左侧杏仁核的神经信号预测种族的内隐偏见

Original 杨晓飞思影科技 2022-04-16

请点击上面“思影科技”四个字，选择关注我们，思影科技专业于脑影像处理，涵盖（fMRI,结构像,DTI,ASL,EEG/ERP,MEG,FNIRS,眼动）等，希望专业的内容可以给关注者带来帮助，欢迎留言讨论，也欢迎参加思影科技的其他课程。(文末点击即可浏览）

种族和民族偏见是现代社会最紧迫的问题之一。近日，来自约克大学的KeiseIzuma等人使用多体素模式分析（MVPA），发现个体对的其他种族的内隐偏见可以通过左侧杏仁核中的神经信号来预测。虽然已有的社会神经科学研究表明杏仁核是预测种族偏见的关键脑结构，但是杏仁核活动是否反映出对外族群的消极态度或其他问题现在仍不清楚。该研究旨在更严谨地研究杏仁核对外族群的负面偏见的作用。研究者采集了70名日本被试在fMRI内被动地观看外族群（韩国）相关的图像的脑与行为数据。之后，研究者使用多体素模式分析（MVPA），发现日本个体对韩国的内隐评价水平可以通过左侧杏仁核中的神经信号来预测。

其结果进一步表明，杏仁核的内侧和外侧部分在内隐评估中起着不同的作用。而传统的单变量分析未能在脑激活与内隐和外显态度之间找到任何可靠的关系。研究者认为该研究结果为杏仁核在代表内隐偏见形式中的作用提供了证据，并突出了多变量方法揭示这种复杂社会现象的神经特征的效用。

关键字：任务态fMRI；MVPA；IAT；内隐态度；BLOCK设计

人类社会由于群际关系在现代社会中仍然不稳定，因此对群际关系的研究依然非常重要。在过去二十年中，社会神经科学家通过使用脑成像等方法研究了偏见的神经机制。但鉴于该问题的高度复杂性，仍然有许多问题等待解答。前人考虑到杏仁核在恐惧学习中的作用，因此杏仁核被认为是表征潜在负面偏见的脑结构。而且，杏仁核在之前关于种族偏见的神经影像学研究中被频繁提及，然而，过去的研究结果并不一致。并且杏仁核参与对外族群的负面偏见的加工机制仍然不清楚。鉴于偏见的复杂性和多面性，该领域需要一种更强大的方法来揭示其神经特征，尤其是杏仁核在种族偏见中的作用。由于对政治，历史和领土问题的若干争议，近年来日本和韩国这两个邻国的关系恶化。例如，最近对日本在线新闻网站评论的分析显示，随机选择的关于韩国的1000条评论中，有87.6％的日本人表达了对韩国的负面态度，而只有0.7％的人表达了积极的态度。英国广播公司世界服务中心在2010年至2014年间进行的民意调查也显示，过去几年，日本人对韩国的看法越来越消极。该研究的行为数据也证实了日本被试对韩国的负面暗示和明确态度（见下文）。因此，两国之间目前的关系是探索白人与黑人美国背景之外偏见的神经特征的理想群体间背景。

方法

为此本研究招募了71名没有精神病史的右利手日本大学生参加了这项研究。一名被试被排除在分析之外。最终样本由70名被试组成（27 females, mean age = 18.9 years,SD = 1.11 ）。该研究使用西门子3T Verio扫描仪，32导头线圈采集个体任务态和结构态神经影像数据。

被试首先在fMRI中被动地观看日本和韩国相关的图像（图1），被试一共需要观察30个组块（block），包括（1）日本相关block，（2）韩国相关block，（3）休息（固定交叉）block（每类刺激各10个block）。每张日本和韩国的街区图片呈现前都以一个线索词（“日本”或“韩国”;呈现1秒钟）开始。提示之后，在每个block中呈现四个不同的图片（每个图片呈现2秒，然后是0.75秒的试验间隔;参见图1）。每个block持续12秒。在每个trial中，图像略微呈现在屏幕的左侧或右侧，并且要求被试按下两个键中的一个来指示图像是否出现在屏幕的左侧或右侧。而且，为了防止被试在扫描之前抑制通过查看每张图片而自动引发的情绪，他们被告知该研究有兴趣调查研究者如何看待各种社交图像（扫描期间被试从未被明确要求考虑他们的感受如何）。被试完成了6分钟的该程序后（12秒×30块）。研究者为了研究对种族偏见的个体差异与大脑激活的关系，因此所有被试都固定了block的顺序（以及每个block内的试验顺序）。此外，研究者避免使用面部作为实验刺激，因为对面部的可信度/吸引力判断也会影响杏仁核（和其他大脑区域）活动。

图1.实验任务

在fMRI扫描后，被试被要求执行总共四项行为任务：

1)信任博弈任务

2)单类别内隐联想测验（SC-IAT），衡量对韩国的内隐态度

3)测量对日本的内隐态度（SC-IAT）

4)测量对日本和韩国的外显态度（The Semantic Differential Scale ）。

由于研究者感兴趣的是杏仁核活动是否与对韩国的态度有关，遂研究者采用SC-IAT（Karpinski&Steinman，2006）而不是传统的IAT（Greenwaldet al ，1998）。所有被试均按此固定顺序完成以上四项任务。

fMRI数据分析

本研究使用SPM8完成fMRI数据的预处理和分析。在数据处理和统计分析之前，研究者剔除了前四个volums以保证T1平衡。研究者对功能像首先进行了slice timing，之后进行了头动校正（头动剔除标准为3mm，没有被试超过此标准）。在头动校正后，使用从每个被试的第一个EPI图像的标准化获得的变换矩阵，将个体图像标准化为MNI空间，使用仿射变换（重采样为3.0×3.0×3.0mm的体素大小）将每个被试标准化到EPI模板。最后使用8mm的高斯核（半高全宽）对标准化的fMRI数据进行空间平滑。由于杏仁核ROI的体素大小很小（左侧杏仁核 = 54体素，右侧杏仁核 = 63体素），研究者还报告了仅针对杏仁核ROI的未平滑数据的MVPA结果。

研究者首先进行了全脑的GLM分析（单变量分析）。一阶分析中每个日本和韩国block都是单独建模的（duration= 12s ec）。六个头部运动参数也被包括在模型中作为协变量回归，而且，为每个被试创建了三个对比图像：

（1）韩国街区的对比图像（与休息相比）

（2）日本街区的对比图像（与休息相比）

（3）韩国与日本街区的对比图像。

之后进行了二阶分析，随后的MVPA分析中也使用相同的三个对比图像。二阶分析中，研究者将个体对韩国SC-IAT得分和对韩国的外显态度得分作为相关变量输入，以测试内隐或外显态度是否与大脑中的激活线性相关。同样，对于个体日本SC-IAT得分和日本的外显态度得分也作为相关变量输入。最后，为了测试个体对日本和韩国之间的相对态度是否与大脑激活线性相关，也进行了韩国VS日本的二阶分析，并且将SC-IAT得分差异（日本SC-IAT得分减去韩国 SC-IAT得分）、外显态度得分的差异和信任博弈中的差异（向日本合作伙伴提供的平均金额减去韩国合作伙伴提供的平均金额）作为相关变量输入。统计阈值设置为p <0.001 voxel wise（未校正）和cluster p<0.05（FWE校正多重比较）。

研究者还进行了ROI分析。前人的神经影像学研究已经明确了一个涉及种族偏见的大脑区域网络（偏见网络），其中包括前岛叶，纹状体，腹侧内侧前额叶皮质，眶额皮质以及杏仁核。在这些大脑区域中，研究者特别关注杏仁核，因为之前的研究报道了杏仁核活动与种族IAT评分之间的联系。因此研究者从左右侧杏仁核ROI中各提取了β值并探究了这些神经活动是否与每个偏见的行为指数相关。

MVPA分析：为了从神经信号中解码对韩国（和日本）的内隐和外显态度，研究者采用支持向量回归（SVR），在LIBSVM中实现，使用线性核核函数，默认正则化参数为c = 1（所有其他参数也设置为默认值）。此外，研究者还使用包含79个解剖脑区中的每一个的信号进行了探索性MVPA。研究者使用用于SPM的WFU pickatlas工具箱来定义每个ROI。为了测试右侧和左侧杏仁核ROI中的神经信号是否可以预测韩国的内隐和外显态度，研究者分别使用韩国的SC-IAT得分和外显分数来解释内隐和外显态度。

此外，研究者研究了是否可以基于相对神经信号解码日本和韩国之间的相对态度。为此，研究者使用SC-IAT差异分数，外显量表的差异分数和信任博弈差异分数作为标签。研究者对于每个MVPA分析，使用了10则平衡交叉验证程序计算预测效果：研究者首先将被试划分为10组（每组7个人），以便在解读对韩国的内隐态度时，这10个组大致具有相同韩国的SC-IAT得分均数和方差（或外显得分差异）。在每个交叉验证中，省略了一个组，并且使用来自所有其他组中的被试的数据执行SVR，然后在左外组中的被试上进行测试。对每组重复该过程（总共10次），并计算实际SC-IAT得分（或外显量表得分）与预测得分之间的Pearson相关系数。此外，为了探索偏见网络之外的大脑区域是否可以预测内隐或外显分数，研究者使用来自偏见网络之外的总共73个区域中的每一个的神经信号重复上述分析。使用置换测试评估每个ROI中的预测效果。研究者创建了5,000个随机混乱的IAT或外显量表分数排列，并使用每个ROI中的置换数据运行SVR，以获得零假设下预测分数和实际分数之间的相关性分布。

结果

行为结果

日本被试确实对韩国有明显的外显和内隐的负性偏见。

图2.行为实验结果

1)在信任博弈游戏中，被试相比于韩国（mean= 3.63，SD = 1.12）对日本（mean= 5.34，SD = 0.99）的态度更为积极。被试对日本与韩国的差异性内隐和显性评估也反映在信任行为中，与韩国合作伙伴相比，被试向日本合作伙伴转移了更多的钱(Japan mean = 194.4 yen, SD = 114.7, South Korea mean =172.2 yen, SD= 110.0; t(68) = 5.54, p < 0.001, d = 0.20, paired t-test; Figure 2c) 。

2）SC-IAT结果：个体对日本的SC-IAT得分显着高于韩国SC-IAT的得分（日本：mean= 0.05，SD = 0.32，韩国：mean= -0.30，SD = 0.31; t（69）=7.72，p <0.001，d = 1.12 ，paired t-test;图2b），而且韩国SC-IAT得分显着为负（t（69））= 8.13，p <0.001，Cohen’d = 0.97，one-sample t-test），表明对韩国存在负性的内隐态度（即内隐偏见）。

3)被试对日本与韩国的外显得分差异显著(t(69) = 11.14, p< 0.001, d = 1.62, paired t-test; 图2a) ，韩国得分显著低于中点（t（69）= 2.79，p = 0.007，Cohen’d = 0.33，one-sample t-test）表明日本被试分别对日本和韩国持正面和负面的态度。

fMRI结果（MVPA）

研究者首先研究了杏仁核中的神经信号是否可以预测对韩国的内隐（和外显）态度。结果显示左侧杏仁核中的神经信号显着预测了韩国的内隐评价（r（68）= 0.31，Pperm= 0.021;图3）。由于预测得分中的一个数据点被确定为基于Grubbs检验的异常值（p = 0.028），研究者还计算了Spearman的秩相关性，结果仍然显着（rs（52）= 0.28，Pperm =0.035）。相反，基于正确杏仁核激活的预测不显着。因此，结果表明，根据其内隐态度，被动观察韩国相关图像会在不同个体的左侧杏仁核中自动引起类似的神经反应。鉴于杏仁核ROI的体积小，研究者也对未平滑的数据进行了相同的MVPA分析，发现左侧杏仁核的预测性能得到改善（r（68）= 0.40，Pperm =0.005），但是右侧杏仁核仍无显着性。

图3.MVPA结果

由于杏仁核的不同亚区域可能在偏见中起到不同作用的可能性，研究者又继续探究了左侧杏仁核ROI中权重值的分布。结果显示，杏仁核内侧部分的体素权重值趋于正值，而外侧部分的体素权重值趋于负值（图4a）。虽然上述分析表明左侧杏仁核的内侧和外侧部分在内隐偏见中起着不同的作用，但是对于分类器权重的结果需要谨慎解释，因为它们不能简单地反映每个体素中信号的振幅。因此，为了进一步研究左侧杏仁核内不同部位如何与内隐偏见的个体差异相关，研究者计算了韩国SC-IAT得分与韩国block中信号幅度（即单变量激活）之间的Pearson相关性。左侧杏仁核ROI中包含54个体素，54个相关系数的范围从r =-0.08到r = 0.30（mean = 0.09，sd= 0.10）。由于所有x，y和z坐标值都不是正态分布的，研究者计算了相关系数与x坐标，y坐标和z坐标中的每一个之间的Spearman等级相关性。与上面报告的权重图结果一致，结果显示与x坐标存在显着正相关（rs（52）= 0.77，p <0.001，表明左侧杏仁核的内侧部分（即中央核）激活更强（图4b）。由于x，y，z-坐标不是完全独立的（即左侧杏仁核ROI不是完整的球体），研究者还发现与y坐标显着正相关（rs（52）= 0.47，p = 0.003），并且z坐标也显示出显着的趋势（rs（52）= 0.23，p = 0.09）（图4）。

图4.左侧杏仁核的权重与相关map

研究者对杏仁核以外的每个脑区重复了相同的MVPA分析。在总共79个区域中，只有4个区域（右前岛叶，左中额叶回，右侧梭状回和右侧舌回）可以预测韩国对Pperm<0.05（未矫正）的内隐态度（未能通过FDR校正）。

但研究者发现与内隐态度性相比，左右杏仁核均无法预测外显量表得分。而且即使联合偏见网络中的某些ROI，预测也不显着。

fMRI结果（单变量分析）

结果显示，两个半球的杏仁核活动内隐偏见无关。研究者进一步进行了全脑分析，并研究了SC-IAT差异得分是否与杏仁核以外的区域的激活显着相关。然而，SC-IAT差异得分与任何大脑区域的激活没有显着相关性。即使阈值降低至p <0.01，研究者也未发现杏仁核或偏见网络中任何区域的任何显着激活。同样，左右杏仁核ROI中的活动也与日本和韩国之间的外显态度差异无关。之后研究者又进行了一系列分析，其发现单变量分析未能显示内隐（和外显）态度与脑活动之间的任何可靠关系，也没有发现信任博弈行为与神经活动之间存在任何重要关联。

结论：

该研究使用MVPA，发现左侧杏仁核的神经活动可以预测日本被试对韩国内隐负性偏见。由于样本量（n = 70）远大于之前的研究，本研究提供了可靠的证据，证明左侧杏仁核是参与加工种族外群的内隐负性偏见的关键脑区。研究结果还表明，尽管与性别和年龄的刻板印象相比，不同文化中的种族偏见更加不同，但是杏仁核与种族或种族外群体的内隐否定评价之间的联系可能在不同的群体间背景下得到推广，超越白人与黑人之间的群际关。虽然这种想法应该在未来的研究中得到正式的检验，但是杏仁核在对社会群体以及非社会群体的内隐态度中起着关键作用。诸如IAT之类的态度的内隐测验被认为是衡量存储在存储器（即大脑）中的自动激活的评价关联（例如，外群和负价词之间的关联）的强度（因此，目前的结果表明，对韩国人与日本人所拥有的消极性之间的关联可能存储在左侧杏仁核中。相比之下，对韩国的外显评估与神经信号没有很强的相关性。因此，通过对韩国相关图像的被动观察自动引发的神经激活预测了韩国的内隐（自动）评估，而不是显性评估。

一句话总结：研究者使用MVPA（多体素模式分析），发现个体对其他种族的内隐偏见可以通过左侧杏仁核中的神经信号来预测。

原文：