暴露于情绪激动的图像时人类的皮肤交感神经活动:性别差异(2014)

前生理。 2014; 5:111。

在线发布Mar 19,2014。 DOI:  10.3389 / fphys.2014.00111

抽象

虽然已知焦虑或情绪唤醒影响皮肤交感神经活动(SSNA),但皮肤电反应(GSR)是推断应激或情绪研究期间SSNA增加的最广泛使用的参数。 我们最近表明,SSNA提供了比效应器官 - 器官反应更敏感的情绪状态测量。 本研究的目的是评估SSNA的反应和其他生理参数(如血压,心率,皮肤血流量和汗液释放)是否存在性别差异,而受试者观察来自国际的中性或情绪充电图像。情感图片系统(IAPS)。 在20受试者(10雄性和10雌性)中使用显微神经造影评估SSNA的变化。 在中性图像块之后以准随机方式呈现带正电(色情)或负电荷图像(切割)的块,每个块包含15图像并且持续2 min。 色情和残割的图像导致SSNA显着增加,观察色情的男性增加更多,观察残割的女性增加更多。 SSNA的增加通常伴有汗液释放和皮肤血管收缩; 然而,这些标记与通过观察中性图像产生的标记没有显着差异,并且不总是与SSNA增加一致。 我们得出结论,SSNA随着带正电和带负电的情绪图像而增加,但存在性别差异。

关键词: 皮肤交感神经活动,情绪处理,性别差异,汗液释放,微神经造影

介绍

人类的情感早已被研究过,提出了许多理论,并采用多种方法来研究情绪反应和处理。 基于实证研究的最早的情绪理论之一是詹姆斯 - 兰格理论,该理论认为情绪是由生理事件产生的; 一个人感到难过 因为 他们在哭,而不是相反(詹姆斯, 1884; 兰芝, 1885)。 然而,因果关系的问题,以及关于情绪过程的新发现的知识,已经意味着该理论已基本被抛弃(Golightly, 1953)。 尽管现在很明显,由自主神经系统(ANS)控制的器官活动的改变与情绪状态的变化有关(Lacey和Lacey, 1970),例如当在社交尴尬时脸红的人面部发生皮肤潮红(血管扩张)时。

ANS的活性及其广泛的生理反应现在在不同的情绪状态或挑战中被广泛研究,但是关于这些研究的明确结果仍然存在争议(Hare等, 1970; Callister等人, 1992; 郎等人, 1993; 狐狸, 2002; 丽兹等人, 2005; 卡特等人, 2008; 布朗等人, 2012)。 人们普遍认为存在性别差异和情绪。 事实上,有新的证据表明情绪处理中存在性别差异,女性被发现更具情感洞察力,经历的情绪频率和强度都高于男性(Whittle等, 2011但是,很少有文献探讨性和情感。 虽然众所周知,情绪失调症的患病率存在​​深刻的性别差异(Gater等, 1998对于那些研究特定情绪过程中性别差异的研究,结果好坏参半(Bradley等, 2001; McRae等人, 2008; Domes等人, 2010; Lithari等人, 2010; Bianchin和Angrilli, 2012).

因此,本研究的目的是扩展我们以前的研究(Brown等, 2012)以检查性别差异是否对中性或情绪激动的视觉刺激的呈现期间的自主反应有影响ULI。 通过被动地唤起情绪唤起,我们避免了使用精神压力的研究中固有的认知偏差,例如Stroop颜色词测试或心算。 我们想要使用皮肤交感神经活动(SSNA)的直接显微神经记录,并将其与效应器官反应(如血压,心率,呼吸,特别是汗液释放和皮肤血流量)进行比较,同时显示受试者中性或情绪激动来自国际情感图片系统(IAPS)的图像 - 一组广泛使用的视觉刺激(Lang et al。, 1997)。 从经验上看,情绪刺激会引起汗液释放,减少皮肤血液流动(即冷汗),并使头发起立(鸡皮疙瘩); 这些效应器官 - 器官反应是通过皮肤血管收缩剂,sudomotor和pilomotor神经元的共激活产生的。 虽然已经进行了皮肤血管收缩和sudomotor神经元的单位记录(Macefield和Wallin, 1996, 1999虽然不是在情绪刺激期间,SSNA的直接记录通常是多单元记录 - 这提供了可以测量到皮肤区域的总交感神经流出的优点。 由于汗液释放经常用于推断压力和情绪研究中交感神经流出的增加,我们从之前的研究中得知,SSNA与汗液释放之间的相关性很差,该研究的另一个目的是进一步巩固直接的观念。 SSNA的记录提供了更加稳健的皮肤总交感神经流出量,然后单独释放汗液。

方法

一般程序

对10男性和10女性健康受试者(年龄20-46年)进行研究。每个受试者在参与研究之前给出了知情的书面同意,并被告知他们可以随时退出实验,因为他们被告知他们会看到一些令人不安的图像。 这些研究是在西悉尼大学人类研究伦理委员会的批准下进行的,并且符合赫尔辛基宣言。 受试者舒适地躺在半卧位的椅子上,腿部水平支撑。 注意确保平静和安静的环境,以尽量减少自发的唤醒反应。 还保持舒适的环境温度(22°C),因为对皮肤的交感神经流出易受环境温度变化的影响。 使用Ag-AgCl表面电极在胸部记录ECG(0.3-1.0 kHz),以2 kHz采样,并使用基于计算机的数据采集和分析系统(PowerLab 16SP硬件和LabChart 7软件)将其存储在具有其他生理变量的计算机上; ADInstruments,悉尼,澳大利亚)。 使用指脉冲体积描记法(Finometer Pro,Finapres Medical Systems,荷兰)连续记录血压并以400 Hz采样。 使用缠绕在胸部的应变仪换能器(Pneumotrace,UFI,Morro Bay CA,USA)记录呼吸(DC-100 Hz)。 通过应用于手指垫的压电传感器监测皮肤血容量的变化; 根据此信号,使用LabChart 7软件中的循环测量功能计算脉冲幅度。 脉冲幅度的减小用于指示皮肤血流量的减少。 在手掌和手背上测量皮肤电位(0.1-10 Hz; BioAmp,ADInstruments,Sydney,Australia); 皮肤电位的变化反映了汗液的释放。

Microneurography

通过表面探针(3-10 mA,0.2 ms,1 Hz)通过孤立的恒流源(刺激隔离器,ADInstruments,Sydney,Australia),通过触诊和表面电刺激将腓总神经定位于腓骨头。 将绝缘钨微电极(FHC,Maine,USA)经皮插入神经并手动前进至神经的皮肤分支,同时递送弱电脉冲(0.01-1 mA,0.2 ms,1 Hz)。 未绝缘的皮下微电极用作参比电极,腿上的表面Ag-AgCl电极用作接地电极。 如果在0.02 mA或低于10 mA的刺激电流下,神经内刺激引起感觉异常而没有肌肉抽搐,则皮肤束被定义为这样。 一旦进入皮肤束,神经活动就被放大(获得XNUMX4,带通0.3–5.0 kHz),使用低噪声,电隔离的舞台(NeuroAmpEx,ADInstruments,悉尼,澳大利亚)。 通过激活低阈值机械感受器(在束状神经支配区中触击皮肤)来确认束状体的身份。 然后手动调整微电极尖端的位置,直到发现自发的SSNA爆发。 出于识别目的,通过让受试者轻拍嗅探或在受试者双眼紧闭的情况下发出意想不到的刺激(例如轻拍鼻子或大声喊叫)来产生单独的SSNA爆发。 采集神经活动(10 kHz采样),将交感神经活动显示为RMS处理(均方根,移动平均时间常数200 ms)信号,并在计算机上使用LabChart 7软件进行分析。 虽然在身体的不同部位测量了交感神经的直接通行,皮肤的血液流动和汗液的释放,但是众所周知,SSNA爆发通常以双同步的方式出现在手臂和腿部神经中,并且分布广泛。刺激刺激引起的血管收缩和sudomotor系统的激活(Bini等, 1980).

情绪刺激

通过观看国际情感图片系统(IAPS:Lang等人的标准图像)产生情绪状态变化。 1997)。 系统中使用的每张图片都经过了广泛的测试,并根据价格(主观影响,从极端负面到极端正面)和唤醒进行评级。 在我们的研究中,通过观察具有高正价值评分的色情图像来诱发积极情绪,而通过观察具有高负价的致残图像来诱发负面情绪; 这两组都有很高的觉醒等级。 一旦发现具有自发SSNA的合适的神经内部位并且放松受试者,记录2-min静息期,之后显示受试者30中性图像,每个图像持续8 s,总共4 min。 接下来是一段持续15-min的2图像(色情或毁伤)。 在对象未知的时间以准随机方式呈现色情图像或切割图像,每个2-min块的情绪带电图像遵循2-min中性图像块。 总的来说,每个受试者用3干预的中性图像块观察3色情片和6致残块。 所有受试者对IAPS图像都是天真的。

分析

在每个1-min块上测量在连续2-s时期上测量的SSNA的峰值振幅,以及交感神经爆发的总数。 视觉检查与神经信号的听觉识别相结合,用于识别SSNA的各个突发。 此外,在RMS处理的信号中手动定义基线,计算机计算出高于基线的最大振幅。 对每个2-min块的心率,血压,皮肤血流量,皮肤电位和呼吸率进行搏动分析,得到每个受试者中每个块的平均值。 然后可以计算每个2-min块的平均组值并导出绝对变化。 将皮肤电位和皮肤血流的绝对变化标准化为个体平均静息值。 除了每个2-min块的绝对变化之外,还计算了归一化到中性的相对变化的静止期和正负图像 - 每个中性块的平均值被分类为100%因此,其他图像块的值表示相对于该值。 对汇总数据进行了分析,并将数据分为男性和女性群体。 重复测量分析三种刺激条件下每个生理参数的方差,结合用于多重比较的Newman-Keuls测试,用于数据的统计分析(Prism 5 for Mac,GraphPad Software Inc,USA)。 另外,配对 t - 测试用于比较色情和切割数据集以及男性和女性组的各种生理参数的相对变化(归一化到中性)。 统计显着性水平设定为 p <0.05。

成果

来自21一岁男性的实验记录,观看色情和残缺的图像, 如图所示 Figure1.1。 可以看出,SSNA在两种刺激下都明显增加,尽管对色情的反应更大。

图1  

皮肤交感神经活动的实验记录,作为原始信号(神经)和RMS处理版本(RMS神经),从21一岁男性受试者获得,同时查看残割(A)或色情图片(B)。 注意交感神经 ...

根据我们之前的研究(4),当男性和女性被归为一组时,血压,心率,呼吸,皮肤血流量和汗液释放的绝对值在观察情绪激动的图像期间没有显着变化,观看中性图像或静止。 然而,与休息和中性阶段相比,SSNA在观看色情图片或残割图像时确实显示出显着增加,尽管这仅用于爆发频率(p <0.05),而不是突发幅度。 当查看中性图像以及查看色情或残割图像时,静止时血压,心率,呼吸频率和总SSNA猝发计数(无图像)的绝对值如图所示。 Figure2.2。 同样,标准化为中性的相对变化显示与我们之前的研究相似的结果,SSNA爆发幅度(色情的唯一显着差异) p = 0.044; 厌恶 p = 0.028)和频率(情色 p <0.0001; 厌恶 p 在观看正电荷图像和负电荷图像期间,观察到= 0.002。

图2  

四种情况下血压(A),心率(B),呼吸频率(C)和皮肤交感神经活动(D)总爆发次数的平均值±SE绝对值。 可以看出,除了SSNA之外,不存在统计差异 ...

然而,当受试者被分成男性和女性时,很明显交感神经反应性存在性别差异。 虽然血压,心率,皮肤血流量和汗液释放在两组之间没有显着差异,但SSNA爆发幅度和频率在男性和女性之间显着不同。 对于SSNA突发幅度,与观看中性图像时获得的SSNA水平相比,男性仅在观看带正电的图像时显示出显着增加(p = 0.048),而女性仅对负电荷图像有显着增加(p = 0.03)。 对于SSNA突发频率,男性组仅在观看正像时显示出显着增加(p = 0.0006)。 然而,女性组现在显示出积极的显着增加(p = 0.0064)和带负电的图像(p = 0.0005),尽管残割图像的增加大于对色情图像的增加。 图中显示了男性和女性的SSNA突发计数和幅度的相对变化,归一化为中性条件 Figure33.

图3  

皮肤交感神经活动的爆发幅度(A,C)和频率(B,D)的平均值±SE变化,静息期,阳性图像和阴性图像均归一化为中性状态,分为男性和女性组。 黄色书刊 ...

讨论

这项研究表明,对情绪激动的视觉刺激的交感神经反应存在性别差异,但只有当SSNA测量为总爆发次数和爆发幅度时才直接测量。 在各组之间未发现其他生理参数(例如血压,心率或呼吸)的显着变化。 虽然我们之前的研究是第一次在观看正电荷和负电荷图像时显示SSNA整体显着增加, 目前的研究表明,在观看色情图像时男性SSNA的增加更为明显,而女性对残割图像的反应更大。 虽然这项研究证实SSNA的增加可以通过视觉情绪刺激(无论效价)引起,但它表明响应中存在性别差异,这取决于刺激的类型。 也许这并不奇怪,但是当观察交感神经流出的间接标志时,这种差异无法辨别。 此外,皮肤血流量或汗液释放没有显着变化,强调直接神经记录在评估交感神经流出皮肤方面的敏感性高于皮肤交感神经活动的间接测量。

虽然人们普遍认为情绪发展和情绪处理存在性别差异(女性的情绪比男性更具反应性,敏感性和表达能力),但大部分证据都是通过自我报告的数据提供的。 直到最近,通过经验生理学研究,这种观点似乎有一些真实的基础(Kring和Vanderbilt, 1998; 布拉德利等人, 2001)。 然而,尽管存在性别差异和ANS对情绪反应的缓慢出现,但仍然没有明确的证据表明性别差异显着,无论是通过直接还是间接手段来衡量。 在情绪刺激期间使用间接测量交感神经激活(例如汗液释放)已经产生了一些积极和消极的发现。 布拉德利等人。 (2001)发现皮肤电导反应显示男性对于色情图片比女性更具反应性, 与Kring和Vanderbilt(1998)发现女性比男性更具表现力,无论是正面还是负面的表达。 然而,Bianchin和Angrilli(2012)发现女性心率减慢幅度较大,以获得愉快的视觉刺激,皮肤电导反应没有发现性别差异。 同样,Lithari等人。 (2010)检查皮肤电导反应和事件相关的脑电图电位(ERP),发现女性在ERP振幅方面对男性的不愉快或高唤醒刺激的反应更强,但未发现皮肤电导反应的性别差异。 这与我们目前的研究一致,我们也发现间接测量如汗液释放无法区分性别与正面或负面图像。 此外,为了进一步混淆性别差异和情感,Vrana和Rollock(2002研究了白人和黑人(非裔美国人)参与者的情绪反应,发现只有白人参与者才有性别差异。 虽然我们的研究并非旨在解决潜在的种族差异,但在目前的研究中,以及我们早期的研究中(Brown等, 2012),所有参与者都是高加索人,地中海人或亚洲人; 没有人是土着人或非裔美国人。

最近,功能性神经影像学的使用已成为评估情绪处理的技术。 特别是,调查与情绪过程相关的神经功能的性别差异已经增长,尽管研究结果并不总是一致的,并且确实存在研究限制(Wrase等, 2003; Schienle等人, 2005; McRae等人, 2008; Domes等人, 2010)。 尽管如此,性别差异中出现了新的模式,女性被发现更具情感洞察力,体验的情绪频率和强度都高于男性,而男性被认为在情绪调节方面更有效(Whittle等, 2011)。 随着对情绪刺激的反应,人们普遍认为男性对性唤起刺激的反应比女性更敏感,这在神经影像学研究和生理学研究中都有报道(Hamann等, 2004; 艾伦等人, 2007)。 然而,尽管这被广泛接受,但它的记录很少,尽管在本研究中,正电荷和负电荷图像之间存在性别差异。 作为一组,正电荷和负电荷图像之间的SSNA反应没有差异,但如上所述 - 女性对切割​​图像的反应比男性更大,而男性对色情图像的反应更多。 这表明,使用通过显微神经图获得的SSNA的直接测量可以产生比仅使用间接测量(例如心率,血压,汗液释放和皮肤血流)的更全面和确定的结果。

限制

虽然气质和人格等特征变量以及文化差异总是成为情绪研究的一个潜在局限,但本研究中包含的大多数受试者都是由不仅对IAPS图像不敏感的个体而且还报道了对图片的类似反应。 当对实验结束时的反应进行询问时,所有受试者都报告受到残割图像的干扰,而大多数人对色情图像感到非常中性,没有任何受试者被色情作品所冒犯。 尽管如此,特质差异有可能影响个体之间的反应程度。

研究情绪激动图像的生理效应的另一个限制是在情绪激动图像块之间使用中性图像。 虽然前面的中性图像块用于衡量情绪激动图像期间的响应程度,但是根据所观察的图像(即,飞机的图像),某些个体对中性图像的响应可能高于其他人的中性图像。在一个害怕飞行的人中。 至于性别差异,月经周期及其对交感神经活动和情绪的影响是情绪研究中需要考虑的另一个因素,因为在月经周期的不同阶段发现了生理功能的差异(Goldstein)等人, 2005; 卡特等人, 2013)。 然而,对于我们的研究,没有监测,并且无论月经周期的阶段如何,女性的反应都在一起呈现; 在未来的研究中,很可能值得研究月经状况的影响。

结论

使用神经内微电极直接记录针对皮肤的节后交感神经轴突,我们已经确定地表明,在对色情和肢解的图像的交感神经反应中确实存在性别差异。 通过皮肤交感神经流出汗液释放或皮肤血流的间接测量以及其他间接自主测量,例如心率,血压和呼吸,无法辨别这种差异。

利益冲突声明

作者声明,研究是在没有任何可被解释为潜在利益冲突的商业或金融关系的情况下进行的。

致谢

这项工作得到了澳大利亚国家健康与医学研究委员会的支持。 我们感谢Elie Hammam和Azharuddin Fazalbhoy在一些实验中提供的帮助。

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