诱发情绪产生的面部肌电活动不对称性效应

诱发情绪产生的面部肌电活动不对称性效应∗周仁来1，2，胡森歧31 北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室，北京，1008752 东南大学学习科学研究中心，南京，2100963 美国洪堡州立大学，美国摘 要：研究者记录了在诱发37名被试产生愉快和悲伤表情时，面部皱眉肌和颊骨肌肉区的肌电活动（EMG）。

在37名被试中，22名是女大学生，15名是男大学生。

被试的年龄范围是18-28岁（M=20.5,SD=2.3）。

37名被试都是右利手。

分析结果表明，在让被试产生愉快表情时，EMG强度平均值最高的是面部左侧的颊骨肌肉区，其次是面部右侧的颊骨肌肉区，以及面部左侧的皱眉肌肉区以及面部右侧的皱眉肌肉区；而在让被试产生悲伤表情时，EMG 强度平均值最高的是面部左侧的皱眉肌肉区，其次是面部右侧的皱眉肌肉区，以及面部左侧的颊骨肌肉区，面部右侧的颊骨肌肉区。

进一步的统计分析表明：在被试产生愉快表情的情况下，左面部颊骨肌的EMG强度显著高于右面部同一范围EMG的强度；在被试产生悲伤表情的情况下，左面部皱眉肌的EMG的强度也显著的高于右面部同一范围EMG的强度。

结果表明，无论是在愉快还是悲伤表情的情况下，左面部肌电活动的强度都显著高于右面部肌电活动的强度。

关键词：肌电图（EMG）；面部表情；非对称性；情绪1. 引言表情活动不对称性是指面孔一侧面部表情的强度要比另一侧面孔表情的强度要大的现象[1][2]；使用面部肌电记录技术的各种研究已经证实了在情绪表现中存在表情活动不对称性的现象[3][4][5]。

研究者们把情绪表现中表情活动不对称性的原因归因于人的大脑两半球在支配情绪加工中的不对称性[6][7]。

现在，研究者们提出了两个重要的假说来解释表情活动不对称性的神经生理机制：右半球优势假说[2][8])和效价假说[9]。

右半球优势假说认为，人的大脑的右半球同左半球相比，主要由右半球来支配情绪表达的过程。

既然右半球通过直达面部肌肉的神经分布来支配左面部，那么右半球优势假说预测，面孔左侧的面部表情活动更强烈一些[2][10]。

效价假说认为，两半球情绪加工的不对称性取决于情绪的效价（性质），右半球在否定情绪的加工中占主导地位，左半球在积极情绪的加工中站主导地位[9]。

对健康正常被试进行的表情活动不对称性现象的大量研究支持了右半球优势假说。

这些研究发现，无论是诱发被试产生某种表情还是被试自发的情绪表达中，左侧面部的肌肉活动强度更大，更集中[1][11]。

近来使用面部肌电活动记录技术的大量研究为右半球优势假说提供了生理上的证据。

在其中的一项研究中，Dimberg and Peterson (2000)发现：当被试看表现快乐的面孔刺激图片时，被试面孔左侧颊骨肌肉区产生的EMG的强度显著的高于右侧颊骨肌肉区产生的EMG；当被试看表现生气的面孔刺激图片时，被试面孔左侧皱眉肌肉区产生的EMG的强度显著的高于右侧皱眉肌肉区产生的EMG。

在Reminger, Kaszniak, and Dalby (2000)做的另一项研究中发现：无论参加实验是青年人还是老年人，看表现消极情绪刺激时，引起皱眉肌肉区的更大的活动，而看表现积极情绪刺激时，引起颊骨肌肉的更大的活动。

同时在呈现刺激的整个过程中，面部左侧记录的EMG始终都强于面部右侧记录的EMG。

我们最近的研究也发现，当被试在看不愉快的照片时，面部左侧皱眉肌肉区记录的EMG显著的强于右侧皱眉肌肉区记录的EMG[5]。

∗该研究得到北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室“985”项目经费资助。

Davidson (1988, 1992, 2000)提出效价假说来对情绪表达中表情活动不对称性进行解释。

他认为，人的大脑左半球对积极、接近性的情绪进行调节，而右半球对消极、退缩性的情绪进行调节。

他提出存在着两种分离的神经环路参与到对积极和消极情绪的情绪反应中。

他认为，积极情绪刺激引发接近性行为，而且更多的依赖于左半球对它的加工；而消极情绪刺激引发退缩性行为，更多依赖于右半球对它的加工。

所以，大脑半球在产生和知觉情绪刺激上所表现出的不对称性依赖于情绪的效价（性质）：右半球控制消极情绪的产生和主要知觉消极情绪刺激；而左半球控制积极情绪的产生和主要知觉积极情绪刺激。

同样，这种效价学说也获得了实验数据的支持。

例如：Schwartz, et al. (1979)发现，当被试产生积极情绪状态的面部表情时，面孔右侧的颊骨肌肉区的EMG活动强度显著的高于面孔左侧颊骨肌肉区的EMG活动的强度；而当被试产生消极情绪状态的面部表情时，左侧面孔的皱眉肌肉区的EMG活动的强度显著的高于面孔右侧皱眉肌肉区的EMG的活动强度。

解剖学的研究表明，面孔下部的肌肉（指从眼睑下部到面孔底部）都是严格的受对侧大脑半球神经的控制的[12][13]，而面孔上部的肌肉（指从眼睑上部到额头部分）主要是由对侧大脑神经来控制的，虽然它也受到同侧大脑神经的调节[14]。

研究者们认为，有意识引发的情绪表情是受对侧脑神经的控制的[2][10]。

根据右半球优势假说，诱发情绪可能在左侧面部引发的面部表情活动程度更大。

本研究的目的是进一步探讨在诱发被试产生快乐和悲伤表情的情况下，颊骨肌肉区和皱眉肌肉区EMG活动的不对称性。

由于以前使用行为评价法进行的大量研究都证实了面部情绪活动不对称性这一现象，我们假设，研究中记录的EMG也反映出面部表情活动的不对称性。

那么该研究的实验结果或者支持右半球优势假说，或者支持效价假说。

2. 方法2.1 被试：洪堡州立大学37名本科生参加了该实验。

这37名被试是从主修不同的心理学课程中选出的，并且获得额外的学分作为报酬。

37名被试中，22名被试是男大学生，15名是女大学生。

他们的年龄范围是18-28岁（M=20.5,SD=2.3）。

所有的被试都是右利手。

该实验的程序得到了美国洪堡州立大学的人类被试保护委员会的同意，而且获得了每个被试的书面同意。

2.2 材料和实验程序：实验是在心理系实验室一个单独的房间进行的。

37名被试每次实验进行一名被试，被试坐在有靠头的椅子上 。

在被试面孔左侧和右侧的皱眉肌肉区分别放置两个6毫米的用氯化银合金制作的盘式接触性电极记录EMG（面部肌电）活动。

皱眉肌肉区处于两个眉毛向里面的末端，接近鼻子最上面的那个区域。

这一肌肉区从两个眼眉边缘的最里面开始，深入到皮肤表层的里面，这一地方是与眼窝弧的中部相对应的。

皱眉肌肉区可以让两侧的眉毛靠拢，从而在两个眉毛中间产生一条垂直的犁沟[15]。

与之相似，在被试面孔左右两侧的颊骨肌肉区也分别放置两个同样的电极来记录这一肌肉区的EMG（面部肌电）活动。

颊骨肌肉区是从臼齿骨开始到嘴角这一范围。

颊骨肌肉的收缩会引起两侧嘴角的上下运动[15]。

在被试面孔放置的成对电极是与肌肉纤维平行的，两个电极之间的距离是6毫米。

在被试的左耳后面的乳般突起处放置一个接地电极。

记录部位用外用酒精和轻性皮肤研磨剂搽试。

每个被试的这四个电极与四个肌动电流放大器相连接(EMG100B, Biopac Systems, Inc., Santa Barbara, CA, USA)，它的频率传输频带是10-50Hz。

然后，来自放大器的EMG信号通过16bit的模/数转换器以2048Hz的取样速率进行数字化(UIM100, Biopac Systems, Inc., Santa Barbara, CA, USA)。

同时在IBM奔腾兼容机上进行数据的收集和加工(MP100 Data Acquisition System, Biopac Systems, Inc., Santa Barbara, CA, USA)。

在实验过程中，观察室里的主试和记录室里的被试之间的交流是通过内部通讯系统来进行的。

每个被试都要参与两种实验条件：看起来愉快的和看起来悲伤的。

在看起来愉快的条件中，记录32秒的EMG作为基线时间，此时要求被试静止的坐在屏蔽了声音和外界电磁信号的房间的椅子上。

32秒的基线记录时间之后再过两分钟，主试会给被试一个口头命令“作出愉快的样子”，要求被试产生相应的快乐的面部表情32秒钟，并记录被试这32秒钟的EMG 活动。

结束后，主试进入观察室，让被试在100毫米长的水平视觉对应情感量表上做简单的标记。

主试用这个100毫米的水平线来间接反映被试在产生表情的32毫秒的时间里，对某种特定情绪的感觉程度。

该愉快量表的量程是从0-100。

其中100位于量表的最右端，表示被试的愉悦程度最强，而0位于量表的最左端，表示被试的愉悦度最底。

被试休息五分钟之后开始进行看起来悲伤条件的实验。

这个实验的程序和看起来愉快条件下的流程是一样的。

被试们产生快乐和悲伤面部表情的顺序用ABBA的设计来加以平衡。

其中一半的被试先做看起来愉快条件下的实验，然后再做看起来悲伤条件下的实验；另一半的被试是先做看起来愉快条件下的实验，然后在做看起来悲伤条件下的实验。

2.3 数据分析在视觉对应量表上，用量表最左端到被试所做记号的毫米距离的长度来测量被试的愉悦度。

相应的，计算出两种实验条件下愉悦度等级平均值和标准差。

EMG信号是采用Fast Fourier Transform (FFT)的光谱分析技术来分析的。

最初以2048Hz 的取样率来记录分别记录每个被试在32秒基线和产生情绪情况下EMG信号，这些信号可以描绘成时间序列。

记过FTT的分析以后，时间序列就转换成了范围在1-1024Hz的频率序列。

然后对数值进行平方来获得相应的光谱量，如对频率序列的每一个单位是以µV2 来测量它的光谱密度的。

对于每一个时间序列来说，研究者得到一个量值，这个量值代表着20-500Hz范围的光谱值。

因为在得到光谱量值的过程中对数值进行了平方，所以这些值就会在被试间产生很大的变异。

研究者推测取20到500赫兹范围的EMG频率的光谱值能够减少统计上的变异。

3. 结果在看起来愉快条件下，被试愉悦度（pleasantness）的平均等级是69.5mm(SD = 13.7)，而在看起来悲伤条件下，被试们的愉悦度的平均等级是42.2 mm (SD = 10.9)。

然后对这两组数据进行了配对样本的t检验，以便比较两种条件下的差异是否具有统计上的显著性。

统计分析的结果表明，看起来愉快条件下，被试愉悦度的平均等级要显著的高于被试在看起来悲伤条件下愉悦度的平均等级(t= 9.13, df = 36, p < .0001)。

表1给出了37名被试在看起来愉快和看起来悲伤条件下，在面孔两侧的皱眉肌肉区和颊骨肌肉区记录的EMG光谱强度比（EMG spectral power）的平均值和标准差。

而每个被试的EMG光谱强度比是通过把产生情绪时的EMG和基线情况下的EMG相除而得到的。