用于情感面部识别的共享及文化特异性脑网络：预测建模提供的证据

《Neuropsychologia》：Shared and culture-specific brain networks for emotional facial discrimination: Evidence from predictive modeling

　　托卢瓦尼·琼·阿莫斯|韩伟捷|孙瑞丽|金振兰|张俊俊|李玲 中国四川成都四川大学华西医院心理健康中心与精神病学研究所，邮编610065

摘要
情感面部表情是普遍可被感知的，还是具有文化特异性，这一直是情感神经科学领域的争论焦点。为探讨这一问题，我们采用基于连接组的预测建模方法，分析在情感面部识别任务中获取的全脑连接数据，研究文化因素对美国白人和汉族人情感面部感知的影响。研究结果表明，两组人在情感面部识别能力上的个体差异均可通过预测模型加以解释。然而，两组之间的网络预测因子存在较多差异，运动区、下半月状叶及顶点在网络结构和节点层面均表现为共同的枢纽。同时也存在群体特有模式：在汉族人群中，独特的预测节点包括枕下回、扣带回和小脑扁桃体，其预测作用主要源于小脑与运动的相互作用；而美国白人群体则表现出颞上回、结节及顶点的显著参与，其预测功能主要由运动网络驱动。值得注意的是，以美国白人为样本训练的预测模型能够有效用于汉族人的预测，反之则不成立。这些差异可能反映出核心预测网络的功能重要性存在文化差异。分类分析进一步验证了CPM识别出的节点的功能重要性，表明这些区域的活动差异能够区分不同文化群体在面对情感面部表情及基准条件时的反应。这些发现为揭示文化如何影响情感面部感知的神经机制提供了独特视角，也凸显了预测建模在文化神经科学中的重要价值。

引言
文化是一个广泛的概念，涵盖了人类制度、社会习俗和生活方式的全面表现（Luo等，2024）。它是一套共享的意义与行为规范体系，影响着人们的注意力、解读方式及行为准则（Gelfand等，2011；Triandis，2004）。随着越来越多的证据表明文化因素会影响多种认知与情感过程，文化-大脑-行为循环模型应运而生（Han和Ma，2015）。该模型认为文化通过为行为提供背景语境来塑造大脑，而大脑则通过行为影响反过来调整文化。这一模型还深化了我们对文化、行为与大脑之间相互关联的理解。

人类社交互动中最基础的内容之一便是情感交流，其主要方式是通过面部表情传递信号（Jack等，2012）。因此，识别、理解并分类通过面部刺激传达的情感表达的能力被称为情感面部感知（Fugate，2013）。这种认知行为对于理解文化差异至关重要，因为它揭示了不同背景的人如何以不同方式解读相同的面部表情，进而影响他们的社交互动方式（Li等，2025）。由于上述情感面部感知的文化差异，学界一直存在争议：情感及其表达和感知究竟是主要基于生物学且具有普遍性，还是深受文化因素影响，从而改变个体的认知过程（Barrett等，2007）。在行为层面，以往关于整体面部感知的研究显示，东方人与西方人在这一能力上存在显著差异，且研究重点多集中在眼睛和嘴巴区域。在比较整体面部与单独眼睛或嘴巴区域的情绪判断准确性时，西方参与者在仅看到眼睛的刺激时准确率下降更明显（Kang等，2019；Saito等，2022），而东方参与者在仅看到嘴巴的刺激时准确率下降更显著（Low等，2022）。同样，在改变面部特征形状的研究中，当嘴巴形状被改变时，西方人通常更准确（Bennett和Sabanovic，2015），或者其情绪强度评分变化更大（Gao和Vanderlaan，2020；Koda和Ruttkay，2014；Yuki等，2007）；而东方人在观察表情符号等抽象面部表情时，对眼睛区域的变化更为敏感（Gao和Vanderlaan，2020；Koda和Ruttkay，2014）。此外，还有研究指出，东方人在处理面部刺激时，分配给眼睛区域的注意力少于西方人，这可能表明在东方文化中，回避视线是一种尊重表现（Gobel等，2017）。

神经影像学中的兴趣区研究显示，在社会情感加工过程中，东方人的右背外侧前额叶皮层活动更强，而西方人的左岛叶和右颞极活动更强（Han和Ma，2014）。另外，东方人在被动观看面部图像时，左梭状面区表现出更强的面部选择性，且该区域的激活更具双侧性，这与西方人相比，更倾向于关注眼睛和嘴巴等面部特征。进一步地，一项基于种子节点的功能连接研究探讨了在东方移民和西方人感知负面情感面部表情时，语言刺激如何影响左下额回的功能活动（Leshin等，2024）。研究结果显示，在观看令人厌恶的面部表情之前，若先呈现与厌恶相关的词汇，东方人的左下额回与双侧舌回、中间颞回及第九脑叶蚓部的功能连接显著减弱，而西方人则不存在此类连接模式变化。

全脑分析方法揭示了西方人与东方人在面对面部表情时的反应存在文化差异（Harada等，2020；Hughes等，2019）。Harada等人（2020）研究了不同社会群体在感知负面情感面部表情时的神经激活受文化因素的影响情况。他们发现，无论是东方人还是西方人，当看到属于自己群体的负面面部表情时，其双侧杏仁核的激活程度都高于看到不属于自己群体的面部表情时的激活程度。Hughes等人（2019）则通过全脑单变量分析，研究了东方人与西方人在被动观看来自自身文化群体或陌生文化群体的中性面部图像时的激活模式差异。他们发现，西方人在观看来自自身文化群体的中性面部图像时，右背外侧前额叶皮层、腹外侧前额叶皮层以及背侧纹状体的激活程度低于观看陌生群体面部图像时的水平，而东方人则没有出现这种神经激活模式。

尽管先前的研究已经证实了文化对情感面部感知及其神经相关机制的影响，但这些研究往往缺乏交叉验证，因此这些神经特征的跨文化普适性尚未得到充分探讨。从预测建模的角度来看，如果能够实现跨文化预测，就说明存在共享的神经生物学机制；而无法实现跨文化预测，则能有力证明文化差异的存在。此外，关于文化如何调节大脑与行为之间关联的证据仍然十分有限。目前仍需进一步突破群体层面比较的局限，转向研究个体差异。具体而言，需要探究全脑功能连接模式是否能够可靠地预测不同文化背景下的情感行为，从而揭示情感大脑的普遍结构与文化特异性结构。

基于连接组的预测建模方法（CPM）（Shen等，2017）通过利用全脑功能连接模式而非预定义的兴趣区或功能边缘来预测行为结果，从而解决了上述局限性。该框架还包括对与目标行为相关的正负功能边缘所对应的神经标志物的解读。此外，该方法内置的交叉验证技术（Lee等，2026；Ysb?k-Nielsen，2024）也有助于提升预测模型在未见数据上的泛化能力。CPM已被广泛应用于预测情感认知及自我报告得分方面的个体差异，这些指标包括孤独感（Feng等，2019）、特质焦虑（Wang等，2021）、创造力焦虑（Ren等，2021）、特质宽容度（Li等，2023）、认知储备（Boyle等，2021）以及儿童期攻击行为（Ibrahim等，2022），所有这些研究均采用了全脑功能连接分析方法。在文化神经科学领域，研究情感面部感知的个体差异具有重要意义，因为这有助于解释为何有些东方人在情感处理上与西方人更为相似，或反之亦然，而这些差异可能受到文化适应、语言、背景及刺激熟悉度等因素的影响（Gendron，2017）。

在我们最近的一项研究中（Amos等，2024），我们采用了改编自Hariri等人（Hariri等，2002）的面部情感识别任务，并运用CPM方法预测了一个新的行为指标——即负面情感面部表情与控制组（几何图形任务）条件之间的中位反应时间差值（ΔMRT）。我们在健康成年人群及青少年样本中使用了这一指标。在此基础上，我们认为ΔMRT可能是一种行为指标，能够反映文化学习如何影响情感面部感知。具体而言，我们计划利用人类连接组项目-青年组数据集（HCP-YA）中的美国白人样本（Van Essen等，2013），以及中国人类连接组项目数据集（CHCP）中的汉族人样本（Ge等，2023），通过CPM框架探讨文化对情感面部识别的影响。为此，我们设定了四个研究目标：首先，通过全脑连接分析，检验ΔMRT是否能够作为情感面部识别的可靠行为指标；其次，研究该模型在美国白人与汉族人之间的跨文化泛化能力，从而判断情感面部感知是否依赖于跨文化的共享神经机制；第三，比较这两组人的全脑功能连接模式，识别其神经机制上的文化差异；最后，通过随机森林分类器测试这些经任务激活的区域是否能够可靠地解码情感面部表情，从而验证CPM识别出的区域的功能重要性。这种创新性的研究方法为跨文化背景下情感面部感知的神经机制提供了全面的验证。

数据集概述
在本研究中，我们分析了来自338名无关参与者的功能性磁共振成像数据及行为数据，其中中国人类连接组项目数据集（CHCP）和人类连接组项目-青年组数据集（HCP-YA）各包含169名参与者。

CHCP数据集
CHCP数据集是与HCP数据集同步收集的，其中包含汉族人的数据，旨在便于比较不同文化背景下的大脑-行为关联。

头部运动控制
在情感面部识别任务的fMRI实验中，我们使用平均帧间位移值来量化头部运动，该数值是在CHCP-YA组和waHCP-YA组的两轮实验中计算得出的。我们在每组内部通过皮尔逊相关性分析，探讨头部运动（平均帧间位移值）与MRT数据之间的潜在关联，因为头部运动可能会干扰功能连接值的估算，进而影响目标行为的预测模型。p值小于0.05表示存在显著关联。在CHCP-YA组中……

讨论
在本研究中，我们通过分析汉族人与美国白人参与者在脑-行为关系方面的个体差异，探讨了情感面部识别背后的共享机制与差异机制。在行为层面，无论是在负面面部表情任务还是几何图形任务条件下，西方群体（美国白人）与东方群体（汉族人）在反应时间方面均无显著统计学差异。然而……

结论
本研究揭示了东方人与西方人在情感面部感知方面存在的共享机制与差异机制。虽然两组内部在反应时间上存在差异，但组间比较显示两组的表现相当，说明各组的认知努力程度大致相同。通过基于连接组的预测建模分析，我们发现CHCP-YA组更依赖于小脑与运动系统的相互作用，而waHCP-YA组则更多地激活运动-内侧前额叶网络。这些……

数据与代码获取说明
原始CPM代码可访问地址：https://github.com/YaleMRRC/CPM。HCP-YA组的影像学数据与行为数据可获取地址：db.humanconnectome.org。CHCP-YA组的大脑影像学数据与行为数据可免费获取地址：https://scidb.cn。

CRediT作者贡献说明
托卢瓦尼·琼·阿莫斯：概念构建、数据整理、正式分析、方法设计、初稿撰写、审稿与编辑。韩伟捷：审稿与编辑。孙瑞丽：审稿与编辑。金振兰：概念构建、正式分析、监督指导。张俊俊：概念构建、正式分析、资金获取、监督指导、审稿与编辑。李玲：概念构建、资金获取、监督指导。

利益冲突声明
作者声明不存在任何利益冲突。

致谢
本研究得到了中国国家自然科学基金（62571096）、四川省科技计划项目（2025ZNSFSC0453）以及四川省博士后创新人才资助项目（BX202402）的支持。