JoVE Journal > Behavior
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
行为学

Representações conscientes e não-conscientes de Faces emocionais na síndrome de Asperger

Published: July 31, 2016
doi:
10.3791/53962
, , , , ,
1Institute of Statistical Science,Academia Sinica, 2Max Planck Institute for Human Cognitive and Brain Sciences, 3Department of Psychology,Fo Guang University, 4Department of Electrical Engineering,Fu Jen Catholic University, 5State Research Institute of Physiology and Basic Medicine, 6Novosibirsk State University, 7Imaging Research Center,Taipei Medical University

Summary

Um protocolo experimental EEG é projetado para esclarecer a interação entre representações conscientes e não-conscientes das caras emocionais em pacientes com síndrome de Asperger. A técnica sugere que os pacientes com síndrome de Asperger têm déficits em representação não-consciente de faces emocionais, mas tem desempenho comparável em representação consciente com controles saudáveis.

Abstract

Vários estudos de neuroimagem sugerem que as frequências espaciais baixas em um cara emocional ativa principalmente a amígdala, pulvinar e colículo superior especialmente com rostos temerosos 1-3. Estas regiões constituem a estrutura límbico na percepção não-consciente de emoções e modular a atividade cortical direta ou indiretamente 2. Em contraste, a representação consciente das emoções é mais pronunciada no cingulado anterior, córtex pré-frontal e do córtex somatossensorial para dirigir a atenção voluntária aos detalhes nos rostos 3,4. A síndrome de Asperger (AS) 5,6 representa um distúrbio mental atípica que afeta habilidades sensoriais, afetivas e comunicativas, sem interferir com as competências linguísticas normais e capacidade intelectual. Vários estudos descobriram que os déficits funcionais no circuito neural importantes para o reconhecimento de emoções faciais pode explicar em parte a falha de comunicação socialpacientes com AS 7-9. A fim de esclarecer a interação entre representações conscientes e não-conscientes das caras emocionais na AS, um protocolo experimental EEG é projetado com duas tarefas que envolvem a avaliação emocionalidade de qualquer fotografia ou rostos de desenho de linha. Um estudo piloto é introduzido para a seleção de estímulos cara que minimizem as diferenças de tempos de reação e notas atribuídas às emoções faciais entre os pacientes pré-testados com AS e QI / controles saudáveis ​​pareados por sexo. As informações dos pacientes pré-testados foi utilizada para desenvolver o sistema de pontuação utilizado para a avaliação emocionalidade. A investigação sobre as emoções faciais e estímulos visuais contendo frequências diferentes espacial chegou a conclusões discrepantes, dependendo das características demográficas dos participantes e tarefa exige 2. O protocolo experimental visa clarificar déficits em pacientes com EA em processar rostos emocionais quando comparados com controles saudáveis, controlando para o fatoré relacionada com o reconhecimento de emoções faciais, tais como dificuldade da tarefa, IQ e sexo.

Introduction

Facial reconhecimento de emoções é um dos processos mais importantes do cérebro envolvidas na comunicação social. Uma variedade de distúrbios mentais estão relacionados com problemas com a detecção de emoções explícita faciais 4-6. Uma fotografia de um rosto contém um espectro de informações espaciais que podem ser filtrados nem para a alta frequência espacial (HSF) ou baixo teor de frequência espacial (LSF). HSF é relativa a elementos extremamente detalhadas de uma imagem, tal como as arestas de uma face, enquanto que LSF é relativa a mais grosseira ou menos partes bem definidas, tais como uma face integral com conteúdos LSF 7. Qualquer tarefa de reconhecimento de face induz simultaneamente processos conscientes e não-conscientes 8-12, ea participação do processo não-consciente ocorre no 150-250 ms pós intervalo de início ou mesmo antes 13. Em controlos saudáveis, o processo não-consciente é geralmente mais rápido do que o 14,15 processo consciente. Vários estudos de neuroimagem sugerem queo LSF em um estímulo facial (ou estímulo motivationally significativa) ativa principalmente a amígdala, pulvinar e colículo superior especialmente com rostos temerosos 3,16. Estas regiões constituem a estrutura límbico na percepção não-consciente de emoções e modular a atividade cortical direta ou indiretamente 1. Em contraste, a representação consciente das emoções é mais pronunciada no cingulado anterior, córtex pré-frontal e do córtex somatossensorial para dirigir a atenção voluntária aos detalhes na cara 9,17,18.

A síndrome de Asperger (AS) 19,20 representa um distúrbio mental atípica que afeta habilidades sensoriais, afetivas e comunicativas, sem interferir com as competências linguísticas normais e capacidade intelectual. Vários estudos descobriram que os déficits funcionais no circuito neural importantes para o reconhecimento de emoções faciais pode explicar em parte a falha de comunicação social na AS 21-25.Distúrbios comportamentais observadas em crianças com AS podem ser diagnosticados nos primeiros três anos de vida de 26 anos, período durante o qual o seu controle voluntário (ou consciente) sobre comportamentos não está totalmente desenvolvido 27. Em adultos com AS, os distúrbios comportamentais podem ser compensadas através da regulação de atenção 28. Dificuldade em detalhes de processamento dentro de uma determinada faixa de frequência espacial pode indicar uma interrupção em diferentes estágios de processamento de informações. Até agora, nenhum estudo abordou directamente potenciais evocados e atividade oscilatório em pacientes com EA durante o reconhecimento emoção facial envolvendo estímulos de face em intervalos específicos de frequências espaciais. É importante analisar a trajetória funcional em pacientes com AS, quando comparados com controles saudáveis ​​durante o processamento de estímulos faciais com diferentes teores de frequência espacial por meio do controle de demandas da tarefa e os efeitos demográficos como sexo e QI.

De modo a clarificar as interjogar entre as representações conscientes e não-conscientes das caras emocionais, um protocolo experimental EEG é projetado para comparar cerebral potenciais evocados e atividade oscilatório entre pacientes com EA e QI / controles saudáveis ​​pareados por sexo. Um grupo de participantes do piloto foi recrutado antes do experimento EEG para assistência com a seleção dos estímulos experimentais e desenvolvimento de um sistema de pontuação, a fim de facilitar a avaliação do desempenho em pacientes com EA. O protocolo consiste em duas tarefas que envolvem a avaliação emocionalidade de qualquer fotografia ou rostos de desenho de linha. As diferenças entre os dois grupos pode ser avaliada por computação ERPs e perturbações do espectro relacionados a eventos (ERSPs). Na secção seguinte, os detalhes do protocolo experimental são elaboradas, incluindo o estudo piloto e os métodos de processamento / análise de dados de EEG, seguidas pelas principais resultados da análise. Finalmente, os passos críticos no Protocolo e seu significado em relação ao existentemétodos são discutidos. A limitação ea possível extensão do protocolo a ser usado em pacientes com outros distúrbios emocionais também são apontados.

Protocol

Declaração de Ética: Procedimentos envolvendo participantes humanos foram aprovados pelo Comitê de Ética participante humanos comitê / Institutional Review Board na Academia Sinica, Taiwan. 1. Estímulos e Programa Experimental Preparação Preparar um conjunto de mais de 60 fotografias de rosto emocionais 29 categorizados em três expressões faciais (irritados, felizes e neutro). Use software de gráficos para mascarar cabelo e da orelha partes nas fotografias com fundo preto como m…

Representative Results

As pontuações médias verbal e desempenho de QI estão listadas na Tabela 1 para o controle e como grupos, juntamente com os tempos médios de reação e pontuações médias atribuídas a emocionalidade dos rostos dos dois grupos. Na tabela, nenhuma das diferenças entre os grupos alcança significância estatística excepto para as faces neutras na tarefa de desenho de linha, em que o grupo como tem um valor médio próximo de zero (P <0,001) 13.</su…

Discussion

A literatura apresenta estudos sobre o reconhecimento das emoções faciais em pacientes com autismo por meio de análise de reações EEG 44, e no reconhecimento de conteúdos de alta e baixa frequência espaciais utilizando estímulos visuais 43. Para o melhor de nosso conhecimento, no entanto, há uma falta de trabalho existente sobre a atividade oscilatório cérebro que combina reconhecimento de emoções com o conteúdo de frequências espaciais distintas. Nosso protocolo é um primeiro passo…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

This research was supported by grants MOST102-2410-H-001-044 and MOST103-2410-H-001-058-MY2 to M. Liou, and RSF-14-15-00202 to A.N. Savostyanov. The support of Russian Science Foundation (RSF) was used for elaboration of experimental paradigm of face recognition.

Materials

Synamps 2/RT 128-channel EEG/EP/ERP Neuroscan
Quik-CapEEG 128 electrodes Neuroscan
Gel Quik-Gel
FASTRAK 3D digitizer Polhemus 
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Tamietto, M., De Gelder, B. Neural bases of the non-conscious perception of emotional signals. Nat Rev Neurosci. 11, 697-709 (2010).
  2. Harms, M. B., Martin, A., Wallace, G. L. Facial Emotion Recognition in Autism Spectrum Disorders: A Review of Behavioral and Neuroimaging Studies. Neuropsychol Rev. 20, 290-322 (2010).
  3. Vuilleumier, P., Armony, J. L., Driver, J., Dolan, R. J. Distinct spatial frequency sensitivities for processing faces and emotional expressions. Nat Neurosci. 6, 624-631 (2003).
  4. Phan, K. L., Wager, T., Taylor, S. F., Liberzon, I. Functional neuroanatomy of emotion: A meta-analysis of emotion activation studies in PET and fMRI. Neuroimage. 16, 331-348 (2002).
  5. Kano, M., et al. Specific brain processing of facial expressions in people with alexithymia: an (H2O)-O-15-PET study. Brain. 126, 1474-1484 (2003).
  6. Williams, L. M., et al. Fronto-limbic and autonomic disjunctions to negative emotion distinguish schizophrenia subtypes. Psychiat Res-Neuroim. 155, 29-44 (2007).
  7. Goffaux, V., et al. From coarse to fine? Spatial and temporal dynamics of cortical face processing. Cereb Cortex. , (2010).
  8. Balconi, M., Lucchiari, C. EEG correlates (event-related desynchronization) of emotional face elaboration: A temporal analysis. Neurosci Lett. 392, 118-123 (2006).
  9. Balconi, M., Lucchiari, C. Consciousness and emotional facial expression recognition – Subliminal/Supraliminal stimulation effect on n200 and p300 ERPs. J Psychophysiol. 21, 100-108 (2007).
  10. Balconi, M., Pozzoli, U. Face-selective processing and the effect of pleasant and unpleasant emotional expressions on ERP correlates. Int J Psychophysiol. 49, 67-74 (2003).
  11. Balconi, M., Pozzoli, U. Event-related oscillations (EROs) and event-related potentials (ERPs) comparison in facial expression recognition. J Neuropsychol. 1, 283-294 (2007).
  12. Balconi, M., Pozzoli, U. Arousal effect on emotional face comprehension Frequency band changes in different time intervals. Physiol Behav. 97, 455-462 (2009).
  13. Tseng, Y. L., Yang, H. H., Savostyanov, A. N., Chien, V. S., Liou, M. Voluntary attention in Asperger’s syndrome: Brain electrical oscillation and phase-synchronization during facial emotion recognition. Res Autism Spectr Disord. 13, 32-51 (2015).
  14. Goffaux, V., Rossion, B. Faces are" spatial"–holistic face perception is supported by low spatial frequencies. J Exp Psychol Hum Percept Perform. 32, 1023 (2006).
  15. Knyazev, G. G., Bocharov, A. V., Levin, E. A., Savostyanov, A. N., Slobodskoj-Plusnin, J. Y. Anxiety and oscillatory responses to emotional facial expressions. Brain Res. 1227, 174-188 (2008).
  16. Adolphs, R. Recognizing emotion from facial expressions: psychological and neurological mechanisms. Behav Cogn Neurosci Rev. 1, 21-62 (2002).
  17. Acar, Z. A., Makeig, S. Neuroelectromagnetic Forward Head Modeling Toolbox. J Neurosci Methods. 190, 258-270 (2010).
  18. Balconi, M. Neuropsychology of facial expressions. The role of consciousness in processing emotional faces. Neuropsychol Trends. 11, 19-40 (2012).
  19. Gross, T. F. The perception of four basic emotions in human and nonhuman faces by children with autism and other developmental disabilities. J Abnorm Child Psychol. 32, 469-480 (2004).
  20. Behrmann, M., Thomas, C., Humphreys, K. Seeing it differently: visual processing in autism. Trends in cognitive sciences. 10, 258-264 (2006).
  21. Holroyd, S., Baron-Cohen, S. Brief report: How far can people with autism go in developing a theory of mind?. J Autism Dev Disord. 23, 379-385 (1993).
  22. Duverger, H., Da Fonseca, D., Bailly, D., Deruelle, C. Theory of mind in Asperger syndrome. Encephale. 33, 592-597 (2007).
  23. Wallace, S., Sebastian, C., Pellicano, E., Parr, J., Bailey, A. Face processing abilities in relatives of individuals with ASD. Autism Res. 3, 345-349 (2010).
  24. Weigelt, S., Koldewyn, K., Kanwisher, N. Face identity recognition in autism spectrum disorders: a review of behavioral studies. Neurosci Biobehav Rev. 36, 1060-1084 (2012).
  25. Wilson, C., Brock, J., Palermo, R. Attention to social stimuli and facial identity recognition skills in autism spectrum disorder. J Intellect Disabil Res. 54, 1104-1115 (2010).
  26. American_Psychiatric_Association. . The Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders: DSM 5. , (2013).
  27. Dahlgee, S., Gilberg, C. Symptoms in the First two years of Life. A Priliminary. Population Study of Infantile Autism European archives of Psychiatry and Neurology. Sciences. , (1989).
  28. Basar-Eroglu, C., Kolev, V., Ritter, B., Aksu, F., Basar, E. EEG, auditory evoked potentials and evoked rhythmicities in three-year-old children. Int J Neurosci. 75, 239-255 (1994).
  29. Ekman, P., Friesen, W. V. . Pictures of Facial Affect. , (1976).
  30. Gillberg, C. . Autism and Asperger’s Syndrome. , 122-146 (1991).
  31. Chiang, S. K., Tam, W. C., Pan, N. C., Chang, C. C., Chen, Y. C., Pyng, L. Y., Lin, C. Y. The appropriateness of Blyler’s and four subtests of the short form of the Wechsler Adult Intelligence Scale-III for chronic schizophrenia. Taiwanese J Psychiatr. 21, 26-36 (2007).
  32. Delorme, A., Makeig, S. EEGLAB: an open source toolbox for analysis of single-trial EEG dynamics including independent component analysis. J Neurosci Methods. 134, 9-21 (2004).
  33. Makeig, S., Bell, A. J., Jung, T. P., Sejnowski, T. J. Independent component analysis of electroencephalographic data. Adv Neural Inf Process Syst. 8, 145-151 (1996).
  34. Başar, E. . Brain Function and Oscillations: Volume I: Brain Oscillations. Principles and Approaches. , (2012).
  35. Tsai, A. C., et al. Recognizing syntactic errors in Chinese and English sentences: Brain electrical activity in Asperger’s syndrome. Res Autism Spectr Disord. 7, 889-905 (2013).
  36. Savostyanov, A. N., et al. EEG-correlates of trait anxiety in the stop-signal paradigm. Neurosci Lett. 449, 112-116 (2009).
  37. Ashwin, C., Baron-Cohen, S., Wheelwright, S., O’Riordan, M., Bullmore, E. T. Differential activation of the amygdala and the ‘social brain’ during fearful face-processing in Asperger Syndrome. Neuropsychologia. 45, 2-14 (2007).
  38. Kevin, K. Y., Cheung, C., Chua, S. E., McAlonan, G. M. Can Asperger syndrome be distinguished from autism? An anatomic likelihood meta-analysis of MRI studies. J Psychiatry Neurosci. 36, 412 (2011).
  39. Piggot, J., et al. Emotional attribution in high-functioning individuals with autistic spectrum disorder: A functional imaging study. J Am Acad Child Adolesc Psychiatry. 43, 473-480 (2004).
  40. Ilyutchenok, R. Y. Emotions and conditioning mechanisms. Integr Physiol Behav Sci. 16, 194-203 (1981).
  41. Kleinhans, N. M., et al. fMRI evidence of neural abnormalities in the subcortical face processing system in ASD. Neuroimage. 54, 697-704 (2011).
  42. Toivonen, M., Rama, P. N400 during recognition of voice identity and vocal affect. Neuroreport. 20, 1245-1249 (2009).
  43. Deruelle, C., Rondan, C., Gepner, B., Tardif, C. Spatial frequency and face processing in children with autism and Asperger syndrome. J Autism Dev Disord. 34, 199-210 (2004).
  44. Bentin, S., Deouell, L. Y. Structural encoding and identification in face processing: ERP evidence for separate mechanisms. Cogn Neuropsychol. 17, 35-55 (2000).
  45. Vuilleumier, P., Pourtois, G. Distributed and interactive brain mechanisms during emotion face perception: evidence from functional neuroimaging. Neuropsychologia. 45, 174-194 (2007).
  46. Basar, E., Guntekin, B., Oniz, A. Principles of oscillatory brain dynamics and a treatise of recognition of faces and facial expressions. Prog Brain Res. 159, 43-62 (2006).
  47. Basar, E., Schmiedt-Fehr, C., Oniz, A., Basar-Eroglu, C. Brain oscillations evoked by the face of a loved person. Brain Res. 1214, 105-115 (2008).
  48. Başar, E. . Brain Function and Oscillations: Volume II: Integrative Brain Function. Neurophysiology and Cognitive Processes. , (2012).
  49. Anokhin, A., Vogel, F. EEG alpha rhythm frequency and intelligence in normal adults. Intelligence. 23, 1-14 (1996).
  50. Klimesch, W. EEG alpha and theta oscillations reflect cognitive and memory performance: a review and analysis. Brain Res Rev. 29, 169-195 (1999).
  51. Knyazev, G. G., Slobodskoj-Plusnin, J. Y., Bocharov, A. V. Event-Related Delta and Theta Synchronization during Explicit and Implicit Emotion Processing. 神经科学. 164, 1588-1600 (2009).
  52. Klimesch, W., Sauseng, P., Hanslmayr, S. EEG alpha oscillations: The inhibition-timing hypothesis. Brain Res Rev. 53, 63-88 (2007).
  53. Knyazev, G. G., Slobodskoj-Plusnin, J. Y. Behavioural approach system as a moderator of emotional arousal elicited by reward and punishment cues. Pers Individ Dif. 42, 49-59 (2007).
  54. Balconi, M., Brambilla, E., Falbo, L. Appetitive vs. defensive responses to emotional cues. Autonomic measures and brain oscillation modulation. Brain Res. 1296, 72-74 (2009).
  55. Dakin, S., Frith, U. Vagaries of visual perception in autism. Neuron. 48, 497-507 (2005).
  56. Curby, K. M., Schyns, P. G., Gosselin, F., Gauthier, I. Face-selective fusiform activation in Asperger’s Syndrome: A matter of tuning to the right (spatial) frequency. , (2003).
  57. American_Psychiatric_Association. . Diagnostic and statistical manual of mental disorders. , (1994).
  58. Dougherty, D. M., Bjork, J. M., Moeller, F. G., Swann, A. C. The influence of menstrual-cycle phase on the relationship between testosterone and aggression. Physiol Behav. 62, 431-435 (1997).
  59. Van Goozen, S. H., Wiegant, V. M., Endert, E., Helmond, F. A., Van de Poll, N. E. Psychoendocrinological assessment of the menstrual cycle: the relationship between hormones, sexuality, and mood. Arch Sex Behav. 26, 359-382 (1997).
  60. Winward, J. L., Bekman, N. M., Hanson, K. L., Lejuez, C. W., Brown, S. A. Changes in emotional reactivity and distress tolerance among heavy drinking adolescents during sustained abstinence. Alcohol Clin Exp Res. 38, 1761-1769 (2014).

Tags

Asperger’s SyndromeEmotional Face ProcessingEEG ExperimentConscious And Non-conscious RepresentationsSocial Communication DeficitsFace StimuliEmotion EvaluationLine DrawingsEdge DetectionImage Processing

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Chien, V. S. C., Tsai, A. C., Yang, H. H., Tseng, Y., Savostyanov, A. N., Liou, M. Conscious and Non-conscious Representations of Emotional Faces in Asperger’s Syndrome. J. Vis. Exp. (113), e53962, doi:10.3791/53962 (2016).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image