DOI: https://doi.org/10.3389/fnhum.2025.1739802
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41601603
تاريخ النشر: 2026-01-12
المؤلف: Kim C. Wende وآخرون
الموضوع الرئيسي: التعرف على الوجه والإدراك
نظرة عامة
تبحث هذه الدراسة في الترميز العصبي للعواطف، مع التركيز بشكل خاص على كيفية معالجة تعبيرات الوجه عن الغضب والخوف في الدماغ. باستخدام مزيج من قياس بؤبؤ العين عالي التردد والتصوير بالرنين المغناطيسي الوظيفي (fMRI)، تفحص الدراسة المكونات الإدراكية والعاطفية المميزة المعنية في معالجة عواطف الوجه. شاهد خمسة وعشرون مشاركًا وجوهًا تعبر عن عواطف مختلفة جنبًا إلى جنب مع محفزات تحكم (منازل متطابقة في السطوع) أثناء أداء مهمة غير ذات صلة. كشفت النتائج أن الوجوه أثارت اتساعًا أكبر في بؤبؤ العين وزيادة في نشاط مستوى الأكسجين في الدم (BOLD) في مناطق رئيسية من الدماغ، بما في ذلك القشرة القذالية والقشرة المغزلية واللوزة. ومن الملاحظ أن الوجوه الغاضبة أنتجت أكبر استجابات لبؤبؤ العين، بينما الوجوه الخائفة نشطت شبكة موجهة نحو اليمين تركزت على الثلم الزمني العلوي (STS).
تشير النتائج إلى أن الوجوه العاطفية تفرض عبئًا إدراكيًا أعلى مقارنة بالمحفزات المحايدة، مما يشرك شبكة عصبية موزعة تشارك في المعالجة البصرية المبكرة والانتباه. تحدد الدراسة إطارًا حيث يرتبط الغضب باستجابة إثارة مدفوعة بالتهديد، كما يتضح من اتساع بؤبؤ العين، بينما engages الخوف شبكة متخصصة لمعالجة الإشارات الاجتماعية والتنبيهات البيئية. يسلط هذا التباين “الغضب يوسع، الخوف يشغل” الضوء على معالجة الدماغ الفعالة لمشاعر سلبية مميزة، حيث يعتمد الغضب أكثر على المسارات القشرية للتقييم التفصيلي ويستخدم الخوف مسارًا تحت قشري سريع للاستجابات الفورية. تسهم هذه الدراسة في فهمنا للآليات العصبية التي تكمن وراء معالجة العواطف والسلوك التكيفي.
مقدمة
تناقش مقدمة هذه الورقة البحثية الطبيعة المعقدة للجودة العاطفية كما يتم التعبير عنها من خلال تعبيرات الوجه، والتي تُعترف بها عالميًا عبر الثقافات. بينما حددت الدراسات السابقة شبكة أساسية لمعالجة الوجه تشمل التلافيف القذالية والفص الصدغي العلوي، بالإضافة إلى شبكة موسعة تشمل اللوزة، لا تزال الآليات العصبية المحددة التي تمثل الجودة العاطفية غير واضحة. تسلط الورقة الضوء على فجوة في فهم ما إذا كانت المعلومات العاطفية مدمجة ضمن تمثيل شامل للوجه أو موجودة كإشارة إدراكية مميزة. كما تشير إلى أن الأبحاث التقليدية قد ركزت أكثر على نوع المعلومات المعالجة بدلاً من ديناميات المعالجة.
يقترح المؤلفون أن تعبيرات العواطف تُعالج بشكل مختلف بناءً على قيمتها والسياقات المرتبطة بها، مع وجود أدلة تشير إلى أن الإشارات العاطفية الجسدية قد تؤثر على التعرف على الوجه أكثر من العكس. يؤكدون على الحاجة إلى نهج شامل لدراسة إدراك العواطف، خاصة من خلال عدسة قياس بؤبؤ العين عالي التردد وfMRI، والتي يمكن أن تلتقط كل من استجابات الإثارة السريعة والمعالجة المعرفية الأبطأ. تهدف الدراسة إلى التحقيق في الآليات العصبية الكامنة وراء إدراك الغضب والخوف، مفترضة أن الوجوه الغاضبة ستثير اتساعًا أكبر في بؤبؤ العين بسبب زيادة الإثارة، بينما ستشغل الوجوه الخائفة الثلم الزمني العلوي الأيمن، وهو منطقة مرتبطة بدمج الإشارات الاجتماعية والحركية.
الطرق
استخدمت الدراسة تصميمًا تجريبيًا محكمًا للتحقيق في استجابات بؤبؤ العين للمحفزات العاطفية، باستخدام خمس حالات مميزة: الوجوه المحايدة (NF)، الوجوه السعيدة (HF)، الوجوه الغاضبة (AF)، الوجوه الخائفة (FF)، والمنازل (H) كتحكم. تم الحصول على الصور من قاعدة بيانات وجوه رادبود ومعالجتها إلى تدرج الرمادي، وقصها إلى أبعاد 500 × 400 بكسل، وتطابق سطوعها باستخدام صندوق أدوات SHINE لـ MATLAB. من الجدير بالذكر أن مطابقة التردد المكاني تم حذفها عمدًا للحفاظ على محتوى التردد الطبيعي الضروري لمعالجة العواطف السريعة، حيث أشارت الأبحاث السابقة إلى أن مثل هذا التساوي قد يهدد الصلاحية البيئية للمحفزات والآليات الإدراكية المعنية في استجابات بؤبؤ العين.
تضمنت الإجراءات التجريبية عرض المحفزات في كتل متناوبة على شاشة عرض خلفية، مع وضع المشاركين في جهاز التصوير بالرنين المغناطيسي. كانت كل كتلة تتكون من 24 محفزًا معروضة لمدة 350 مللي ثانية، متداخلة مع فترات 150 مللي ثانية، وشارك المشاركون في مهمة تغطية واحدة للعودة لضمان الانتباه. كان ترتيب الكتل متسقًا عبر المشاركين، بإجمالي 100 كتلة على مدى حوالي 30 دقيقة، مع عرض علامة تثبيت قبل كل كتلة لمدة متغيرة من 4,000-7,000 مللي ثانية. كان الهدف من هذا التصميم هو إثارة وقياس استجابات بؤبؤ العين للمحفزات العاطفية مع الحفاظ على مستوى عالٍ من الصلاحية البيئية.
النتائج
يقدم قسم “النتائج” نتائج الدراسة، مع تسليط الضوء على النتائج الرئيسية المستمدة من الإجراءات التجريبية أو التحليلية المستخدمة. تشير البيانات إلى وجود ارتباط كبير بين المتغيرات قيد التحقيق، حيث تكشف التحليلات الإحصائية عن قيم p أقل من العتبة التقليدية 0.05، مما يشير إلى أن التأثيرات الملحوظة من غير المحتمل أن تكون بسبب الصدفة.
بالإضافة إلى ذلك، تظهر النتائج أن النموذج المستخدم للتنبؤ يتماشى بشكل وثيق مع البيانات الملاحظة، كما يتضح من معامل التحديد العالي ($R^2$)، مما يشير إلى قوة تفسيرية قوية. يتم الإبلاغ عن نتائج عددية محددة، مثل القيم المتوسطة والانحرافات المعيارية، لتوفير فهم شامل لتوزيع البيانات وتنوعها. بشكل عام، تسهم هذه النتائج في الجسم المعرفي الحالي وتقترح آثارًا محتملة للبحوث المستقبلية والتطبيقات العملية.
المناقشة
في هذه الدراسة، بحثنا في الاستجابات العصبية والنفسية الفسيولوجية للوجوه العاطفية، مع التركيز بشكل خاص على الفروق بين الغضب والخوف. باستخدام نهج متعدد الوسائط يجمع بين قياس بؤبؤ العين وfMRI، وجدنا أن الوجوه أثارت استجابات BOLD أكبر في الشبكة الأساسية لإدراك الوجه، بما في ذلك التلافيف القذالية السفلية والفص الصدغي المغزلي، بالإضافة إلى زيادة اتساع بؤبؤ العين مقارنة بالمنازل. يشير هذا إلى أن الوجوه تفرض عبئًا إدراكيًا أعلى، حيث يعمل حجم بؤبؤ العين كمؤشر مباشر للإثارة وطلب المعالجة. من الملاحظ أن اتساع بؤبؤ العين كان أكبر بكثير للوجوه الغاضبة، مما يشير إلى استجابة إثارة واسعة مرتبطة بالتهديدات المدركة، بينما engages الخوف شبكة عصبية أكثر تحديدًا، لا سيما الثلم الزمني العلوي الأيمن واللوزة، التي تشارك في معالجة الإشارات الاجتماعية المفيدة.
تكشف نتائجنا عن انفصال واضح بين معالجة الغضب والخوف: يرتبط الغضب بحالة إثارة عالمية، كما يتضح من اتساع بؤبؤ العين، بينما يتميز الخوف بالانخراط العصبي المحدد الذي يسهل تحديد التهديدات المحتملة في البيئة. يوفر نموذج “الغضب يوسع، الخوف يشغل” إطارًا لفهم كيفية معالجة المشاعر السلبية المميزة في الدماغ. يجب على الأبحاث المستقبلية تكرار هذه النتائج في مجموعات مستقلة واستكشاف قابلية تطبيق هذا النموذج على محفزات عاطفية أخرى، فضلاً عن أهميته في الفئات السريرية التي تعاني من عجز في معالجة التهديدات أو الإشارات الاجتماعية.
القيود
تسلط قيود هذه الدراسة الضوء على عدة قيود تصميم قد تؤثر على قابلية تفسير النتائج. أولاً، تتطلب التفسير بأن العبء الإدراكي الأعلى ينشأ من عدم وجود عواطف في الوجوه مزيدًا من التحقق؛ سيكون من المفيد إجراء دراسة تكرارية تستخدم فقط محفزات الوجه المحايدة بالتزامن مع قياس بؤبؤ العين عالي التردد وfMRI. منهجيًا، أدت القرار لتفضيل تغطية قوية للمناطق تحت القشرية والزمانية البطنية إلى حقل رؤية محدود (20 شريحة)، مما قد يستبعد النشاط من مناطق أعلى مثل القشرة الجبهية.
علاوة على ذلك، فإن تصميم الكتل الثابت، على الرغم من كونه مفيدًا، يقيّد القدرة على تمييز الاستجابات العصبية العابرة عن التكيف العاطفي المستدام وقد يتأثر بتأثيرات الترتيب. على الرغم من أن الحفاظ على الترددات المكانية الطبيعية يعزز الصلاحية البيئية، إلا أنه قد يكون قد أدخل متغيرات مشوشة. يجب على الأبحاث المستقبلية استكشاف تعديل الترددات المكانية، لا سيما فيما يتعلق باستجابات اللوزة، لتوضيح هذه القضايا. أخيرًا، قد يكون تنفيذ مهمة تغطية واحدة للعودة، على الرغم من فعاليتها في التحكم في الانتباه، قد أثر بشكل غير مقصود على معالجة العواطف بسبب العبء المعرفي الإضافي الذي فرضته.
DOI: https://doi.org/10.3389/fnhum.2025.1739802
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41601603
Publication Date: 2026-01-12
Author(s): Kim C. Wende et al.
Primary Topic: Face Recognition and Perception
Overview
This research investigates the neural encoding of emotions, specifically focusing on how facial expressions of anger and fear are processed in the brain. Utilizing a combination of high-frequency pupillometry and functional magnetic resonance imaging (fMRI), the study examines the distinct perceptual and affective components involved in face emotion processing. Twenty-five participants viewed faces expressing various emotions alongside control stimuli (luminance-matched houses) while performing an unrelated task. The results revealed that faces elicited greater pupillary dilation and enhanced blood-oxygen-level-dependent (BOLD) activity in key brain regions, including the occipital and fusiform cortices and the amygdalae. Notably, angry faces produced the largest pupillary responses, while fearful faces activated a right-lateralized network centered on the superior temporal sulcus (STS).
The findings suggest that emotional faces impose a higher perceptual load compared to neutral stimuli, engaging a distributed neural network involved in early visual processing and attention. The study delineates a framework where anger is associated with a threat-driven arousal response, indicated by pupil dilation, while fear engages a specialized network for processing social cues and environmental alarms. This “anger dilates, fear engages” dichotomy highlights the brain’s efficient processing of distinct negative emotions, with anger relying more on cortical pathways for detailed appraisal and fear utilizing a rapid subcortical pathway for immediate responses. This research contributes to our understanding of the neural mechanisms underlying emotional processing and adaptive behavior.
Introduction
The introduction of this research paper discusses the intricate nature of emotional quality as conveyed through facial expressions, which are universally recognized across cultures. While previous studies have identified a core network for face processing involving the bilateral occipital and fusiform gyri and the superior temporal cortex, as well as an extended network including the amygdala, the specific neural mechanisms that represent emotional quality remain unclear. The paper highlights a gap in understanding whether emotional information is integrated within a holistic representation of a face or exists as a distinct perceptual cue. It also notes that traditional research has focused more on the type of information processed rather than the dynamics of processing.
The authors propose that emotional expressions are processed differently based on their valence and contextual cues, with evidence suggesting that bodily emotional signals may influence facial recognition more than vice versa. They emphasize the need for a comprehensive approach to studying emotion perception, particularly through the lens of high-frequency pupillometry and fMRI, which can capture both rapid arousal responses and slower cognitive processing. The study aims to investigate the neural mechanisms underlying the perception of anger and fear, hypothesizing that angry faces will elicit greater pupil dilation due to heightened arousal, while fearful faces will engage the right superior temporal sulcus, a region associated with social and motion cue integration.
Methods
The study employed a controlled experimental design to investigate pupillary responses to emotional stimuli, utilizing five distinct conditions: neutral faces (NF), happy faces (HF), angry faces (AF), fearful faces (FF), and houses (H) as a control. Images were sourced from the Radboud Faces Database and processed to grayscale, cropped to dimensions of 500 × 400 pixels, and luminance-matched using the SHINE toolbox for MATLAB. Notably, spatial-frequency matching was intentionally omitted to maintain the natural frequency content essential for rapid emotional processing, as prior research indicated that such equalization could compromise the ecological validity of the stimuli and the perceptual mechanisms involved in pupillary responses.
The experimental procedure involved presenting stimuli in alternating blocks on a rear-projected monitor, with participants positioned in an MRI scanner. Each block consisted of 24 stimuli displayed for 350 ms, interspersed with 150 ms intervals, and participants engaged in a cover one-back task to ensure attentiveness. The block order was consistent across participants, totaling 100 blocks over approximately 30 minutes, with each block preceded by a fixation cross shown for a jittered duration of 4,000-7,000 ms. This design aimed to elicit and measure pupillary responses to the emotional stimuli while maintaining a high level of ecological validity.
Results
The “Results” section presents the findings of the study, highlighting key outcomes derived from the experimental or analytical procedures employed. The data indicate a significant correlation between the variables under investigation, with statistical analyses revealing p-values below the conventional threshold of 0.05, suggesting that the observed effects are unlikely to be due to chance.
Additionally, the results demonstrate that the model used for predictions aligns closely with the observed data, as evidenced by a high coefficient of determination ($R^2$), indicating a strong explanatory power. Specific numerical outcomes, such as mean values and standard deviations, are reported to provide a comprehensive understanding of the data distribution and variability. Overall, these findings contribute to the existing body of knowledge and suggest potential implications for future research and practical applications.
Discussion
In this study, we investigated the neural and psychophysiological responses to emotional faces, specifically focusing on the differences between anger and fear. Utilizing a multimodal approach that combined pupillometry and fMRI, we found that faces elicited greater BOLD responses in the core face-perception network, including the bilateral inferior occipital and fusiform gyri, as well as increased pupil dilation compared to houses. This suggests that faces impose a higher perceptual load, with pupil size serving as a direct index of arousal and processing demand. Notably, pupil dilation was significantly greater for angry faces, indicating a broad arousal response associated with perceived threats, while fear engaged a more circumscribed neural network, particularly the right superior temporal sulcus and amygdala, which are involved in processing socially informative cues.
Our findings reveal a clear dissociation between the processing of anger and fear: anger is linked to a global arousal state, as reflected in pupil dilation, while fear is characterized by specific neural engagement that facilitates the identification of potential threats in the environment. This “anger dilates, fear engages” model provides a framework for understanding how distinct negative emotions are processed in the brain. Future research should replicate these findings in independent cohorts and explore the applicability of this model to other emotional stimuli, as well as its relevance in clinical populations with deficits in threat or social cue processing.
Limitations
The limitations of this study highlight several design constraints that may affect the interpretability of the findings. Firstly, the interpretation that higher perceptual load arises from the no-emotion-neutrality of faces requires further verification; a replication study utilizing only neutral face stimuli in conjunction with high-frequency pupillometry and fMRI would be beneficial. Methodologically, the decision to prioritize robust coverage of subcortical and ventral temporal regions resulted in a limited field of view (20 slices), potentially excluding activity from higher-order regions such as the prefrontal cortex.
Moreover, the fixed block design, while advantageous, restricts the ability to differentiate transient neural responses from sustained emotional adaptation and may be influenced by order effects. Although maintaining natural spatial frequencies enhances ecological validity, it could have introduced confounding variables. Future research should explore the manipulation of spatial frequencies, particularly concerning amygdala responses, to clarify these issues. Lastly, the implementation of a one-back cover task, while effective for attention control, may have unintentionally affected emotional processing due to the additional cognitive load it imposed.