疼痛共情的fmri研究

疼痛共情的fmri研究

1痛苦共情研究公共情感是指对他人情感状态的模拟（感知和反思）（circleandlamp，2005）、分享（sharg）（hein，singe，2008）和理解（gorge，2005）。可以将其操作性界定为,个体在知觉到他人特定情绪状态时的神经表征和行为表现,与个体自身处于相应情绪状态时相同。目前共情的研究对象,已经涉及痛苦、厌恶、乃至触觉、嗅觉和动觉等方面。其中,对他人痛苦的共情(empathyforpain,以下简称痛苦共情),有助于规避风险和威胁、建立亲密关系、促进利他行为等,是人类生存繁衍的必要工具和手段。但痛苦共情之所以成为认知神经科学研究的热点,却至少要部分归功于Singer等(2004)运用功能性核磁共振成像(functionalmagneticresonanceimaging,简称fMRI)技术进行的开创性研究,及其令人震惊的结果。研究显示,人们知觉到他人受痛时所激活的脑区,与他们亲历痛苦时所激活的脑区,在很大程度上相互重叠(Singeretal.,2004)。这一结果暗示了本人受痛与知觉到他人受痛可能具有相同的神经表征;换言之,我们确实能在一定程度上对他人的痛苦“感同身受”。这项研究更深刻的意蕴在于它所提示的可能性:即便是对“共情”这样看似难以进行客观测量的心理学构念,借助合适的技术,也能给出“实打实”的神经学证据。此后痛苦共情的脑成像研究大量涌现,纷纷通过测定不同实验条件下与痛苦有关的脑激活水平,来考察人类共情能力的神经机制和影响因素。而众多脑成像技术中,以血氧饱和度及血流量来标志脑部能量消耗的fMRI技术,凭借其无创性和高空间分辨率而备受痛苦共情研究者青睐。因此,以下将从研究范式、神经机制和影响因素三方面出发,对国内外痛苦共情的fMRI研究进行介绍和梳理。2共同痛苦研究的模式痛苦共情的fMRI研究数量众多,实验范式却相对单纯。常用范式有两种:图片诱导范式和线索诱导范式。2.1被试痛苦共情顾名思义,图片诱导是向正在接受MRI扫描的被试呈现一系列图片或影像(图1),这些材料描绘的或是肢体受痛(例如,食指指尖被针扎)/不受痛(例如,食指指尖或与针尖保持明显距离,或被棉签碰触)的情境,或是受痛者/不受痛者的面部表情,以期引发被试的痛苦共情。部分实验中还要求被试在观看图片的同时,完成诸如观点采择(想象自己或特定他人正处于上述情境中)、评估受痛程度等附加任务;或在呈现图片之前,提供关于受痛情境的额外信息(例如,图片中目标人物的受痛原因)。这类范式往往根据刺激材料是否描绘了受痛情境,分为受痛条件和无痛条件。其中,无痛条件提供了被试的血氧指标基线水平。其实验逻辑为:将被试在特定实验操纵下观看图片/影像材料时,与其“体验”到第一手疼痛时的脑部血氧指标进行比较,以证实两种条件下所伴随的神经激活模式的一致性,继而证明痛苦共情的存在,或特定因素对痛苦共情的影响。由此可见,该范式的特点在于,以具象刺激材料——而非真实的受痛者或受痛经历——来激发被试的痛苦共情;局限则是,受痛者的“不在场”与受痛过程的虚拟性,导致实验的生态效度不足。2.2视觉符号的抽象这类范式又称基于线索(cue-based)(Lamm,Decety,&Singer,2011)的范式。该范式将他人安置于接受扫描的被试身侧,并通过抽象视觉符号(例如,呈现在MRI仪器内部屏幕上的不同色彩的箭头)——而非生动的图片或明确的指导语——来提示被试接下来将进行哪种实验条件的处理:被试自己或他人的手背上,将受到致痛或无痛的电刺激。这类范式的实验逻辑与前一类范式相同,但受痛过程的真实性有所保证、并且被试与目标他人的现场互动得到增强,使得实验的生态效度提高。3疼痛矩阵的整合大量研究证实,对于痛苦的切身体验所引发的神经激活模式,与知觉到(Botvinicketal.,2005;Cheng,Yang,Lin,Lee,&Decety,2008;Decety&Michalska,2010)乃至想象(Cheng,Chen,Lin,Chou,&Decety,2010;Jackson,Brunet,Meltzoff,&Decety,2006)他人受痛时所伴随的激活模式非常相似;而两种条件下激活程度最接近的,是一个称为“疼痛矩阵”(painmatrix)的神经网络(Chengetal.,2007;Gu&Han,2007;Lamm,Batson,&Decety,2007;Lamm,Meltzoff,&Decety,2009;Moriguchietal.,2007;Morrison,Lloyd,diPellegrino,&Roberts,2004;Ochsner&Gross,2008;Saarelaetal.,2007;Zaki,Ochsner,Hanelin,Wager,&Mackey,2007)。通常认为,疼痛矩阵(图2)涉及的脑区包括:补充运动区(SMA,supplementarymotorarea)、背侧前扣带皮层(dACC,dorsalanteriorcingulatecortex)、内侧前扣带皮层(aMCC,anteriormedialcingulatecortex)、前脑岛(AI,anteriorinsula)、杏仁核(amygdala)和导管周围灰质(PAG,periaqueductalgray)等。而对于初级躯体感觉区(SI,primarysomatosensorycortex)和次级躯体感觉区(SII,secondarysomatosensorycortex)是否包含在这一神经网络中,不同的研究结果之间则相互矛盾(Akitsuki&Decety,2009;Benuzzi,Lui,Duzzi,Nichelli,&Porro,2008;Chengetal.,2008;Lamm&Decety,2008;Moriguchietal.,2007;Singer&Lamm,2009)。由于个体自身受痛时通常伴随着该网络的激活,研究者一度将疼痛矩阵等同于对疼痛所引发的情绪、情感的神经表征(Singeretal.,2004)。但此后研究者注意到,疼痛矩阵的激活同样会在注意、评估有害刺激和协调躯体运动以便规避此类刺激时发生(Chengetal.,2010;Yamada&Decety,2009)。针对上述争议,一种整合的观点(Decety,2011)将疼痛矩阵所包含的众多脑区分别归入痛苦共情的感知-辨别维度(sensory-discriminativedimension)和情感-动机维度(affective-motivationaldimension)。其中,感知-辨别维度相当于共情的状态模拟成分,包括对疼痛刺激的身体定位、强度和持续时间的评估,以及对受痛他人当前的躯体运动和情绪状态的迅速、无意识的模拟和渲染(emotionalcontagion)(Lammetal.,2011),主要涉及初级和次级躯体感觉区。而情感-动机维度则对应于共情的感受分享成分,即对受痛他人所体验到的不适程度的主观评估,所包含的核心神经结构为前脑岛和前扣带皮层。两者各自在哺乳动物的神经进化史上占有一席之地:前脑岛是边缘系统的一部分,而边缘系统负责迅速对情感刺激进行优先级排序,前扣带皮层则参与对情绪的评估和规范以及决策;并且两者共同隶属于一个旨在区分友善与敌意刺激、并相应组织适应性反应的古老的情感系统(Norris,Gollan,Bertson,&Cacioppo,2010)。至于观点采择能力——即通过对他人状态的认知推理来实现对他人的意图、愿望和信念的理解——是否属于共情的范畴,至今尚无定论。已有研究显示,与推断和表征他人的心理状态相关的脑区的激活,包括内侧前额皮层(medialprefrontalcortex,mPFC)、颞上沟(superiortemporalsulcus,STS)和颞叶-顶叶交界处(temporo-parietaljunction,TPJ)等,表示个体从情绪调节、社会互动和自我-他人区分的角度出发进行信息加工(Akitsuki&Decety,2009)。一种观点认为,不论共情者何等的感同身受,其对他人特定状态的体验始终是一种建立在自我-他人区分基础上的替代性体验(Decety,Michalska,&Akitsuki,2008);亦即,共情的理解成分包括的首先是个体对于“你我有别”的肯定,其次才是对于“他人”心态的理解。因此,上述脑区的激活是痛苦共情的认知基础。反对者则认为,共感(狭义的共情)是更为直接、自动化的镜像反应,观点采择能力的认知成分使其超出了共感的范围(Hein&Singer,2008)。4对个体共情水平的影响就痛苦共情的神经机制(图3)达成初步一致之后,研究焦点开始转向哪些因素能够影响个体的共情水平。迄今所考察的影响因素基本可以归入以下两方面:实验范式和任务,以及共情者对于受痛者的态度。4.1实验模式和任务4.1.1情感-动机维度的核心神经模型Lamm等人(2011)通过对32项痛苦共情的fMRI研究进行元分析,首次指出:特定脑区在痛苦共情时的激活水平,可能因研究所采用的实验范式而异。他们将常用的实验范式分为基于图片(Picture-based)的范式与基于线索(cue-based)的范式两大类,详见本文第二部分。其元分析结果显示,标志着情感-动机维度的前脑岛和前扣带皮层的激活,没有体现出范式特异性,因而被认为是痛苦共情的核心神经表征。基于图片的范式由于采用了生动的刺激信息,通常会额外激活象征着感知-辨别维度的初级和次级躯体感觉区;而采用抽象线索引发共情的实验对于自上而下的加工要求更高,因此则往往会额外测得与认知维度——观点采择——相关的内侧前额皮层、颞上沟和颞叶-顶叶交界处的激活。4.1.2更加促进了前扣带被动力的激活和人此外,任务对于共情者的注意水平和观点采择方面的要求也会导致共情水平的差异。较之计算图片中出现的肢体(手/脚)数目,要求被试在观看图片时对受痛者的痛苦水平进行评价更能激活被试的前扣带皮层和额中回(Gu&Han,2007)。采用观点采择任务的实验中,除了前脑岛、前扣带皮层和顶岛盖均受到激活外,想象自己受痛时,被试报告了更高的焦虑和个人痛苦水平,并伴随着杏仁核、次级躯体感觉区、背侧前扣带皮层、内侧前扣带皮层和脑岛更高水平的激活;想象无关的他人受痛时,所报告的焦虑水平下降、移情水平上升,同时杏仁核的激活程度减弱、而扣带后回/楔前叶和颞叶-顶叶交界处的激活更强(Jacksonetal.,2006;Lammetal.,2007)。4.2不同的受痛者个体的痛苦共情水平会受到他对受痛者的态度的影响,而这种态度的形成则可能取决于多种因素。例如,共情者所知觉到的他人受痛的程度和回报;共情者对于他人受痛的归因;受痛者的人格特质;受痛者与共情者的亲密程度或相似程度;共情者本身的人格特质和心理病理状况,等等。总体而言,对于那些所受痛苦的强度更小、回报更大的他人,应该为自身受痛负责的他人,具有令人厌恶的人格特质的受痛他人,以及与共情者更疏远、更不相似的受痛他人,个体倾向于表现出更低程度的痛苦共情,即更低的疼痛程度评分和更弱的疼痛矩阵激活水平;而那些移情意向或易受暗示性较低的个体,以及患有述情障碍等影响情绪加工的精神疾病的个体,则更倾向于对他人的痛苦表现出较低程度的共情。4.2.1cpain状态Saarela等人(2007)以处于锐痛(acutepain)和慢痛(chronicpain)状态的患者的面部表情图片为刺激材料,发现个体观察锐痛患者的图片时,前脑岛和前扣带皮层的激活水平更高。相对于那些忍受痛苦但有效的治疗的患者,接受同等痛苦但无效的治疗的患者更能激活共情者的前扣带皮层和眶额皮层(Lammetal.,2007)。4.2.2社会互动区域共情者对于他人受痛原因的分析是基于主试给出的额外信息或自身既有的知识经验而得出的。共情者越能将受痛原因正当化(例如,受痛者应该为自己的疼痛负责,或疼痛只是某个最终将对受痛者有益的过程,如治疗的副产品),其痛苦共情的程度就越小。例如,比起受痛者自作自受,第三方施加给受痛者的痛苦,更能激活共情者(儿童被试)负责社会互动和道德行为的区域——颞叶-顶叶交界处、扣带旁回、内侧眶额皮层和杏仁核:如果这种痛苦是第三方无意间造成的,那么共情者的疼痛矩阵和躯体感觉区会激活;如果这种痛苦是第三方蓄意施加给受痛者的,那么还将额外激活共情者的颞叶-顶叶交界处和扣带旁回(Decetyetal.,2008)。又如,个体更容易对因为输血而感染艾滋病的人(而非健康的同龄人,或因为滥用药物而患上艾滋病的人)的痛苦产生同情,并在前脑岛、内侧前扣带皮层、导管周围灰质和额下回(inferiorfrontalgyri,IFG)伴有更高的激活(Decety,Echols,&Correll,2009)。再譬如,较之普通人,有一定从业经验的针灸医师在观看向他人的面部和肢体扎针的图片时,其反映痛苦共情水平的前脑岛、前扣带皮层、导管周围灰质和躯体感觉皮层的激活减少,而负责情绪调节、注意控制和观点采择的背外侧和内侧前额皮层、以及颞叶-顶叶交界处的激活增加(Chengetal.,2007)。4.2.3“公平”还是“不公平”Singer等人(2006)通过操纵他人在实验前夕与共情者的互动中是否遵守游戏规则,来赋予其“公平”或“不公平”的特质。结果显示,较之公平参与游戏的玩伴,当获知在游戏中不公平地对待自己的玩伴受痛时,男性被试象征痛苦共情的前扣带皮层和前脑岛的激活减少,而与奖惩相关的伏隔核(nucleusaccumbens)区域的激活则增加了。4.2.4受痛者的激活比起想象陌生人受痛,人们想象自己或爱人受痛时,隶属于疼痛矩阵的背侧前扣带皮层、前脑岛、补充运动区和导管周围灰质产生了更强烈的激活,而负责区分你我的颞叶-顶叶交界处、内侧前额皮层和额上回(superiorfrontalgyrus,SFG)的激活则减少了(Chengetal.,2010)。同理,异族的受痛他人所激起的痛苦共情,也比同族的受痛者更少:华人共情者前扣带皮层的激活在面对描绘高加索人受痛的图片时显著降低,反之亦然(Xu,Zuo,Wang,&Han,2009)。但对于那些疼痛的反应方式与常人相异的受痛者(例如,被针扎时毫无反应、被棉签触碰却感到疼痛),人们一样可以产生痛苦共情,只是在激活前扣带皮层和前脑岛之余,还会激活涉及自我-他人区分的背内侧前额皮层(dorsomedialprefrontalcortex,dmPFC)、以及与认知控制相关的右额下皮层(rightinferiorfrontalcortex,rIFC)(Lammetal.,2009)。4.2.5情绪效应的测量被试的移情意向——即被试认识和理解他人心理状态的人格倾向(Baron-Cohen&Wheelwright,2004),可以用人际反应指数(IRI)、共情商数(EQ)、均衡情绪移情量表(BEES)等测量——及其对他人情绪的易受暗示性(以情绪渲染量表(ECS)为测量工具)的水平均与其在实验条件下前脑岛和前扣带皮层的激活程度呈正相关(Singeretal.,2004;Singer&Lamm,2009)。4.2.6情感或心理的影响相对于健康人,述情障碍(alexithymia)和品行障碍(conductdisorder)等精神疾病的患者,在知觉到他人受痛时的神经激活模式有所不同。述情障碍的患者对于自身情感的辨认和描述以及对于他人情感的理解等方面存在困难,这也就解释了为何此类患者在面对受痛者时表现出更少的疼痛矩阵的激活(Moriguchietal.,2007;Silanietal.,2008)。而品行障碍的患者通常表现出对于社会准则和法律的持续违背,其中包括对他人施加心理或生理的伤害。研究显示,当品行障碍患者观察他人遭受第三方所施加的疼痛的情境时,仅在脑岛和中央前回(precentralgyrus)出现与控制组的同龄人程度相仿的激活,而在杏仁核、前额皮层的激活水平则低于控制组,更缺乏观点采择相关脑区的激活(Decety,Michalska,Akitsuki,&Lahey,2009)。5进一步的研究方向痛苦共