English Summary Human beings are born as social animals. To successfully perform social interactions, our brain needs to distinguish between self and

Transcription

1 University of Groningen Distinguishing and connecting self and others Cui, Fang IMPORTANT NOTE: You are advised to consult the publisher's version (publisher's PDF) if you wish to cite from it. Please check the document version below. Document Version Publisher's PDF, also known as Version of record Publication date: 2013 Link to publication in University of Groningen/UMCG research database Citation for published version (APA): Cui, F. (2013). Distinguishing and connecting self and others: a social neuroscience perspective Groningen: s.n. Copyright Other than for strictly personal use, it is not permitted to download or to forward/distribute the text or part of it without the consent of the author(s) and/or copyright holder(s), unless the work is under an open content license (like Creative Commons). Take-down policy If you believe that this document breaches copyright please contact us providing details, and we will remove access to the work immediately and investigate your claim. Downloaded from the University of Groningen/UMCG research database (Pure): For technical reasons the number of authors shown on this cover page is limited to 10 maximum. Download date:

2 English Summary Human beings are born as social animals. To successfully perform social interactions, our brain needs to distinguish between self and others as well as connect self and others. A nice example of distinguish between self and others is tickling. When you are tickled by another person, you cannot help but giggle. Instead, when you attempt to tickle yourself, you don t feel the same tickle that makes you giggle. The dominant explanation of this difference is that when you tickle yourself, the motor command to move your hand is sent to your body, but a copy of that motor command, called efference copy, is also sent to the somatosensory areas to cancel the sensations caused by the action. This efference copy will not be there if you are tickled by others and the ticke will thus not be cancelled by the efference copy. To better understand this phenomenon, in one of the studies presented in this thesis we tried to localize the origin of this efference copy. We imaged brain activity while people squeezed their hand voluntarily (active condition) and while their hand was moved in a similar way by another person (passive condition) in order to localize the origin of the efference copy. We used functional magnetic resonance imaging (fmri) to capture the brain activity of our participants. When a brain area becomes activated by a task, it requires more oxygen, which will cause a change in the local oxygenation of the blood that in turn influences the local magnetic field and can be measured as a proxy of neural activity using magnetic resonance imaging (MRI). Subjects were lying in the scanner wearing a thin rubber glove on their right hand. Another glove was attached to the back of this glove and was worn by the experimenter. During one of the two conditions the subjects would squeeze a ball of soft material (comparable to self-tickling action of the example). In the other condition the subjects would keep their hands completely relaxed and the experimenter will squeeze the soft ball by gently pressing the subject s hand (comparable to someone else tickling; Figure 1). Figure 1 Electromyography (EMG) was used to measure the muscle activity of the subjects hand during the two conditions and was correlated with the fmri signal. EMG activity measured while the subject moves the hand can be considered a proxy of the efference copy. Brain areas correlated with the EMG will therefore likely be a source or a recipient of the efference copy. We found that the EMG signal can predict activity in primary somatosensory regions, particularly BA2. This result confirmed that during voluntary movement a copy of the motor command used to perform the action is sent to the somatosensory cortices, probably to make prediction on how that action will feel like. Importantly, we could also identify that the likely sources of this efference copy lie in the

3 supplementary motor cortex, and transits through the cerebellum and/or premotor cortex via the posterior parietal lobe, to the somatosensory cortex. This predictive efference copy will not happen when someone else is moving parts of our own body: when someone tickles us, will therefore not easily be able to suppress our reactions. We human beings are also surprisingly good at understanding and predicting other people s actions. Just by looking at how a person reaches for a teacup we often know if he/she will drink tea from it or just wants to wash it. The discovery of mirror neurons in the monkey in 1990s sheds lights on how our brain works to do so: when we observe others performing an action, we activate the same brain areas that are also activated when we perform that action ourselves. In humans, this system of areas is named after the mirror neurons found in monkeys as the mirror neuron system (MNS). Since in human beings, we cannot directly record single neuron activities as systematically as in monkeys, most evidence for the existence of the MNS comes from indirect measurements like fmri or electroencephalography (EEG). Different indices are used in fmri and EEG studies to proxy MNS activity. In fmri, the activity of voxels (the 3D equivalent of a pixel; i.e. a volume element representing a value on a regular grid in a space) that are active both during action execution and action observation is taken to reflect the activity of the MNS. In EEG studies, the power suppression in the alpha band recorded in somatosensory areas on the scalp (mu suppression) is assumed to proxy the same underlying mechanism. Whether the two really measure the same processes was so far unknown. In the second study presented in this thesis, subjects performed hand actions and observed videos showing others performing similar hand actions (Figure 2), while both EEG and fmri signals were recorded - at the same time. Figure 2 The OBS part shows still images of the videos presented to the subjects. The EXE part shows the action execution part, during which subjects performed hand actions inside the scanner. We found that the EEG index (i.e. how much mu-suppression happened at a given trial) co-varied with the fmri index (how much fmri signal occurred in regions involved in both action observation and execution) in most typical MNS regions including inferior parietal lobule (IPL), dorsal premotor (dpm) and BA2, but not BA44 (Pink

4 color in Figure 3). These results provide a basis for integrating more closely the flourishing but often separate literatures on the MNS using fmri and EEG. Figure 3 The White areas represent the MNS, localized using fmri. The blue areas are correlating with mu suppression in the EEG signal. The pink areas are the overlapping areas. Besides understanding other s actions, we human beings also have an excellent ability in empathizing with other s sensations and emotions. The sight of a suffering person makes us feel bad, to the point where we sometimes also feel the pain ourselves. Part of the brain areas activated when we feel the pain ourselves are also activated when we observe other s in pain. However, we do not always empathize to the same degree. We can even feel the pleasure of revenge when we see a person we hate in pain, but we will suffer together with our lovers or close friends. In the third study presented here we tried to test if the responsibility in causing other s pain can modulate the empathy for this pain. For example, will you fell more empathic to a person that broke his leg if a) he is hit by your car or b) he fell down from the stairs himself? To investigate the role of responsibility in causing others pain we recruited two subjects each time: one is in the MRI scanner and the other is outside the scanner (the latter is actually always me). They performed an attention task together. If both of them did the task correctly, the subject outside the scanner (i.e. I) receives a painless, weak electrical shock on the right hand. Otherwise (i.e. if either the participant and/or I made a mistake), I would receive a painful electrical shock. So we have four conditions in total. The subject in the scanner responsibility in causing my pain was modulated accordingly (Table1). Subject s response In the Scanner my response Electrical Shock Applied to me Responsbilty for Pain of the Subject in Scanner Right Right Not painful No Pain Wrong Right Painful No Responsibility Wrong Wrong Painful Shared Responsibility Right Wrong Painful Full Responsibility

5 Table 1 Then we compared the brain activation under different conditions. We found that regions of the functionally localized pain matrix of the subjects (the anterior insula in particular) were activated most strongly when seeing me receive a shock when only the subject had erred (and hence had full responsibility). When both or only I had erred (i.e. subject s shared or no responsibility), significantly weaker vicarious pain-matrix activations were measured (Figure 4). The supplementary motor area played a key role in transforming performance feedback into this modulation of vicarious activation. Figure 4 Green = (Full Responsibility) (Shared Responsibility); Cyan = (Full Responsibility)-(No Responsibility). Red = First-hand painful experience. The white circle is the anterior cingulated cortex; the yellow circle is the insula. Another factor that we assumed to influence empathy for pain is monetary compensation. Imagine you know that a person who broke his arm during work receives a substantial amount of money from insurance for his injury; will you feel better when you see his painful face? Might such compensation, in addition to helping the victim, also serve a social function of comforting the observers? A behavioral study was conducted to test this hypothesis. We recruited subjects and showed them another person (the victim me again!) receiving electrical shocks. Before each electrical shock the subject was informed whether I will receive money for the coming shock or not. After observing the applying of the electrical shock, the subjects were asked to evaluate their feelings and the victim s feelings about the shock. Results were twofold. First, subjects attribute less unpleasantness to victims that received money for a painful shock. Second, subjects themselves, felt more unpleasant when victims received money for a non-painful shock, possibly reflecting jealousy. These results provide novel insights into the social impact of monetary compensation to victims. An fmri study is under preparation to dig the neural mechanism under this effect. For these four years of researching, I went from self to others, from action to emotion, from EEG to fmri, trying to discover the mystery of the social aspect of human nature. There are millions of questions out there, and I am heading to them with curiosity and determination.

6 Dutch Summary Mensen worden geboren als sociale wezens. Voor succesvolle sociale interactie moeten onze hersenen in staat zijn om onderscheid te maken tussen jezelf en anderen maar ook om contact te maken tussen jezelf met anderen. Een goed voorbeeld van onderscheid maken tussen jezelf en anderen is kietelen. Wanneer iemand jou kietelt, ga je vanzelf giechelen. Maar als je probeert jezelf te kietelen, voel je niet dat gevoel waardoor je gaat giechelen. De overheersende verklaring voor dit verschil is dat wanneer je jezelf kietelt, je lichaam de opdracht krijgt om met je hand die beweging te maken, maar een kopie van die opdracht, de zogenaamde efferente kopie, wordt ook verzonden naar de somatosensorische gebieden die ervoor zorgen dat het gevoel dat veroorzaakt wordt door deze handeling wordt uitgeschakeld. Deze efferente kopie ontbreekt als je gekieteld wordt door iemand anders en het gevoel van het kietelen wordt hierdoor ook niet uitgeschakeld. Om dit verschijnsel beter te kunnen begrijpen hebben we in een van de hoofdstukken van dit proefschrift geprobeerd het gebied van deze efferente kopie te localiseren. Met behulp van fmri werd de hersenactiviteit vastgelegd van proefpersonen die vrijwillig in hun hand knepen (actieve conditie) of door een ander in hun hand werden geknepen (passieve conditie). Wanneer een gebied in de hersenen wordt geactiveerd door het uitvoeren van een bepaalde taak is er meer zuurstof nodig; hierdoor ontstaat een verandering in de lokale concentratie van de zuurstof in het bloed die dan weer van invloed is op het lokale magnetische veld en gemeten kan worden als bewijs van neurale activiteit bij MRI gebruik. De proefpersonen lagen in een scanner en droegen een dunne rubberen handschoen aan hun rechterhand. Een andere handschoen zat vast aan de achterkant van deze handschoen en werd gedragen door degene die het experiment uitvoerde. Bij de ene conditie knepen de proefpersonen in een bal van zacht materiaal (te vergelijken met het jezelf kietelen uit het voorbeeld hierboven). Bij de andere conditie hielden de proefpersonen hun handen helemaal stil en kneep degene die het experiment uitvoerde in de bal door zachtjes op de hand van de proefpersoon te drukken (vgl. iemand anders kietelen; Figuur 1). Figuur 1 Door middel van elektromyografie (EMG) werd de spieractiviteit van de hand van de proefpersonen gemeten tijdens deze twee condities en gecorreleerd met het fmri signaal. Het meten van EMG activiteit terwijl de proefpersoon zijn hand beweegt kan beschouwd worden als een bewijs van de efferente kopie. Als gevolg hiervan kunnen hersengebieden die correleren met EMG zowel bron of ontvanger zijn van de efferente kopie. Wij hebben aangetoond dat het EMG signaal activiteit in primaire somatosensorische gebieden kan voorspellen,

7 bijvoorbeeld in BA2. Dit resultaat bevestigde onze aanname dat gedurende een vrijwillige beweging een kopie van de opdracht om een bepaalde beweging te maken wordt verzonden naar de somatosensorische schors, waarschijnlijk met de bedoeling om aan te geven hoe die beweging zal aanvoelen. Bovendien kon worden aangetoond dat de oorsprong van deze efferente kopie gelegen is in de supplementaire motorschors, vervolgens het cerebellum en/of de premotor schors doorkruist via de posterior pariëtale kwab en doorloopt naar de somatosensorische schors. Deze voorspellende efferente kopie treedt niet op wanneer iemand anders delen van ons lichaam beweegt: bij kietelen zal het echter niet eenvoudig zijn een reactie te onderdrukken. Mensen zijn ook bijzonder goed in het begrijpen en voorspellen van andermans handelingen. Uit de manier waarop iemand een theekopje pakt, weten we of hij/zij de thee gaat opdrinken of het kopje pakt om het af te wassen. De ontdekking van spiegelneuronen in de aap in de jaren negentig verschafte ons inzicht in hoe onze hersenen in deze situatie functioneren: wanneer we observeren hoe anderen een bepaalde handeling uitvoeren, worden tegelijkertijd bij ons diezelfde hersengebieden geactiveerd. Bij de mens wordt dit systeem het spiegelneuronen systeem (MNS) genoemd naar de spiegelneuronen die bij de aap werden gevonden. Omdat het bij de mens niet mogelijk is om, zoals bij de aap, systematisch en rechtstreeks single neuron activiteit te meten, wordt het bestaan van MNS grotendeels aangetoond door het uitvoeren van indirecte metingen met behulp van fmri en elektroencephalografie (EEG). Bij deze studies wordt van verschillende indices gebruik gemaakt om MNS activiteit aan te tonen. Bij fmri wordt de activiteit van voxels (de 3D equivalent van een pixel d.w.z. een voxel geeft een waarde aan die aan een volumecel in een driedimensionale ruimte gebonden is) die actief zijn zowel tijdens het uitvoeren van een handeling als bij het observeren van een handeling beschouwd als een weerspiegeling van MNS activiteit. In EEG studies wordt aangenomen dat de kracht onderdrukking in de alfaband gemeten in somatosensorische gebieden van de schedel (mu-onderdrukking) het bewijs is van hetzelfde onderliggende mechanisme. Tot nu toe was niet duidelijk of deze twee technieken dezelfde processen meten. In de tweede studie die in dit proefschrift wordt beschreven gaat het om proefpersonen die handelingen uitvoeren met hun hand en naar een video kijken waarop andere personen dezelfde handelingen uitvoeren (Figuur 2) terwijl tegelijkertijd EEG en fmri signalen worden geregistreerd.

8 Figuur 2 Het OBS gedeelte laat een statische afbeelding zien van de video s die aan de proefpersonen getoond zijn. Het EXE gedeelte laat het actie executie gedeelte zien, waarbij de proefpersonen hand acties hebben uitgevoerd in de scanner. Wij ontdekten dat de EEG index (d.w.z. de mate van mu-onderdrukking tijdens een bepaalde test) co-varieerde met de fmri index (de hoeveelheid fmri signaal in de gebieden betrokken bij observatie en uitvoering van bepaalde handelingen) in de meest kenmerkende MNS gebieden zoals de inferior pariëtale kwab (IPL), dorsale premotor (dpm) en BA2, maar niet inba44 (roze kleur in Figuur 3). Deze resultaten geven zeker aanleiding tot een meer geïntegreerde benadering van de interessante literatuur over MNS en het gebruik van fmri en EEG.

9 Figuur 3 De witte gebieden vertegenwoordigen het spiegelneuronensysteem, gelokaliseerd door middel van fmri. De blauwe gebieden correleren aan mu suppressie in het EEG signaal. De roze gebieden zijn de overlappende gebieden. Figure 4 Green = (Full Responsibility) (Shared Responsibility); Cyan = (Full Responsibility)-(No Responsibility). Red = First-hand painful experience. The white circle is the anterior cingulated cortex; the yellow circle is the insula. Naast het begrijpen van andermans handelingen, beschikt de mens ook over een groot talent om zich in te leven in de gevoelens en emoties van de ander. Als we iemand zien lijden voelen we ons ongelukkig, zozeer soms dat we de pijn bijna zelf voelen/ervaren. Een gedeelte van de hersengebieden die geactiveerd worden als we zelf pijn lijden zijn ook geactiveerd als we naar de pijn van een ander kijken. Echter, we ervaren die pijn niet op dezelfde wijze. We kunnen zelfs wraakgevoelens koesteren bij het zien van pijn in een persoon die we niet mogen, maar leven darentegen wel mee met geliefden en vrienden. De derde studie die hier beschreven wordt richt zich op de vraag in hoeverre de verantwoordelijkheid voor het veroorzaken van de pijn in iemand anders de empathie voor die pijn kan moduleren. Bijvoorbeeld, is je inlevingsvermogen groter voor iemand die zijn been heeft gebroken doordat hij (a) is aangereden door een auto of (b) zelf van de trap is gevallen? Bij ons onderzoek naar de mate waarin verantwoordelijkheid een rol speelt bij het veroorzaken van pijn bij een ander, werden steeds twee personen gebruikt: een persoon in de MRI scanner en de ander buiten de scanner (deze persoon was ikzelf). Beiden voerden tegelijkertijd een aandachtstaak uit. Als ze allebei de taak goed hadden uitgevoerd, kreeg de persoon buiten de scanner een pijnloze, zwakke elektrische schok toegediend op de rechterhand. In het andere geval (d.w.z. als de proefpersoon en/of ikzelf een fout hadden gemaakt) kreeg ik een pijnlijke elektrische schok toegediend. Er zijn dus in totaal 4 condities. De verantwoordelijkheid van de proefpersoon in de scanner werd op dezelfde wijze gemoduleerd (Tabel 1).

10 Respons Mijn Toediening elektrische Verantwoordelijkheid voor pijn Proefpersoon in Respons schok aan mij proefpersoon in scanner scanner Goed Goed Pijnloos Geen oijn Fout Goed Pijnlijk Geen verantwoordelijkheid Fout Fout Pijnlijk Gedeelde verantwoordelijkheid Goed Fout Pijnlijk Volledige verantwoordelijkheid Tabel 1 Vervolgens werd de hersenactiviteit onder andere condities vergeleken. Geconstateerd kon worden dat bepaalde gebieden van de functioneel gelocaliseerde pijn matrix van de proefpersonen (de anterior insula in het bijzonder) zeer sterk waren geactiveerd als ze zagen dat ik een schok kreeg terwijl de proefpersoon een fout had gemaakt (en de volledige verantwoordelijkheid had). Als we allebei of alleen ik een fout maakten (d.w.z. gedeelde of geen verantwoordelijkheid) werd er significant zwakkere pijn matrix activatie gemeten (Figuur 4). Het naastgelegen motorisch schorsgebied speelt kennelijk een sleutelrol bij het omzetten van performance feedback naar de modulatie van imaginaire / plaatsvervangende activatie. Figuur 4 Groen = (Volle Verantwoordelijkheid) (Gedeelde Verantwoordelijkheid); Cyaan = (Volle Verantwoordelijkheid) (Geen Verantwoordelijkheid); Rood = Directe Pijnlijke Ervaring. De Witte cirkel is de Cortex Cingularis Anterior; de Gele cirkel is de Insula. Een andere factor die hoogstwaarschijnlijk empathie kan beïnvloeden is financiële compensatie. Stel je voor dat je iemand kent die tijdens zijn werk een arm heeft gebroken en daarvoor een aanzienlijk geldbedrag van de verzekering heeft ontvangen: voel je je dan beter als je zijn van pijn verwrongen gezicht ziet? Zou deze (financiële) compensatie, naast het helpen van het slachtoffer, ook een sociaal effect kunnen hebben op de toeschouwers, namelijk een gevoel van troost. Om deze hypothese te testen werd een gedragsstudie uitgevoerd. De proefpersonen moesten kijken naar een persoon (het slachtoffer was ik) aan wie elektrische schokken werden toegediend. Voor elke elektrische schok die werd toegediend werd vooraf aan de proefpersoon verteld of ik voor die schok wel of geen geld zou ontvangen. Na het kijken naar het toedienen van de elektrische schok, werd de proefpersonen gevraagd hun gevoelens en die van het slachtoffer te evalueren. De evaluatie leidde tot

11 twee constateringen: proefpersonen vonden het toedienen van een pijnlijke schok niet zo erg voor slachtoffers die hiervoor geld kregen en proefpersonen voelden zich een stuk minder prettig wanneer slachtoffers geld ontvingen voor een pijnloze schok, waarschijnlijk uit een gevoel van jaloezie. Deze resultaten leiden tot nieuwe inzichten in de sociale impact van financiële compensatie voor slachtoffers. Een fmri studie om uit te zoeken wat het neurale mechnisme is wat ten grondslag ligt aan dit effect wordt momenteel voorbereid. De afgelopen vier jaar ben ik tijdens mijn onderzoek gegaan van mijzelf naar anderen, van actie naar emotie, van EEG naar fmri, in de hoop het mysterie van de sociale aspecten van de menselijke natuur te ontdekken. Er zijn nog miljoenen vragen waar ik me in de toekomst over wil buigen vol van nieuwsgierigheid en vastberadenheid.

12 中文摘要 (Chinese Summary) 人类生来就是社会动物 为了顺利进行社会交流, 我们的大脑必须掌握两个技能 : 区别自我和他人 以及 连接自 我和他人 我们的大脑是如何区分自我和他人的呢? 一个有趣的例子是, 我们无法胳肢自己 别人胳肢我们的时候, 我们会忍不住哈哈笑, 可是当我们自己胳肢自己的时候, 即使用同样的力度和动作, 去挠同一个地方, 我们也无法令自己发笑 这是为什么呢? 这是因为但我们准备要胳肢自己的时候, 我们大脑的前动作区会对动作区发出一个动作指令, 与这个动作指令同时发出的, 还有一个指令的拷贝, 这个拷贝不会发到动作区, 而会发到躯体感觉区 当躯体感觉区接受到这个指令拷贝, 它就会自动抵消掉胳肢这个动作可能诱发的躯体感觉 这样我们就不会觉得痒了 而当我们被别人胳肢的时候, 躯体感觉不会被抵消, 所以我们就忍不住大笑了 在本论文第二章的研究中, 我们尝试探索大脑是如何区分 自主动作 和 被动动作 的 所谓 自主动作 是指我们自己主动做出的动作 被动动作 是指我们肢体放松, 由于受到外力而被动做出的动作 我们采用了功能磁共振 (fmri) 这一技术来捕捉大脑的活动 功能磁共振的原理是这样的 : 当大脑某一区域被激活的时候, 这一区域的需氧量变大, 血流量也随之变大 功能磁共振正是通过捕捉血流量的变化让我们得以一窥大脑活动的秘密 在实验中, 志愿者躺在磁共振机中, 他 / 她的左手上戴着一个薄橡胶手套 在手套的手心部位固定着一个泡沫塑料制作的球状物 在手背部固定着另一个相同的橡胶手套, 由实验者佩戴 ( 见图 1) 在 自主动作 条件下, 志愿者自己跟随指令做出挤压塑料球的动作 在 被动动作 条件下, 志愿者放松自己的左手肌肉 由实验者握住志愿者的手指做出相同的挤压动作 在使用功能磁共振记录大脑活动的同时, 我们使用肌电图 (EMG) 记录了志愿者左手肌肉活动的电生理信号 肌电信号反映了志愿者在自主动作的时候, 大脑的前运动区对躯体感觉区发出的动作指令拷贝信号 结果显示, 肌电信号预测了初级躯体感觉区, 特别是 BA2 脑区的激活程度 这个结果告诉我们, 当我们解释初级躯体感觉区 (BA2) 的活动时, 不仅仅要考虑单纯的体感编码, 还要考虑与躯体感觉相关的动作方面的信息 人类在理解和预测他人动作方面能力惊人 当我们看到一个人伸手去拿一个茶杯时, 我们很容易判断他下一步的动作 九十年代, 科学家在恒河猴大脑里发现一种特殊的神经元 这种神经元在恒河猴伸手抓花生的时候被激活 而当恒河猴看到研究者伸手抓花生的时候, 也会被激活 仿佛一面镜子, 反映出它看到的别人做的动作 这类神经元被称为 镜像神经元 这一发现给我们解密人类大脑如何理解他人动作带来了一线曙光 研究发现, 在人类的大脑中也有一套类似的系统, 这套系统不仅在我们自己做动作的时候被激活, 在我们看到他人做动作的时候也会被激活, 从而让我们利用对自己动作系统的理解去迅速地理解他人 这套系统被随之称为 镜像神经系统 (MNS) 在以人类为研究对象的实验中 我们很难像在恒河猴研究中, 可以直接开颅记录单个神经元活动, 所以大部分对人脑中镜像神经系统的研究是来自于间接的, 无创性技术, 比如脑电图和功能磁共振 在功能磁共振研究中, 共同体素 (Shared Voxel) 被用来作为研究指标 体素是指磁共振三维图像里的一个小立方体单位 一般大小为 2 立方毫米 一个体素内包含上万个神经元 所谓 共同体素 是指, 在人自己做动作的时候, 和在他 / 她看到其他人做相同动作的时候, 都被激活的体素 在脑电图的研究中, 人们发现在颅骨的躯体感觉区记录到的一种 8~13 赫兹的脑电波 ( 这一特定脑电成分被称为 mu rhythm) 会在人自己做动作和看到他人做动作的时候波幅减小 Mu 波的抑制被作为对镜像神经系统的脑电研究中使用的指标 但是这两种指标是否都如我们所猜测的那样, 反映了相同脑区 (MNS) 的活动呢? 第三章中的实验就验证了这一假设 在这个实验中, 我们让志愿者观看他人做动作的影片, 或者让他们自己做一些类似的动作 志愿者观看动作和自己做动作时, 他们的大脑活动被磁共振机器记录, 同时他们的脑电活动也被记录了下来 ( 图 2)

13 之后我们将两种数据结合分析发现 脑电指标 (Mu 波的抑制 ) 与核磁指标 ( 共同体素 ) 在大部分 MNS 脑区是共变的 这些脑区包括下顶叶 (Inferior Parietal Lobule), 背外侧运动前皮层 (Dorsal Premotor) 和 BA2, 但是不包括 BA44 区 ( 图 3 的粉色区域 ) 这一结果为更好的整合使用功能磁共振和脑电图两类研究方法获得的结果提供了基础 除了理解他人的动作, 人类也很擅长理解和感知他人的感觉和情绪 当我们看到一个痛苦的人, 我们可能会随之感到痛苦 这就是疼痛共情 研究发现, 一部分在我们自身感到疼痛时被激活的脑区在我们看到他人疼痛时也会被激活 ( 主要包括脑岛, 扣带前回等区域 ) 有趣的是, 我们并不是一直都在与他人共情的 比如我们看到一个自己非常厌恶的人疼痛时, 不仅不会感到痛苦, 相反还会感到复仇的愉悦 而当我们的爱人, 亲友疼痛时, 我们感同身受 在本论文第四章的实验中, 我们研究了 造成他人疼痛的责任 这一因素对疼痛共情的影响 例如, 一个人腿骨折了 A) 是因为你开车不小心撞到了他 B) 因为他自己喝醉了摔下了楼梯 在 A) 中, 你对他的疼痛负有责任, 而在 B) 中, 你没有造成他的疼痛 这两种情况下, 当你看到他痛苦的表情, 你是否会有不同的感受呢? 在实验中, 我们每次招募两名志愿者 一名在核磁机内被扫描, 另一名在机外的房间里 两人在电脑上同时做一个注意力测试游戏 每一次, 如果有一个人做错了, 或者两人都做错了, 在机外的人就会受到疼痛电击一次 在核磁机内的人会通过闭路电视看到另一个人被电击 这样, 核磁机内的人在造成机外人的疼痛中, 有三种不同程度的责任 第一种, 零责任 ( 机外的人做错了, 核磁机内的人没有做错 ); 第二种, 部分责任 ( 两人都做错了 ); 第三种, 全责 ( 只有核磁机内的人做错了 ) 我们比较不同责任情况下, 核磁机内的人看到机外的人被电击时候的大脑活动, 发现当核磁机内的人负全责的时候, 与疼痛共情相关的脑区 ( 如脑岛等 ) 被强烈激活了, 而在部分责任和零责任情况下, 激活则微弱的多 ( 图 4) 我们还发现辅助运动区(Supplementary motor area) 在将责任信息转换为疼痛共情的过程中起了重要作用 另外一个我们认为可能影响疼痛共情的因素是 金钱补偿 比如当你了解到一个因为工作摔断腿的人获得了一大笔经济补偿的时候, 当你看到他痛苦的表情, 你是不是会感觉不那么难受了呢? 事实上, 除了帮助受害者, 金钱补偿的另一个重要社会作用就是减轻这种负性刺激给旁观者带来的压力和不快 为了验证这一假设, 我们进行了一个行为实验 我们招募志愿者, 之后通过闭路电视给他们观看一个人被电击 在每次电击前, 他们会被告知, 下一次电击是否会给予被电击者经济补偿 看完电击后, 他们被要求对被电击者和自己的感受做出主观评价 结果有两方面, 其一, 我们确实发现当疼痛电击得到经济补偿时, 观看者会认为被电击者感受到较低的不愉悦感 另一方面, 我们发现, 当被电击者得到了金钱, 但是没有受到疼痛电击的时候, 观看者会觉得不满, 这种不满程度与嫉妒相关 目前我们在进行一项功能磁共振的实验, 以便进一步探索金钱补偿效应的脑机制 在这四年的时间里, 我的研究课题从动作跨越到情绪, 研究方法从脑电图, 肌电图, 跨越到功能磁共振, 一直在尝 试着解开人脑社会性的秘密 未来有无数的问题在等待着研究者们的努力, 我将满怀好奇心和决心坚定的继续下去