PECULIARITIES OF FACIAL EXPRESSION RECOGNITION AMONG YOUNG PEOPLE AGED 18-19 YEARS OLD WITH SIGNS OF PERSONAL ANXIETY

Черемушкин Е.А.¹, Петренко Н.Е.²,Яковенко И.А.³, Алипов Н.Н.⁴,  Сергеева О.В.⁵, Гордеев С.А.⁶

¹Кандидат биологических наук, Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии, Москва

² Кандидат биологических наук, Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии, Москва

³ Кандидат биологических наук, Институт высшей нервной деятельности и нейрофизиологии, Москва

⁴ Профессор, Доктор медицинских наук, Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н. И. Пирогова, Москва

⁵ Доцент, Кандидат биологических наук, Российский национальный исследовательский медицинский университет им. Н. И. Пирогова, Москва

⁶ Доктор медицинских наук, “Научный центр неврологии”, Москва

Работа выполнена при поддержке Российского гуманитарного научного фонда, проект №16-06-00-945, "Факторы психосоциальной дезадаптации у лиц с различными формами психовегетативных расстройств".

ОСОБЕННОСТИ ОРГАНИЗАЦИИ ОПОЗНАНИЯ ЛИЦЕВОЙ ЭКСПРЕССИИ У МОЛОДЫХ ЛЮДЕЙ В ВОЗРАСТЕ 18—19 ЛЕТ С ПРИЗНАКАМИ ЛИЧНОСТНОЙ ТРЕВОЖНОСТИ

Аннотация

С помощью модели психофизиологической установки исследовались электрофизиологические корреляты опознания лицевой экспрессии у молодых людей в возрасте 18—19 лет с признаками личностной тревожности. Показан значимый рост мощности тета- и альфа-1 диапазонов ЭЭГ непосредственно после предъявления стимулов, содержащих лицо с сердитым выражением у тревожных испытуемых по сравнению с нормой. При последующем экспонировании лиц только с нейтральным выражением у них отмечается значимая десинхронизация ЭЭГ в альфа-1 диапазоне. Это связано с ожиданием отрицательной информации, которое вызвано сформированной установкой на восприятие сердитого выражения лица. Данные факты служат объективным показателем внутреннего состояния, определяемого тревожностью. Они могут использоваться в качестве ее предикторов.

Ключевые слова: тревожность, установка, ЭЭГ, лицевая экспрессия.

Cheremushkin Е.А.¹, Petrenko N.Е.²,Yakovenko I.А.³, Alipov N.N.⁴, Sergeeva О.V.⁵, Gordeev S.А.⁶

¹ PhD in Biology, Institute of Higher Nervous Activity and Neurophysiology

² PhD in Biology, Institute of Higher Nervous Activity and Neurophysiology

³ PhD in Biology, Institute of Higher Nervous Activity and Neurophysiology

⁴ Professor, MD, Pirogov Russian National Research Medical University, Moscow

⁵ Associate Professor, PhD in Biology, Pirogov Russian National Research Medical University, Moscow

⁶ MD, Neurology Science Center, Moscow

PECULIARITIES OF FACIAL EXPRESSION RECOGNITION AMONG YOUNG PEOPLE AGED 18-19 YEARS OLD WITH SIGNS OF PERSONAL ANXIETY

Abstract

We investigated electrophysiological correlates in the recognition of facial expressions of young people aged 18-19 years old with evidence of personal anxiety. The study was conducted with the help of psycho-physiological setup model. We identified significant increase in the power of theta- and alpha-1 ranges of EEG immediately after the stimuli are obtained containing the face with an angry expression among anxious subjects and compared these data with the norm. After subsequent exposure of individuals with a neutral expression we observed significant desynchronization of EEG in alpha-1 range. This is due to the expectation of negative information, formed due to a setup to perceive an angry expression. These facts serve as an objective indicator of the internal state, defined as anxiety. They can be used as predictors.

Keywords: young adult, anxiety, set, EEG, facial expression.

В исследованиях психовегетативных расстройств  важное место занимает тревожность. Ее механизмам посвящено большое количество исследований [1], [2], [3], которые, однако, в малой степени затрагивают юношеский возраст. Представляется перспективным исследовать нейрофизиологические корреляты опознания эмоций у молодых людей с разной выраженностью тревожности. Распознавание лиц, влияющее на межличностное общение, играет существенную роль для социальной адаптации человека. В электрофизиологических исследованиях психофизиологической установки на эмоционально-негативную лицевую экспрессию у взрослых здоровых людей была показана связь пластичности когнитивных процессов с успешностью зрительного опознания [4]. Задачей нашего исследования было выявление особенностей в показателях биоэлектрической активности мозга при опознании лицевой экспрессии у молодых людей в возрасте 18—19 лет в норме и с признаками тревожности, а также их личностных и поведенческих характеристик.

Методы исследования / Methods. Исследовали 28 здоровых молодых людей в возрасте 18—19 лет. На основании результатов теста Спилбергера выделяли группы с низкими (менее 30 баллов, далее — контроль) — 12 человек и с высокими показателями (54 и более баллов, далее — “тревожная”) личностной тревожности — 16 человек. Они заполняли личностный опросник Айзенка, Торонтскую алекситимическую шкалу (TAS26), опросник качества жизни (SF—36) и клиническую шкалу сна. Непосредственно перед отведением ЭЭГ студенты заполняли опросник САН (“Самочувствие, Активность, Настроение”). Далее к результатам тестирования применялся факторный анализ.

Использовали модифицированную модель фиксированной установки на лицевую экспрессию [4]. На стадии ее формирования 20 раз одновременно предъявляли две фотографии одного человека: слева — с сердитым (не агрессивным), справа — с нейтральным выражением лица [5]; на стадии тестирования влияния установки на восприятие 40 раз экспонировали два “нейтральных” лица. Время экспонирования лицевых стимулов — 0.35 с. На обеих стадиях опыта испытуемый должен был определять, одинаковы были выражения лиц, или одно из них было более неприятным.

В течение эксперимента монополярно, от 20 электродов, расположенных по международной схеме 10—20%. отводили ЭЭГ. С помощью вейвлет-преобразования исследовали отрезки ЭЭГ: 0.5 с перед предъявлением лицевых стимулов и 4 постстимульных отрезка ЭЭГ по 0.5 с. Подробное изложение использования данного метода в наших исследованиях приведено в [6]. Различия усредненных по всем отведениям показателей реакции ЭЭГ на лицевые стимулы между выделенными по степени тревожности группами, а также их психологических характеристик оценивали по критерию Стьюдента.

Результаты исследования / Results. Среднее количество ошибок при опознании лицевой экспрессии у контрольной и “тревожной” групп при предъявлении одинаковых изображений лиц с нейтральным выражением — 4.08±1.41 и 4.06±1.62 соответственно. Они различаются по результатам психологических тестов (см. табл.).

Таблица 1 – Средние значения шкал психологических тестов, по которым были получены различия между контрольной и “тревожной” группой. Приведена ошибка среднего.* — шкалы, вошедшие в 1 часть факторного анализа; ** — во вторую.

Шкалы психологических тестов	Контроль (n=12)	Группа с высокой личностной тревожностью (n=16)		Статистические различия
Шкалы теста Айзенка
Экстраверсия-интроверсия*	19.0±1.1	10.9±1.3		t=4.8, p<0.001
Нейротизм*	5.8±1.6	18.7±1.0		t=-9.8, p<0.0001
Ложь*	15.3±1.2	9.0±1.0		t=4.2, p<0.001
Тест Спилбергера
Ситуативная тревожность*	12.5±2.8	36.3±1.7	t=-9.1, p<0.00001
Тест САН
Самочувствие	59.6±2.6	45.6±1.9	t=4.4, p=0.0002
Активность	58.3±2.8	45.3±1.9	t=4.0, p=0.001
Настроение	60.9±2.7	47.7±2.2	t=3.9, p=0.001
Шкалы SF—36 ("Качество жизни")
Ролевая деятельность (RP)	86.9±6.5	56.3±8.4	t=2.7, p=0.011
Телесная боль (BP)	87.1±4.1	70.1±5.8	t=2.3, p=0.033
Общее состояние здоровья (GH)	77.8±6.0	55.4±3.2	t=3.7, p=0.002
Жизнеспособность (VT)**	78.3±4.8	45.9±3.5	t=6.2, p<0.0001
Социальное функционирование (SF)**	93.7±4.9	68.3±4.8	t=3.8, p=0.0008
Эмоциональное состояние (RE)	80.3±9.2	43.6±7.3	t=3.3, p=0.003
Психическое здоровье (MH)**	80.7±4.8	52.3±2.5	t=6.1, p<0.0001
Алекситимия*	49.4±2.6	67.9±3.4	t=-6.4, p<0.00001
Нарушения сна*	24.7±0.6	19.0±0.7	t=6.3, p<0.00001

По результатам психологического тестирования осуществляли факторный анализ. Вычисляли коэффициенты корреляции Пирсона (КК) между баллами, полученными при заполнении испытуемыми шкалы личностной тревожности теста Спилбергера, и значениями тех шкал, в отношении которых были получены достоверные различия между исследуемыми группами (см. табл. 1). Шкалы, КК которых были статистически значимы с достоверностью р=0.001 подвергались факторному анализу. Состав выделенных факторов с весами их составляющих (>0.7) приведены на рис.1.

Исследование ЭЭГ параметров показало следующее. Рост амплитудных показателей тета (4—7.5 Гц), так и альфа1-ритма (8—10.5 Гц) отмечаемый в обеих группах испытуемых на первых 500 мс, может быть связан с вызванным ответом на предъявление стимула (рис 2). Однако, в обеих исследуемых диапазонах, эта ранняя реакция более выражена в “тревожной” группе. Тета-ритм часто рассматривают как показатель состояния психофизиологического и эмоционального напряжения, поскольку он связан с активностью кортикальных областей, играющих важную роль в обеспечении мотивационных процессов и регуляции эмоций [7]. Факт усиления альфа-ритма в ответ на стимул, характерный для лиц с повышенной базовой тревожностью, известен достаточно давно [8,9]. Можно предположить, что “тревожная” группа, в отличие от нормы, находится в более напряженном состоянии по эмоциональным и вегетативным показателям, что затрудняет их когнитивную деятельность. Это подтверждается данными психологического тестирования (см. табл. 1).

Рис. 1 - Выраженность выделенных по результатам факторного анализа факторов у студентов контрольной (синие круги) и “тревожной” группы (зеленого). По горизонтали — первый фактор, по вертикали — второй. А — психофизиологические факторы (описывают 83% дисперсии), Б — социальные (95%).

Было также показано, что наблюдаемая нами более существенная степень “активации ЭЭГ” (комплекс изменений, среди которых ведущим является подавление альфа-активности — ее десинхронизация) при выполнении когнитивных задач зависит от трудности выполнения задачи [9]. Отметим, что в исследованиях с установкой было показано, что при нагрузке на рабочую память (дополнительная семантическая задача) вызванная реакция десинхронизации альфа-ритма на изображение лица, по сравнению с опытами без “нагрузки” увеличивается [10]. В работе А.Моореа с соавторами была показана более выраженная альфа десинхронизация при восприятии негативной информации, по сравнению с нейтральной [11]. Предъявление одновременно “нейтрального” и “сердитого” лица вызывает у контрольной группы более существенный уровень десинхронизации, что может указывать на более детальный анализ поступающей информации, чем у “тревожной”. Отметим, что это происходит на фоне более высокого эмоционального напряжения, о чем свидетельствует большее увеличение у последних мощности тета-ритма непосредственно после предъявления упомянутых изображений. Ожидание “сердитого” лица в условиях предъявления “нейтральных” лиц вызывает бóльшую реакцию десинхронизации у “тревожной” группы, т.к. им более характерно ожидание негативной информации [8]. Этот фактор представляется нам преобладающим в организации когнитивной деятельности, поскольку степень влияния когнитивного контроля, который выражается в количестве ошибочных распознаваний лицевой экспрессии на стадии его тестирования (вызванных ранее предъявляемыми парой изображений лиц, одно из которых было “сердитым”) у студентов в норме и тревожных практически не различается. Иными словами, и те и другие в течение длительного периода правильно оценивают выражения лиц как “нейтральные”, но, судя по десинхронизации альфа1-ритма, “тревожные” настроены увидеть “негатив”, тем самым обнаруживая рассогласование между нисходящими и восходящими влияниями в опознании.

Рис. 2 - Изменения мощности тета- и альфа1-ритмов в ответ на предъявление стимулов “лица” по отношению к предстимульному (0.5 с) отрезку ЭЭГ у студентов групп “норма” (белые столбики) и “тревожные” (серые) в опытах с психофизиологической установкой. По вертикали – доля (в %), на которую изменилась мощность ритмов; по горизонтали – время после предъявления стимулов (1, 2, 3 ,4 – 0-–500, 501–1000, 1001–1500, 1501–2000 мс соответственно). I – тета, II I – альфа1-ритм; А – формирование установки, Б – тестирование эффекта установки. *, **, *** – значимость различий (р=0.05, 0.01, 0.001 соответственно). Показана ошибка среднего.

 

Список литературы / References

1. Hagemann J. Too bad: Bias for angry faces in social anxiety interferes with identity processing /J. Hagemann J, Th Straube, C. Schulz// Neuropsychologia. — 2016. — V.84. — P.136–149.
2. Lueken U. Neurobiological markers predicting treatment response in anxiety disorders: A systematic review and implications for clinical application /U. Luekena, K. C. Zierhuta, T. Hahnb, B. Straubec et all// Neuroscience and Biobehavioral Reviews. — 2016. — V.66. — P.143–162.
3. Ball T.M. Single-subject anxiety treatment outcome prediction using functional neuroimaging/ T.M. Ball, M.B.Stein, H.J. Ramsawh, L. Campbell-Sills, M.P. Paulus // Neuropsychopharmacology. — 2014. —V.39. —P.1254–1261.
4. Kostandov E.A. The role of top-down inhibitory control in providing flexibility to the processes underlying recognition of an emotional facial expression/ E.A. Kostandov // Neuroscience and Behavioral Physiology. — 2016. — Т. 46. — №2. — P.186—197.
5. Ekman P. Pictures of Facial Affect. / Ekman P., Frisen W.V. //Palo Alto (CA): Consult. Psychol. Press, 1976. 250 p.
6. Yakovenko I. A. Changes in the Beta Rhythm on Acquisition of a Set to an Emotional Facial Expression with Lengthening of the Time Interval between the Warning and Trigger Stimuli / I. A. Yakovenko, E. A. Cheremushkin, and M. K. Kozlov //Neuroscience and Behavioral Physiology. —2014. — V. 44. — N. 9. —P.1031-1038.
7. Knyazev G.G. Motivation, emotion, and their inhibitory control mirrored in brain oscillations/ G.G. Knyazev //Neurosci. Biobeh. Rev. —2007. —V.31. —P.377-395.
8. Knyazev G.G., Savostyanov A.N., Levin E.A. Alpha oscillations as a correlate of trait anxiety // Int.J. Psychophysiol. —2004. —V.53. —P.147-160.
9. Earle J.B. Task difficulty and EEG alpha asymmetry. An amplitude and frequency analysis: Review. / Earle J.B. // Neuropsychobiology. — 1988. — V. 20. — №2. — P. 96—112.
10. Kostandov E.A. Relationship between the plastity of a set to an emotional facial expression and the load on working memory / Kostandov É.A., Kurova N.S., Cheremushkin E.A., Ashkinazi M.L., Yakovenko I.A., Petrenko N.E. // Neuroscience and Behavioral Physiology. — 2009. — Т. 39 . — № 3. — С. 223-229.
11. Moorea A. EEG mu component responses to viewing emotional faces. /Moorea A., Gorodnitskya I., Pineda J. // Behavioral Brain Research. — 2012. — V.226. — №1. — Р.309 — 316.