 行为学结果
本实验的行为学结果主要包括图片情绪判断任务的准确率、反应时和被试者对所诱发情绪的主观感受。经统计，被试者的图片情绪判断准确率均在99%以上，仅有部分愉悦和平静情境图片的情绪判断结果相混淆；被试者在情绪判断任务中的反应时在800 ms左右，符合人类正常反应时间。实验结束后，所有被试者都认为厌恶情境图片比悲伤和中性情绪图片诱发的情绪更加强烈，几乎到了无法忍受的程度。
2.2 ERP信号的初步对比
对全体被试者各导联ERP信号做平均，得到具有总体代表特性的厌恶与悲伤情境诱发的全脑ERP信号。图 1为右前额叶FP2导联处的ERP信号，图中包含了悲伤、厌恶、平静1与平静2等不同情境图片所诱发的ERP，并按-200～4 000 ms和-200～1 000 ms两个时段分别绘于图 1(a)和图 1(b)。对比不同情境图片所诱发ERP信号时域变化可初步得到悲伤、厌恶与平静情境图片三者之间在情绪诱发强度、ERP激活时长等方面的特征差异。由图 1(a)可以看出，在整个情境图片诱发情绪实验过程中，厌恶图片能够比悲伤和平静图片更明显、更持久地诱发相应情绪、激活相关脑区(该现象与被试者的主观感受高度吻合)；并且所诱发情绪性ERP信号幅值随着情境图片呈现时间延长而降低，呈现逐渐减弱的趋势。另外，在情境图片刺激开始后50～350 ms及700～1 000 ms时段内[图 1(b)]，厌恶图片比平静和悲伤图片明显具有更为强烈的情绪诱发和脑区激活能力，而悲伤和平静图片之间却没有明显的持续性情绪诱发和脑区激活差异。图 1(b)中所示T1、T2为下节t检验法确定的ERP显著差异时段。
图1
FP2导联处的ERP总体平均波形对比
(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 对不同情境图片所诱发ERP信号进行t检验，确定显著差异时段
通常采用叠加平均方法从信号较强的自发脑电背景中提取相对微弱的诱发电位ERP信号，其依据是：ERP对刺激时刻具有明显的锁时特性，而自发脑电表现为类似伪随机噪声；故以刺激时刻为基准对原始脑电采样数据进行多次叠加平均可降低自发脑电背景的干扰(因其随机性相互抵消减弱)，进而突出微弱的ERP信号(因其锁时性而幅值增加)[6, 9-11]，尤其对ERP早中期成分提取明显有效。然而，叠加平均提取ERP信号常需较多平均次数，以获得信噪比足够高的优质ERP信号，即要求原始脑电采样数据较多。但本文实验所得脑电数据可供叠加平均时长与次数均有限，故仅靠少次平均所得ERP信号中自发脑电干扰仍较大，且不同情境图片刺激下自发脑电背景也不尽相同。为此，如引言所述，拟通过对不同情境图片刺激下所得ERP信号进行配对样本统计t检验，以实现ERP信号与自发脑电背景的进一步剥离，提高ERP数据质量。
针对图片刺激前期时段的脑电(含有一定自发脑电背景的ERP)信号进行配对样本统计t检验；若该时段脑电数据差异具有统计学意义，则采用为下一步进行厌恶与悲伤情境图片在注意力捕获和情绪感知方面差异性研究的ERP信号数据。如此可实现ERP信号与自发脑电背景的进一步剥离，提高ERP数据质量，确保后续两种情境感知所激活脑区与诱发ERP时空变化参数分析结果的可靠性。另外，对于各个经典成分(P1、N1、EPN、P3、LPP等)不太突出的ERP信号，由于提取各ERP成分的幅值和潜伏期比较困难，也可以通过t检验分析，得到不同ERP信号之间具有显著统计差异的各个时刻点或时间段，再针对相应时刻点或时间段进行更加细致和明确的ERP特征对比分析。
由于本文是相同被试者在相同实验中接受情境感知刺激，故可以选用配对样本t检验方法对每位被试者逐个导联ERP信号进行逐个数据点的统计差异分析，显著性水平设置为0.05。如前所述，本研究主要关注情绪性情境图片呈现前期的注意力捕获和情绪感知机制，因此仅对-200～1 000 ms内的各导联ERP信号进行配对样本t检验，t检验结果如图 2所示(虚线框所示为具有显著统计差异的时段)，图中纵轴为导联标识。
图2
ERP波形的t检验(“+”表示存在显著差异)
(a)平静1与平静2；(b)悲伤与平静1；(c)厌恶与平静2；(d)厌恶与悲伤
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
观察图 2所示t检验结果，发现两组平静ERP波形[图 2(a)]之间存在显著差异时刻点，但连续性不强；而悲伤与平静1[图 2(b)]、厌恶与平静2[图 2(c)]以及厌恶与悲伤[图 2(d)]对比中两组ERP信号之间都存在连续时段的多导联显著差异。因此，仅将具有连续10个以上显著统计差异时刻点的时段定义为两ERP信号在该导联处的显著差异时段。
综合对比分析所有导联的t检验结果，最终选择了如图 1(b)所标示的两个显著差异时段，分别为T1：120～450 ms和T2：800～1 000 ms，能包含兼顾不同情境图片刺激下所得多数导联ERP信号的显著统计差异时段。其中，T1为ERP的早中期阶段，主要反映注意力的需求；T2为ERP的晚期，主要反映情绪感知和实际注意力的供给。
2.4 计算ERP均方根差值，确定差异脑区
情境图片刺激下所得ERP信号的均方根值可用于表示皮层激活强度。分别计算两个显著差异时段内两ERP信号的均方根差值，用于表征两ERP信号在该时段内激活程度上的差异，如公式(1)和(2)所示，其中，x1(t)和x2(t)为两ERP时间序列，S1表示第一个显著差异时段内两ERP时间序列的均方根差值，S2表示第二个显著差异时段内两ERP时间序列的均方根差值。另外，将两组实验中平静图片对应的ERP信号进行平均，以得到综合的平静ERP信号，可使后续ERP特征比较分析的结果更具泛化性，所得情绪刺激引起的ERP差异更具普遍意义。
| ${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为T1时段内的数据点数，n1=331；n2为T2时段内的数据点数，n2=201。根据显著差异时段内所有导联的ERP均方根差值绘制脑地形图。图 3和图 4所示分别为T1和T2时段内的ERP均方根差值地形图。
图3
T1时段内ERP均方根差值脑地形图
(a)悲伤-平静；(b)厌恶-平静；(c)厌恶-悲伤
Figure3. Brain topographic maps based on root-mean-square deviations of ERP signals during T1(a) sad-calm; (b) disgusted-calm; (c) disgusted-sad
图4
T2时段内ERP均方根差值脑地形图
(a)悲伤-平静；(b)厌恶-平静；(c)厌恶-悲伤
Figure4. Brain topographic maps based on root-mean-square deviations of ERP signals during T2(a) sad-calm; (b) disgusted-calm; (c) disgusted-sad
由图 3可以看到：在ERP的早中期，悲伤情境图片比平静图片更大程度地激活了枕叶[图 3(a)]，捕获了更多的注意力；厌恶情境图片与平静图片相比，不仅明显激活了枕叶，也高度激活了前额叶，即在ERP的早中期T1时段已经发生了较强的情绪感知[图 3(b)]；但在T1时段，厌恶情境比悲伤情境所具有的更强的激活潜力还未充分表现出来[图 3(c)]，直到晚期才显露出来[图 4(c)]。由图 4也可以看到：在ERP的晚期，悲伤情境图片所激活脑区已转移到前额叶[图 4(a)]，且与厌恶图片一样可比平静图片更大程度地激活前额叶[图 4(b)]，反映了ERP晚期已具有强烈的情绪感知，尤其是厌恶情境图片在顶叶具有比悲伤情境图片更强的激活效果[图 4(c)]。
归纳图 3与图 4，可知：厌恶与悲伤情境图片诱发ERP强度差异主要出现在右前额叶和顶叶。其中，右前额叶反映了皮层对消极情绪的感知和加工，其激活程度随着唤醒度增加而增大。悲伤情境在早期先在枕叶产生较强的情绪感知，与厌恶情境激活强度差异尚不明显，晚期则专注前额叶激活；厌恶情境在早期即同时激活了枕叶与前额叶，晚期也转移为专注激活前额叶，且激活强度与悲伤情境在顶叶有较大差异。
3 讨论
本文为探讨两种典型负性情绪——厌恶与悲伤情境图片在注意力捕获和情绪感知方面的特征差异，设计了两组应用厌恶、悲伤与平静等不同情境图片随机视觉刺激诱发情绪实验，采集了被试者全脑头皮脑电数据，提取了各导联ERP信号。根据脑力负荷倒U形原理[12]，实验所设置的图片情绪判断任务比较容易，被试者脑力负荷处于中度水平，因此都能够很好地完成图片注视和情绪感受任务，以便被试者在情绪感受过程中更加集中注意力。
初步考察全体被试者右前额叶FP2导联处ERP的总平均信号(图 1，含有悲伤、厌恶、平静等不同情境图片所诱发情绪脑电成分)发现：悲伤、厌恶与平静情境图片三者之间在情绪诱发强度、ERP激活时长等方面存在特征差异，ERP幅值随图片呈现时间延长而降低，并逐渐恢复到平静情绪状态，反映了所激活皮层对特定情绪的感知和调节；厌恶图片比悲伤与平静图片的情绪诱发能力更强、更持久(与被试者主观感受高度吻合)，尤其在图片刺激开始后50～350 ms及700～1 000 ms时段内差异明显，而悲伤和平静图片却没有明显的持续性情绪诱发和脑区激活差异；在情境图片呈现后期ERP未表现突出的平稳波形，可能由于被试者个体差异和后期夹杂有情绪感知以外的图片内容、环境、背景等再加工[13]所致。
再从不同情境感知诱发ERP信号具有显著统计差异视角出发，通过对厌恶和悲伤情境图片所诱发的两ERP信号进行配对样本t检验，得到二者有显著差异的两个时段(图 2)：T1(120～450 ms)和T2(800～1 000 ms)。其中，T1为ERP早中期时段，主要反映情绪注意力需求；T2为ERP晚期时段，主要反映情绪感知和实际注意力供给。分别计算不同情境图片刺激下所得ERP信号在显著统计差异时段的均方根差值，用于表征其情绪激活强度差异，绘成地形图(图 3、图 4)。比较分析可知：情境图片起视觉刺激作用，故枕区作为第一视觉中枢一定会被激活[14]，因而厌恶与悲伤情境图片能够比平静图片更强烈地激活枕区，意味着负性情绪诱发能够吸引更多注意力，有助于进一步的情绪感知和调节，并及时决定对策。此外，已有研究显示情绪性图片能够在200～400 ms内诱发出明显的EPN，且主要出现在枕叶，而本文也发现(图 1、图 3)T1时段(120～450 ms)内激活状况与文献中EPN[2]相似，亦说明负性情绪图片能比中性图片捕获更多注意力。由图 4可以看出：唤醒度较高的厌恶图片比唤醒度较低的悲伤图片能够更多地激活前额叶，获得更多的情绪调节，使得被试者尽快摆脱消极情绪的影响，这是由于前额叶皮层大多与高级认知活动有关，如情绪调节、工作记忆以及执行功能等[15]，并且前额叶皮层的激活程度与情绪唤醒度和愉悦度有关。另外，由图 1、图 4可以看出，T2时段主要诱发出LPP成分，分布在顶叶和前额叶，并且LPP幅值随着情绪唤醒度增加而增大，反映了情绪调节的增强，该结果与文献报道一致[7]。
4 结论
本文通过比较分析厌恶与悲伤情境感知诱发ERP特征参数在时间进程与空间分布方面的差异性，对这两种负性情绪过程中的注意力捕获和情绪感知有了较深入的了解。观察到其差异主要体现在情境感知诱发的早中期和晚期两个时段；早中期悲伤情境主要激活枕叶以获取注意力，而厌恶情境不仅可以激活枕叶获取注意力，还能高度激活前额叶，体现出明显的情绪感知能力；晚期这两种情境皆可激活前额叶，但厌恶情境激活度更高且在顶叶也表现出比悲伤更强的情绪感知。上述厌恶与悲伤情境感知诱发ERP时空差异的现象，启示我们可进一步探索这两种负性情绪诱发深层认知的神经学机制。
0 引言
情绪是人皆有之的心理与生理现象，反映了人适应外界事物环境的思维与行为模式。人的基本情绪可大致分为正性情绪、中性情绪和负性情绪(negative affect, NA)三类。快乐、轻松等为正性情绪，愤怒、恐惧、厌恶和悲伤等为负性情绪，介于二者之间的是中性情绪(如平静、安定)。正性情绪亦称为积极情绪, 通常带来愉悦感受；负性情绪也称消极情绪, 产生令人紧张、不愉快的感受体验。人基本情绪中占大多数的是负性情绪，由此可见其重要性。情境(情景)感知(认知)是激发情绪的简便有效的手段之一，观看情境图片则是最常用的诱发相应情绪的方法。情境感知(情绪认知)及其脑机制研究，特别是情绪与认知的关系及其潜在的神经基础研究，近年已逐渐成为认知神经科学的前沿热点课题。其研究成果不仅可以极大地丰富认知神经科学的内容，而且可为情绪调节和情绪障碍疾病的诊断与治疗提供依据和方法。
个体情感体验是正性情绪和负性情绪的平衡，负性情绪是直接影响个人心理和生活品质的重要因素。在人类的生存适应过程中，情绪常与某些特定行为或行为倾向相联系，不同情绪会有不同的特定行为和行为倾向。从进化心理学角度来看，积极的情境(如愉悦的聚会、轻松的户外活动等)对人的生存有利，能够激发正性情绪，诱导人类产生趋近的行为倾向；而消极的情境(如灾难现场、凶残动物、肮脏厕所等)则可能危及个人生存，通常诱导负性情绪，引人产生回避动机[1-3]。但负性情绪亦可视为适应性情绪，是人类进化过程中具有适应意义的产物。其功能有利于人类在生命受威胁时尽快采取规避行为以获得生存。从生存角度来看，在环境中快速捕捉消极因素的来源和方位是非常重要的，因此，消极情境往往比愉悦和中性情境更快、更多地吸引注意力，进而指导相应的生理、行为发生改变。
消极情境中，厌恶情境感知是直接的、生理性的，所增强的注意力可以保护个人远离危险和伤害[2, 4]；而悲伤情境感知是基于共情机制[5]，观察者会由他人的不幸联想产生自己处于同样苦难场景的体验，所增强的注意力有助于尽快识别受苦原因以采取对策脱离苦海。虽然两种情境的皮层感知机制并不相同，但都包含了环境中的消极因素，预示着回避性动机和行为倾向。研究表明，厌恶与悲伤情境对负性情绪诱发有着特别重要的作用。
与人的情绪密切相关的事件相关电位(event-related potentials, ERP)具有非侵入性、毫秒级高时间分辨率等优点[6]，可以从时间角度精确记录情绪感知过程的瞬息变化，并实时观测情境图片呈现过程中的注意力捕获与情绪感知状况，被公认为非常有力的情绪研究工具。目前已有的情境感知诱发ERP研究初步表明：厌恶情境刺激能够诱发明显的早期后负波(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内出现，在枕叶取得最大幅值，主要反映早期的注意力捕获；LPP多在刺激后300 ms出现，主要反映注意力的持续和对刺激含义的精细加工。并有多项研究显示厌恶情境的愉悦度比悲伤情境更低而唤醒度比悲伤情境更高[3, 8]，但对这两种情境感知诱发负性情绪过程中在注意力捕获和情绪感知方面的ERP特征差异性尚缺乏系统深入的研究，还未仔细比较分析两种情境感知所激活脑区与诱发ERP参数在时间进程与空间分布方面的差异性。
此外，由于利用情境图片诱发情绪实验的可用有效时程较短、叠加平均次数较少，难以从自发脑电背景中直接提取得到幅值较高的优质ERP信号，常影响后期ERP特征分析。考虑到本文主要关注情绪性情境图片呈现前期的注意力捕获和情绪感知机制，根据不同种类情境(如愉悦、平静、厌恶和悲伤)图片刺激诱发ERP信号特征差异具有统计学意义，拟针对图片刺激前期时段的脑电(含有一定自发脑电背景的ERP)信号进行配对样本统计t检验；若该时段脑电数据差异具有统计学意义，则被采用为下一步进行厌恶与悲伤情境图片在注意力捕获和情绪感知方面差异性研究的ERP信号数据。如此可实现ERP信号与自发脑电背景的进一步剥离，提高ERP数据质量，确保后续两种情境感知所激活脑区与诱发ERP时空变化参数分析结果的可靠性。
下文将在介绍本研究所用情境图片材料、实验任务、数据采集与预处理方法之后，先采用叠加平均提取ERP信号，经总平均后初步考察厌恶、悲伤与平静情境图片诱发右前额叶FP2导联处ERP信号在情绪诱发强度、ERP激活时长等方面的特征差异；再从不同情境感知诱发ERP信号具有统计学差异的视角出发，通过对厌恶和悲伤情境图片所诱发的两ERP信号进行配对样本t检验，得到二者有统计学差异的时段，并以该时段内两ERP信号均方根差值绘制全脑地形图，分析两ERP空间分布差异，以深入了解两种情境感知所激活脑区与诱发ERP的时空变化，探讨厌恶与悲伤情境图片在注意力捕获和情绪感知方面的差异性。
1 方法
1.1 图片刺激材料
选取悲伤和厌恶情境图片各15张，其中悲伤图片主要描绘突发灾难、饥饿痛苦等情形，而厌恶图片多数包含排泄物、肢解等场景。为平衡负性情境感知的消极感受，实验中还穿插了愉悦和平静两种情境图片(但不作为本文研究目标)各30张，愉悦图片为外出旅游、家庭团聚场景，平静图片为日常生活物景。图片背景为白色，宽度为512像素，高度为378像素，水平分辨率和垂直分辨率均为72 dpi。
1.2 实验任务与数据采集
15名理工科研究生(男7例、女8例，年龄为27岁±3岁)参与了本实验，所有被试者心理状态良好、无心理疾病史。实验安排在光照柔和、隔音良好、温湿宜人的脑电采集室内进行。全实验包含两组：第一组为悲伤、愉悦、平静情境图片各15张，第二组为厌恶、愉悦和平静图片各15张；两组中的愉悦、平静情境图片互不重复。情境图片以随机方式呈现，每张图片呈现时长4 s，图片呈现时显示屏背景色为白色。图片呈现之前有4 s的静息期，提示符为“+”，用于平复上幅图片所引起的情绪心境。图片情绪判断时间设置为4 s，被试者按键后立即进入下一个静息期，因此实际的图片情绪判断时间小于4 s。两组之间的时间间隔为10 min。被试者的主要实验任务是观看图片放映屏幕，并在其呈现过程中尽可能地感受其中情绪，以形成情绪体验，待图片消失以后对图片情绪所属类型(积极、中性或消极)进行按键判断。实验结束后，被试者对所参与实验的主观感受进行描述。
采用荷兰Biosemi产ActiveTwo 32导脑电采集系统(采样率1 024 Hz)记录15位被试者实验过程中的32导头皮脑电数据。
1.3 数据分析
首先，为去除头皮脑电信号记录过程中的低频漂移、高频噪声和眼动等干扰，对原始脑电数据进行变平均参考、0.5~30 Hz带通滤波、降采样至256 Hz以及独立成分分析去眼电等预处理操作。
其次，对预处理后的全段脑电数据进行分割，得到每张情境图片呈现时段所对应的诱发脑电片段和该情境图片出现前的静息脑电片段。选取情境图片呈现之前200 ms(即静息期的后200 ms)为基准脑电，将每个诱发脑电片段减去基准脑电平均幅值，实现去基线操作。分别对去基线后15张同种情境图片对应的诱发脑电片段进行叠加平均，得到情境图片刺激所得ERP信号。考虑到本文主要研究目标是对比分析悲伤与厌恶情境图片所诱发ERP信号的时空特征差异，因此仅选择悲伤、厌恶、平静1以及平静2情境图片对应的ERP信号做进一步分析，其中，平静1为第一组实验中的平静图片，平静2为第二组实验中的平静图片。
此后，对悲伤与平静1、厌恶与平静2、悲伤与厌恶以及平静1与平静2所对应的ERP信号分别进行t检验，考察所选两ERP信号之间差异是否具有统计学意义。若两种图片刺激下连续多个ERP数据点差异均具有统计学意义，则可确认所对应时间段为显著差异时段。
最后，计算显著差异时段内所有导联的ERP均方根差值并据此绘制ERP脑地形图，进而分析悲伤与厌恶两种情境图片刺激所诱发ERP波形差异的空间分布状况，查找各个显著差异时段内的主要激活脑区。
2 结果
2.1 行为学结果
本实验的行为学结果主要包括图片情绪判断任务的准确率、反应时和被试者对所诱发情绪的主观感受。经统计，被试者的图片情绪判断准确率均在99%以上，仅有部分愉悦和平静情境图片的情绪判断结果相混淆；被试者在情绪判断任务中的反应时在800 ms左右，符合人类正常反应时间。实验结束后，所有被试者都认为厌恶情境图片比悲伤和中性情绪图片诱发的情绪更加强烈，几乎到了无法忍受的程度。
2.2 ERP信号的初步对比
对全体被试者各导联ERP信号做平均，得到具有总体代表特性的厌恶与悲伤情境诱发的全脑ERP信号。图 1为右前额叶FP2导联处的ERP信号，图中包含了悲伤、厌恶、平静1与平静2等不同情境图片所诱发的ERP，并按-200～4 000 ms和-200～1 000 ms两个时段分别绘于图 1(a)和图 1(b)。对比不同情境图片所诱发ERP信号时域变化可初步得到悲伤、厌恶与平静情境图片三者之间在情绪诱发强度、ERP激活时长等方面的特征差异。由图 1(a)可以看出，在整个情境图片诱发情绪实验过程中，厌恶图片能够比悲伤和平静图片更明显、更持久地诱发相应情绪、激活相关脑区(该现象与被试者的主观感受高度吻合)；并且所诱发情绪性ERP信号幅值随着情境图片呈现时间延长而降低，呈现逐渐减弱的趋势。另外，在情境图片刺激开始后50～350 ms及700～1 000 ms时段内[图 1(b)]，厌恶图片比平静和悲伤图片明显具有更为强烈的情绪诱发和脑区激活能力，而悲伤和平静图片之间却没有明显的持续性情绪诱发和脑区激活差异。图 1(b)中所示T1、T2为下节t检验法确定的ERP显著差异时段。
图1
FP2导联处的ERP总体平均波形对比
(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 对不同情境图片所诱发ERP信号进行t检验，确定显著差异时段
通常采用叠加平均方法从信号较强的自发脑电背景中提取相对微弱的诱发电位ERP信号，其依据是：ERP对刺激时刻具有明显的锁时特性，而自发脑电表现为类似伪随机噪声；故以刺激时刻为基准对原始脑电采样数据进行多次叠加平均可降低自发脑电背景的干扰(因其随机性相互抵消减弱)，进而突出微弱的ERP信号(因其锁时性而幅值增加)[6, 9-11]，尤其对ERP早中期成分提取明显有效。然而，叠加平均提取ERP信号常需较多平均次数，以获得信噪比足够高的优质ERP信号，即要求原始脑电采样数据较多。但本文实验所得脑电数据可供叠加平均时长与次数均有限，故仅靠少次平均所得ERP信号中自发脑电干扰仍较大，且不同情境图片刺激下自发脑电背景也不尽相同。为此，如引言所述，拟通过对不同情境图片刺激下所得ERP信号进行配对样本统计t检验，以实现ERP信号与自发脑电背景的进一步剥离，提高ERP数据质量。
针对图片刺激前期时段的脑电(含有一定自发脑电背景的ERP)信号进行配对样本统计t检验；若该时段脑电数据差异具有统计学意义，则采用为下一步进行厌恶与悲伤情境图片在注意力捕获和情绪感知方面差异性研究的ERP信号数据。如此可实现ERP信号与自发脑电背景的进一步剥离，提高ERP数据质量，确保后续两种情境感知所激活脑区与诱发ERP时空变化参数分析结果的可靠性。另外，对于各个经典成分(P1、N1、EPN、P3、LPP等)不太突出的ERP信号，由于提取各ERP成分的幅值和潜伏期比较困难，也可以通过t检验分析，得到不同ERP信号之间具有显著统计差异的各个时刻点或时间段，再针对相应时刻点或时间段进行更加细致和明确的ERP特征对比分析。
由于本文是相同被试者在相同实验中接受情境感知刺激，故可以选用配对样本t检验方法对每位被试者逐个导联ERP信号进行逐个数据点的统计差异分析，显著性水平设置为0.05。如前所述，本研究主要关注情绪性情境图片呈现前期的注意力捕获和情绪感知机制，因此仅对-200～1 000 ms内的各导联ERP信号进行配对样本t检验，t检验结果如图 2所示(虚线框所示为具有显著统计差异的时段)，图中纵轴为导联标识。
图2
ERP波形的t检验(“+”表示存在显著差异)
(a)平静1与平静2；(b)悲伤与平静1；(c)厌恶与平静2；(d)厌恶与悲伤
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
观察图 2所示t检验结果，发现两组平静ERP波形[图 2(a)]之间存在显著差异时刻点，但连续性不强；而悲伤与平静1[图 2(b)]、厌恶与平静2[图 2(c)]以及厌恶与悲伤[图 2(d)]对比中两组ERP信号之间都存在连续时段的多导联显著差异。因此，仅将具有连续10个以上显著统计差异时刻点的时段定义为两ERP信号在该导联处的显著差异时段。
综合对比分析所有导联的t检验结果，最终选择了如图 1(b)所标示的两个显著差异时段，分别为T1：120～450 ms和T2：800～1 000 ms，能包含兼顾不同情境图片刺激下所得多数导联ERP信号的显著统计差异时段。其中，T1为ERP的早中期阶段，主要反映注意力的需求；T2为ERP的晚期，主要反映情绪感知和实际注意力的供给。
2.4 计算ERP均方根差值，确定差异脑区
情境图片刺激下所得ERP信号的均方根值可用于表示皮层激活强度。分别计算两个显著差异时段内两ERP信号的均方根差值，用于表征两ERP信号在该时段内激活程度上的差异，如公式(1)和(2)所示，其中，x1(t)和x2(t)为两ERP时间序列，S1表示第一个显著差异时段内两ERP时间序列的均方根差值，S2表示第二个显著差异时段内两ERP时间序列的均方根差值。另外，将两组实验中平静图片对应的ERP信号进行平均，以得到综合的平静ERP信号，可使后续ERP特征比较分析的结果更具泛化性，所得情绪刺激引起的ERP差异更具普遍意义。
| ${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为T1时段内的数据点数，n1=331；n2为T2时段内的数据点数，n2=201。根据显著差异时段内所有导联的ERP均方根差值绘制脑地形图。图 3和图 4所示分别为T1和T2时段内的ERP均方根差值地形图。
图3
T1时段内ERP均方根差值脑地形图
(a)悲伤-平静；(b)厌恶-平静；(c)厌恶-悲伤
Figure3. Brain topographic maps based on root-mean-square deviations of ERP signals during T1(a) sad-calm; (b) disgusted-calm; (c) disgusted-sad
图4
T2时段内ERP均方根差值脑地形图
(a)悲伤-平静；(b)厌恶-平静；(c)厌恶-悲伤
Figure4. Brain topographic maps based on root-mean-square deviations of ERP signals during T2(a) sad-calm; (b) disgusted-calm; (c) disgusted-sad
由图 3可以看到：在ERP的早中期，悲伤情境图片比平静图片更大程度地激活了枕叶[图 3(a)]，捕获了更多的注意力；厌恶情境图片与平静图片相比，不仅明显激活了枕叶，也高度激活了前额叶，即在ERP的早中期T1时段已经发生了较强的情绪感知[图 3(b)]；但在T1时段，厌恶情境比悲伤情境所具有的更强的激活潜力还未充分表现出来[图 3(c)]，直到晚期才显露出来[图 4(c)]。由图 4也可以看到：在ERP的晚期，悲伤情境图片所激活脑区已转移到前额叶[图 4(a)]，且与厌恶图片一样可比平静图片更大程度地激活前额叶[图 4(b)]，反映了ERP晚期已具有强烈的情绪感知，尤其是厌恶情境图片在顶叶具有比悲伤情境图片更强的激活效果[图 4(c)]。
归纳图 3与图 4，可知：厌恶与悲伤情境图片诱发ERP强度差异主要出现在右前额叶和顶叶。其中，右前额叶反映了皮层对消极情绪的感知和加工，其激活程度随着唤醒度增加而增大。悲伤情境在早期先在枕叶产生较强的情绪感知，与厌恶情境激活强度差异尚不明显，晚期则专注前额叶激活；厌恶情境在早期即同时激活了枕叶与前额叶，晚期也转移为专注激活前额叶，且激活强度与悲伤情境在顶叶有较大差异。
3 讨论
本文为探讨两种典型负性情绪——厌恶与悲伤情境图片在注意力捕获和情绪感知方面的特征差异，设计了两组应用厌恶、悲伤与平静等不同情境图片随机视觉刺激诱发情绪实验，采集了被试者全脑头皮脑电数据，提取了各导联ERP信号。根据脑力负荷倒U形原理[12]，实验所设置的图片情绪判断任务比较容易，被试者脑力负荷处于中度水平，因此都能够很好地完成图片注视和情绪感受任务，以便被试者在情绪感受过程中更加集中注意力。
初步考察全体被试者右前额叶FP2导联处ERP的总平均信号(图 1，含有悲伤、厌恶、平静等不同情境图片所诱发情绪脑电成分)发现：悲伤、厌恶与平静情境图片三者之间在情绪诱发强度、ERP激活时长等方面存在特征差异，ERP幅值随图片呈现时间延长而降低，并逐渐恢复到平静情绪状态，反映了所激活皮层对特定情绪的感知和调节；厌恶图片比悲伤与平静图片的情绪诱发能力更强、更持久(与被试者主观感受高度吻合)，尤其在图片刺激开始后50～350 ms及700～1 000 ms时段内差异明显，而悲伤和平静图片却没有明显的持续性情绪诱发和脑区激活差异；在情境图片呈现后期ERP未表现突出的平稳波形，可能由于被试者个体差异和后期夹杂有情绪感知以外的图片内容、环境、背景等再加工[13]所致。
再从不同情境感知诱发ERP信号具有显著统计差异视角出发，通过对厌恶和悲伤情境图片所诱发的两ERP信号进行配对样本t检验，得到二者有显著差异的两个时段(图 2)：T1(120～450 ms)和T2(800～1 000 ms)。其中，T1为ERP早中期时段，主要反映情绪注意力需求；T2为ERP晚期时段，主要反映情绪感知和实际注意力供给。分别计算不同情境图片刺激下所得ERP信号在显著统计差异时段的均方根差值，用于表征其情绪激活强度差异，绘成地形图(图 3、图 4)。比较分析可知：情境图片起视觉刺激作用，故枕区作为第一视觉中枢一定会被激活[14]，因而厌恶与悲伤情境图片能够比平静图片更强烈地激活枕区，意味着负性情绪诱发能够吸引更多注意力，有助于进一步的情绪感知和调节，并及时决定对策。此外，已有研究显示情绪性图片能够在200～400 ms内诱发出明显的EPN，且主要出现在枕叶，而本文也发现(图 1、图 3)T1时段(120～450 ms)内激活状况与文献中EPN[2]相似，亦说明负性情绪图片能比中性图片捕获更多注意力。由图 4可以看出：唤醒度较高的厌恶图片比唤醒度较低的悲伤图片能够更多地激活前额叶，获得更多的情绪调节，使得被试者尽快摆脱消极情绪的影响，这是由于前额叶皮层大多与高级认知活动有关，如情绪调节、工作记忆以及执行功能等[15]，并且前额叶皮层的激活程度与情绪唤醒度和愉悦度有关。另外，由图 1、图 4可以看出，T2时段主要诱发出LPP成分，分布在顶叶和前额叶，并且LPP幅值随着情绪唤醒度增加而增大，反映了情绪调节的增强，该结果与文献报道一致[7]。
4 结论
本文通过比较分析厌恶与悲伤情境感知诱发ERP特征参数在时间进程与空间分布方面的差异性，对这两种负性情绪过程中的注意力捕获和情绪感知有了较深入的了解。观察到其差异主要体现在情境感知诱发的早中期和晚期两个时段；早中期悲伤情境主要激活枕叶以获取注意力，而厌恶情境不仅可以激活枕叶获取注意力，还能高度激活前额叶，体现出明显的情绪感知能力；晚期这两种情境皆可激活前额叶，但厌恶情境激活度更高且在顶叶也表现出比悲伤更强的情绪感知。上述厌恶与悲伤情境感知诱发ERP时空差异的现象，启示我们可进一步探索这两种负性情绪诱发深层认知的神经学机制。
