ERP系统中表情识别的研究

面孔是人类表达、认知情感的重要工具和途径，正确的表达和识别面部表情是人类生存的一项重要的技能。所以人们运用各种手段研究面孔、情绪、大脑及其与其他认知方面的关系，其中事件相关脑电位（ERP）技术就是最近比较流行的一种研究方法。

事件相关脑电位（ERP）直接反映了神经的电活动，具有实时性和无创性的特点，它将刺激事件、心理反应和脑电活动有机地联系起来。它处理的不是自发放电信号，而是脑对特定刺激的特殊反映信号，它与对自发电位研究相比，更多地依赖于对脑内部功能的了解。加之它是与某个确定性的外部事件紧密联系的，因此为提取更多的有价值信息创造了一种特殊的有利条件。ERP技术可以对不同的视觉刺激进行分类，从而分离不同的情绪状态；在ERP测试中，也不一定需要被试对象做出反应，可以用来测量人们不希望表露出的情感态度。ERP在脑电波与心理因素之间架起了一座桥梁，被誉为“观察脑的高级功能的窗口”。这些特点使ERP在人脸和表情的研究中具有独特的地位和重要的意义。

最近的脑化学研究和电生理研究结果，揭示了脑中枢特别是皮下层部位与情绪的联系。在皮层下、边缘系统和下丘脑埋藏电极的实验中，发现了一些部位与积极的或消极的情绪相联系。著名的奥尔兹和米纳尔用动物按压杠杆的实验已经证明，边缘系统是产生情绪体验的中心。情绪生理学的大量工作已经一般地确定：

1）大脑皮层对情绪起调节、抑制作用；

2）边缘系统参与情绪体验的产生；

3）中枢各部位的功能既是定位的，又兼受皮层的整合；

4）外周变化（如肌体、内脏活动的变化）反映与生命过程密切相关的一般唤醒，尚无确定的情绪的特定外周反映模式；

5）内分泌系统与自主神经系统和中枢神经系统之间的联系直接参与情绪活动。

当前，研究者们已形成共识，就是情绪既与外周神经活动相关，也与中枢活动相关，而后者正是ERP研究关注的领域，即通过脑电测量来收集有关情绪的电生理证据。ERP测量的一般程序是这样的：多次呈现情绪刺激，同时记录脑电信号，叠加并平均这些信号，以消除自发电位的影响，由此得到事件相关脑电位，分析情绪刺激与ERP电位之间的关系，从而得到有价值的发现。部分研究直接针对情绪本身，试图通过对不同情绪状况下的脑电波的观察，揭示情绪活动的神经机制。情绪ERP试验是将一些正常人分成不同的组，给不同组的被试对象呈现不同类别的情绪刺激材料，比较ERP的异同，从而得出结论。刺激材料一般从视觉或/和听觉通道呈现。在视觉材料中，情绪性面孔是最为常用的刺激形式。从情绪的类别观点来看，人有喜悦、惊讶、悲伤、愤怒、厌恶及恐惧这六种基本情绪。每种基本情绪的面孔又可以按相等的物理间距分为若干亚型，这些亚型组成的连续体在分类上同属于一种表情。有人已经成功地编制出了标准情绪面孔系列。除了面孔照片，也有研究者使用简单的面部表情简笔画作为刺激材料，并得到与照片实验类似的实验结果。从维度观点来看，至少应该从效价（Valence）和唤醒度（Arousal）这两个维度来考察情绪问题。于是，Lang等编制出了一套国际情绪图片系统（International Affective Picture System，IAPS），该系统已从效价和唤醒度等方面进行标准化，图片内容包括正性的如获胜、娱乐、运动、旅游等场景，负性的如事故、自然灾害、垃圾、鬼怪等内容，以及日常用品等较为中性的画面。此外，情绪性词汇也是常用的实验材料，可以通过视觉通道呈现。(www.xing528.com)

尽管目前已有众多关于情绪的ERP研究，但目前仍未肯定情绪的特异性成分。研究者们只得到一些与情绪相关的ERP成分，根据不同实验目的和实验设计得出不同解释。表2-1所列是来自部分研究的一些例子。

表2-1 情绪的ERP成分

注：VPP—Vertex Parietal Positivity，顶正电压；LPC—Late Positive Component，晚期正成分；EML—Extrication of Mental Load，心理负荷解脱波；ERN—Error-Related Negativity，错误相关负波；MFN—Medial Frontal Negativity，中前皮质否定性或内侧额叶负波。

对ERP和脑磁图（MEG）的研究指出，面孔的结构编码出现在170ms左右。对情绪的分析和对面部结构的编码是两个平行的过程，面孔特异性N170成分不受面部表情的影响。Streit等用模糊面孔和清晰面孔作为刺激物，除了产生面孔特异成分N170和与最基本的视觉认知相对应的P120，他们还发现当任务中存在需要解码的情绪时，面孔在240ms左右产生较高的波幅，这也许反映了一个对面部表情进行解码的特殊的大脑加工过程。然而，Ros-sion等在实验中得到了不同的结果，他们给被试对象呈现正常放置和倒置的视觉刺激，包括人类面孔和新奇物体（Greeble），有趣的是N170成分在所有的刺激组中被找到，但是只有倒置的面孔延迟并加强N170（双侧的）。由于在新奇物体刺激中也发现N170，因此他们认为N170不仅仅是面孔的特异成分。

ERP实验中多次使被试对象受到某种情感刺激，分析对象发出的脑电信号，从而确定不同情感刺激对应的ERP成分，例如情绪刺激会诱发P300（P3）成分，且不一样的情绪诱发P300（P3）的波幅大小不同，当被试对象看到愉快的面孔P300（P3）的波幅最小。当呈现一系列面孔图片时，愉快的面孔引起的P300波幅最小，愤怒、悲伤及无表情的面孔图片引起的波幅相对较大，P300的区域显示出与波幅相似的变化，但P300潜伏期的变化与前两项有所不同，悲伤的画面使P300的潜伏期最长。

一般实验都用静止的图像作为刺激物，但是面部表情是高度活动的信号，为了解静态和动态的面部表情是否存在不同的神经解码过程，Kilts将情绪信息编码在一个面部活动过程中作为刺激物，对比健康人在面对愤怒、高兴的静态和动态面部表情时的大脑活性。

面部表情与真实的情绪之间是否存在必然的联系，人们是否真正能通过表情正确识别出其他人的情绪也是值得探讨的问题。人们往往由于社会环境的影响，表情与情绪并不统一。人们通过对一系列表情与心理的对应分析指出，在面部表情的研究中，应加入环境因素的影响。在面部表情识别上也有两个对立的观点，有人认为表情是有严格界限的，也有人则认为面部表情认知是更加阶段性的，而且表情被认为是连续的。