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摘要 快速序列视觉呈现中面孔加工的神经机制 基础心理学专业博士研究生罗文波 指导教师罗跃嘉教授 摘要 面孔在社会交往和生物进化过程中有着重要意义，因此，早在从达尔文起就开始了对面孔的 科学研究，近来更是受到国际众多心理学家和认知神经科学家的高度关注。面孔包含了诸如性别、 年龄、魅力、情绪、身份、种族等信息，其中面孔身份信息( i d e n t i t y ) 和表情信息( e x p r e s s i o n ) 受到的关注最多。大量的研究已经从行为学、神经心理学、神经生理学和脑成像学等多个层面揭 示了面孔的身份和表情加工的一些非常重要的特点。但是在面孔身份和表情加工的关系方面存在 巨大的争议。传统的面孔识别模型认为，面孔身份相关信息的加工发生在一个专门的认知路径， 该路径是独立于面孔其它方面信息加工的认知路径。这表明面孔身份和面孔表情加工存在分离， 一些研究也支持身份和表情是并列加工，而另一些研究认为两者并不是完全独立，而是存在内部 联系。综合以往研究的结果，本研究假设面孔身份和表情信息加工的关系是既存在独立性又存在 内在的联系，独立性的生理基础在于执行两种面孔信息加工的关键脑区存在不同，而具有内在联 系的生理基础在于这两种加工有共同的脑区参与。因此深入研究面孔身份和表情加工的相互关系 以解决面孔身份和表情加工关系的争论既具有非常迫切的现实意义也具有重要的理论意义。 另外，已有研究对面孔身份和表情加工与注意关系的考察还很不够，且主要采用视觉搜索任 务从注意的空间纬度上考察对面孔身份和表情加工的影响，而从注意的时间纬度上考察对面孔身 份和表情加工的影响的研究非常少见。快速序列视觉呈现范式( r a p i ds e r i a l v i s u a lp r e s e n t a t i o n ， r s v p ) 能够考察注意时间维度上的特点，将该范式应用到面孔加工的研究中，有助于进一步揭示 面孔加工与注意的关系。 本文使用高密度的e r p 技术并结合偶极子源分析，从横向与纵向两个方面来研究面孔加工的 神经机制。在研究中我们采用了相减技术来消除快速呈现视觉刺激产生的e r p 成分重叠效应，主 西南大学博士学位论文 要分析由t 2 诱发的e r p 成分。研究一揭示面孔表情加工的神经机制，试图通过高兴、恐惧和中 性面孔表情在r s v p 任务中的e r p 效应和偶极子源定位技术来初步推论出面孔表情加工的神经模 型。研究二揭示面孔身份加工的神经机制，该研究又包含两个纵向实验，实验一中比较了面孔与 非面孔在r s v p 中的e r p 效应，而实验二进一步比较了正立和倒置面孔在r s v p 中的e r p 效应。 研究三是对研究一和研究二的纵向深入，通过把g a r n e r 干扰范式的逻辑思想植入r s v p 范式中来 进一步揭示厩孔表情和面孔身份加工的关系。研究结果发现： 感知觉阶段和认知评价阶段的e r p 成分均受到了面孔情绪效价的调节，早期的前部n 1 和后 部p 1 反映了对恐惧表情加工的偏向，、恐惧表情比高兴和中性表情诱发了更大的波幅。v p p 和短 间隔条件下诱发的n 1 7 0 波幅能够区分情绪表情面孔与非情绪表情面孑l ，短间隔下的n 3 和p 3 波 幅能够把恐惧、高兴和中性表情都清楚地区分。偶极子源定位的结果表明了，恐惧表情诱发出更 大n l 的发生源是前额叶( p r e f r o n t a lc o r t e x ) ， 恐惧表情诱发出更大p l 的发生源是海马旁回 ( p a r a h i p p o c a m p a lc o r t e x ) 和枕下回( i n f e r i o ro c c i p i t a lc o r t e x ) ，高兴表情诱发出更大v p p 和n 1 7 0 的发生源是右侧梭状回( f i g h tf u s i f o r mg y m s ) ，高兴和恐惧表情诱发出更大n 3 和p 3 的发生源分 别是颞上皮层区域( s u p e r i o rt e m p o r a lc o r t e x ) 和扣带前回( a n t e r i o rc i n g u l a t ec o r t e x ) 。 面孔比房屋诱发了更大的p 1 、v p p 和p 3 成分和更短的n 1 潜伏期，面孔在n 1 7 0 成分上表现 出了比房屋更少受到注意的影响。面孔与房屋差异波的偶极子源定位结果表明了，面孔诱发出更 大p l 的发生源位于枕下回附近，面孔诱发出更大v p p 的发生源位于右侧梭状回，而扣带前回是 面孔诱发出更大p 3 的发生源。正立与倒置面孔都出现了注意瞬脱效应，倒置面孔比正立面孔有更 低的正确率。p 1 、v p p 和n 1 7 0 成分表现出了面孔倒置效应，正立面孔比倒置面孔在左侧项枕部 诱发了更大的p l 波幅，而倒置面孔比正立面孔诱发了更大的v p p 和n 1 7 0 波幅和更长的潜伏期， 并且n 1 7 0 表现出了右半球优势。倒置和正立面孔差异波的偶极子源定位表明了，枕下回是正立 面孔诱发出更大p l 的发生源，而右侧梭状回是倒置面孔诱发出更大v p p 和n 1 7 0 的发生源。 情绪任务比身份任务诱发了更大的v p p 波幅，并且v p p 波幅表现出了表情信息对身份信息 加工的干扰。n 1 7 0 存在右半球优势，右半球诱发了更大的波幅和更短的潜伏期。情绪任务减身份 任务差异波的偶极子源定位表明，情绪任务诱发出更大v p p 的发生源位于双侧梭状回，情绪任务 诱发出更大n 3 的发生源位于颞上皮层。 在表情加工中n 1 要受由间隔决定的注意资源影响，而身份加工中n 1 不受注意资源的影响。 p 1 成分较少地受到注意资源的影响，而v p p 、n 1 7 0 、n 3 和p 3 成分都要受注意资源的影响，注 意资源相对充足的条件下诱发了更大的波幅。p 3 成分的波幅不仅是注意资源的指标，也是任务难 度的指标，难度越大，波幅越小。 本文提出了面孔表情加工的三阶段模型，第一阶段主要是对恐惧表情的自动加工，而第二阶 i i 摘要 段主要是把情绪面孔和非情绪面孔( 中性面孔) 相区别，第三阶段是对情绪效价的深入加工阶段， 能够区别不同的情绪表情。这三个阶段受注意影响的程度是不同的。第一阶段的加工受到注意资 源的影响较少，而第二和第三阶段更多地受到注意资源的影响。 在此基础上本文进一步提出了面孔加工的神经系统模型。本模型认为面孔表情和身份信息加 工既具有独立性又存在内在的联系，这种内在联系产生的原因在于梭状回是面孔身份和表情加工 关键阶段所共享的大脑区域。该模型很好地解释了目前研究的结果，由于面孔身份加工必须经过 梭状回，而面孔表情的加工可以不经过梭状回，所以面孔表情和身份加工存在相对的独立性，因 此面孔失认症患者在面孔表情信息的加工中受到的影响并不大，而杏仁核和颞上皮层( 特别是杏 仁核) 在表情信息加工中有着非常重要的作用，因此这两个区域受损病人的表情加工受到了伤害 而面孔身份信息加工即面孔识 t l i 力能够较好的保存。但是面孔身份和表情加工也存在都经过梭 状回的加工路径，因此两者在某些条件下会表现出内在联系和相互作用。 关键词： 面孑l 表情面孑l 身份快速序列视党呈现注意瞬脱事件相关电位 i i i 西南大学博士学位论文 t h en e u r a lm e c h a n i s m o f f a c i a lp r o c e s s i n gi nr a p i ds e r i a l v i s u a lp r e s e n t a t i o n m a j o r ：b a s i cp s y c h o l o g y t u t o r ：l u oy u e ji ap r o f d o c t o rc a n d i d a t e ：l u o 阢n b o a b s t r a c t f a c ei sv e r yi m p o r t a n ti ns o c i a le x c h a n g e sa n db i o l o g i c a le v o l u t i o n i th a sb e e ns t u d i e ds i n c e d a r w i n r e c e n t l yi t h a s i n c r e a s i n g l ya t t r a c t s t h e a t t e n t i o no fm a n yp s y c h o l o g i s t sa n dc o g n i t i v e n e u r o s c i e n t i s t s f a c ec a ne x p r o s ss o m ei n f o r m a t i o ns u c ha ss e x , a g e ，c h a r m ，e x p r e s s i o n ，i d e n t i t y , r a c e , a m o n g w h i c he x p r e s s i o na n di d e n t i t yi n f o r m a t i o nw e r et h ef o c u s e so f m o s ts c i e n t i s t s m a n ys t u d i e sf r o m b e h a v i o r , n e u r o p s y c h o l o g y , n e u r o p h y s i o l o g y , a n db r a i ni m a g i n gh a v ei n d i c a t e d s o m ei m p o r t a n t c h a r a c t e r i s t i c sa b o u tf a c i a le x p r e s s i o na n di d e n t i t yp r o c e s s i n g b u tt h e r ea r ec o n f l i c t i n ge v i d e n c e sa b o u t t h er e l a t i o n s h i pb e t w e e ni d e n t i t ya n de x p r e s s i o n a c c o r d i n gt oo r t h o d o xf a c e - r e c o g n i t i o nm o d e l s , t h e p r o c e s s i n go fi n f o r m a t i o nr e g a r d i n gt h ei d e n t i t yo ff a c e st a k e sp l a c ew i t h i nad e d i c a t e dc o g n i t i v er o u t e t h a ti si n d e p e n d e n to ft h ec o g n i t i v er o u t ew h i c hp r o c e s s e so t h e rt y p e so ff a c e - r e l a t e di n f o r m a t i o n i ti s s u g g e s t e dt h a tt h e r ei sap a r a l l e lp a t h w a yb e t w e e ni d e n t i t yp r o c e s s i n ga n de x p r e s s i o np r o c e s s i n g ，a n d s o m es t u d i e sa l s os u p p o r ti t ；w h e r e a so t h e rs t u d i e sh a v ef o u n ds u p p o r tf o rt h en o t i o nt h a tt h e r ea r et w o s e p a r a t es y s t e m sf o rt h ep r o c e s s i n go fi d e n t i t ya n dt h a to fe x p r e s s i o nw h i c ha len o tc o m p l e t e l y i n d e p e n d e n tb u ta r er a t h e ri n t e r c o n n e c t e d c o l l i g a t i n gt h er e s u h so fp r e v i o u ss t u d i e s ，t h ep r e s e n ts t u d y h y p o t h e s i z e dt h a tt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e np r o c e s s i n go fi d e n t i t ya n dp r o c e s s i n go fe x p r e s s i o ni sn o t c o m p l e t e l yi n d e p e n d e n ta n di si n t e r c o n n e c t e d t h e ya r ei n d e p e n d e n tb e c a u s et h e r ea r ed i f f e r e n tb r a i l l a r e a si np r o c e s s i n gi d e n t i t ya n de x p r e s s i o ni n f o r m a t i o n ，w h i l et h e ya r ei n t e r c o n n e c t e db e c a u s et h e r ei sa s a m eb r a i na r e ai np r o c e s s i n gt h e s et w ok i n d so fi n f o r m a t i o n s oa tp r e s e n ti ti so fb o t hp r a c t i c a la n d a c a d e m i cs i g n i f i c a n c et of u r t h e ri n v e s t i g a t et h er e l a t i o n s h i pb e t w e e ni d e n t i t ya n de x p r e s s i o ni no r d e rt o s o l v et h ec o n t r o v e r s ya b o u tt h i sr e l a t i o n s h i p m o r e o v e r , o n l yal i m i t e dn u m b e ro fp r e v i o u ss t u d i e sh a v et o u c h e do nt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nt h e p r o c e s s i n go ff a c i a la n da t t e n t i o n ；a n dt h e s es t u d i e so n l yu s ev i s u a ls e a r c ht a s kt oe x a m i n et h ee f f e c to f i v a b s t r a c t p r o c e s s i n gi d e n t i t ya n de x p r e s s i o nf r o mt h ea n g l eo fs p a c e b a s e da t t e n t i o ni n s t e a do ft i m e - b a s e d a t t e n t i o n r a p i ds e r i a lv i s u a lp r e s e n t a t i o np a r a d i g mc a l le x a m i n et h ec h a r a c t e ro fa t t e n t i o nf r o mt i m e d i m e n s i o n , a n du s i n gt h i sp a r a d i g mi nt h er e s e a r c ho ff a c i a lp r o c e s s i n gw i l lh e l pu sf u r t h e ru n d e r s t a n d t h er e l a t i o n s h i pf a c i a lp r o c e s s i n ga n da t t e n t i o n a p p l y i n gh i g hd e n s i t ye r pt e c h n i q u ea n dd i p o l es o u r c ea n a l y s i s ，w es t u d i e dt h en e u r a lm e c h a n i s m o ff a c i a lp r o c e s s i n g i nt h i ss t u d y , w eu s et h es u b t r a c t i o nt e c h n i q u et oe l i m i n a t et h eo v e r l a p p e de r p c o m p o n e n tc a u s e db yr a p i d - p r e s e n t e dt h e v i s u a ls i t i m u l i w em a i n l ya n a l y z e dt h ee r pc o m p o n e n t e l i c i t e db yt 2 t h ef i r s ts t u d yi n d i c a t e dt h en e u r a lm e c h a n i s mo ff a c i a le x p r e s s i o np r o c e s s i n g w eb a s e d o nt h ee r pe f f e c tt h a th a p p y , f e a r f u l ，a n dn e u t r a lf a c i a le x p r e s s i o n si nt h er s v 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gi nt h ef i r s ts t a g er e m a i n s r e l a t i v e l yi n d e p e n d e n t i nl i g h to f t h ep r e s e n tr e s u l t s , w ep r o p o s en e u r a lm o d e li n v o l v i n gf a c ep r o c e s s i n g i nt h i sm o d e l ，t h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e np r o c e s s i n go fi d e n t i t ya n dp r o c e s s i n go fe x p r e s s i o ni sn o tc o m p l e t e l yi n d e p e n d e n t b u ti si n t e r c o n n e c t e d t h e ya r ei n t e r c o n n e c t e db e c a u s ef u s i f o r mg y r u si st h es a m eb r a i na r e ai n p r o c e s s i n go fi d e n t i t ya n dp r o c e s s i n g t h i sm o d e lc a ne x p l a i nt h er e s u l to fp r e v i o u ss t u d i e s w e l l b e c a u s et h ep r o c e s s i n go fi d e n t i t ym u s tb et h r o u g hf u s i f o r mg y r u s ，w h i l ep r o c e s s i n go fe x p r e s s i o nm a y n o t , t h e r ei sr e l a t i v ei n d e p e n d e n c ef o rp r o c e s s i n go fe x p r e s s i o na n dp r o c e s s i n go fi d e n t i t y , t h u st h e v i a b s t r a c t p r o s o p a g n o s i ac a ns t i l lr e c o g n i z ef a c i a le x p r e s s i o no fe m o t i o n ；h o w e v e r , a m y g d a l ea n ds u p e r i o r t e m p o r a lc o d e x ( e s p e c i a l l yf o r t h ea m y g d a l e ) a r ev e r yi m p o r t a n ti np r o c e s s i n go fe x p r e s s i o n ，s ot h e p a t i e n t sw i t hd a m a g e si nt h e s ea r e a sw i l lh a v ed e f i c i t si nt h ep r o c e s s i n go fe x p r e s s i o nw h i l et h ea b i l i t y o fr e c o g n i t i o ni sn o ti m p a i r e d h o w e v e r , t h ep r o c e s s i n go fi d e n t i t ya n dp r o c e s s i n go fe x p r e s s i o nw i l l a l s oi n v o l v ef u s i f o r mg y r u s ，t h e s ep r o c e s s i n gw i l ls h o wi n t e r c o n n e c t i o na n di n t e r a c t i o ni ns o m e c o n d i t i o n s 。 k e yw o r d s ：f a c i a le x p r e s s i o n ，f a c i a li d e n t i t y , r a p i ds e r i a lv i s u a lp r e s e n t a t i o n ，a t t e n t i o n a l b li n k ，e v e n t r e l a t e dp o t e n t i a l s i 西南大学博：匕学位论文 英文缩写英文全名 a n o v a a n a l y s i so fv a r i a n c e e e g e r p ( s ) f f a f m r i f r u s h e o g i s i l p c p c a p e t r o i r s v p r v s o a v e o g v p p v s t m 英文缩写词表 中文全名 方差分析 e l e c t r o e n c e p h a l o g r a m 脑电图 e v e n t r e l a t e dp o t e n t i a l ( s ) 如s i f o r mf a c ea r e a 事件相关电位 梭状回面孔区 f u n c t i o nm a g n e t i cr e s o n a n c ei m a g i n g 功能磁共振成像 f a c e r e c o g n i t i o nu n i t s h o r i z o n t a le l e c t r o o c u l o g r a p h y i n t e r s t i m u l u si n t e r v a l l a t ep o s i t i v ec o m p o n e n t p r i n c i p a lc o m p o n e n ta n a l y s i s p o s i t r o ne m i s s i o nc o m p u t e r i z e dt o m o g r a p h y r e g i o no fi n t e r e s t r a p i ds e r i a lv i s u a lp r e s e n t a t i o n r e s i d u a lv a r i a n c e s t i m u l u so n s e t