Towards a constructionist approach to emotions : verification of the three-dimensional model of affect with EEG-independent component analysis

The locationist model of affect, which assumes separate brain structures devoted to particular discrete emotions, is currently being questioned as it has not received enough convincing experimental support. An alternative, constructionist approach suggests that our emotional states emerge from the interaction between brain functional networks, which are related to more general, continuous affective categories. In the study, we tested whether the three-dimensional model of affect based on valence, arousal, and dominance (VAD) can reflect brain activity in a more coherent way than the traditional locationist approach. Independent components of brain activity were derived from spontaneous EEG recordings and localized using the DIPFIT method. The correspondence between the spectral power of the revealed brain sources and a mood self-report quantified on the VAD space was analysed. Activation of four (out of nine) clusters of independent brain sources could be successfully explained by the specific combination of three VAD dimensions. The results support the constructionist theory of emotions

Mózgowe mechanizmy kontroli emocji : rola procesów uwagowych i poznawczych w reinterpretacji

Tło i cel. Badania prowadzone na gruncie psychologii emocji wskazują, iż skuteczne kontrolowanie negatywnych emocji jest podstawą zdrowia psychicznego, a najbardziej skuteczną strategią ich kontroli jest reinterpretacja poznawcza (ang. reappraisal, cognitive control of emotion). Reinterpretacja poznawcza polega na zmianie sposobu myślenia o negatywnym bodźcu poprzez nadanie mu nowego znaczenia, tak by jego odbiór stał się bardziej neutralny. Dzięki temu, negatywność przeżywanych emocji zostaje znacząco obniżona. Na przykład, osoba widząca scenę groźnego wypadku samochodowego może zastosować strategię reinterpretacji, myśląc, że "choć wypadek wygląda poważnie, wszyscy jego uczestnicy wyszli ze zdarzenia bez szwanku". Pomimo, iż skutki stosowania strategii reinterpretacji są dobrze poznane i wyjaśnione w literaturze, a strategia jest szeroko wykorzystywana w praktyce terapeutycznej, nadal nie wiadomo jaki mózgowy mechanizm odpowiada za jej działanie. Mechanizm proponowany w literaturze jest bowiem niespecyficzny i nie tłumaczy istoty jej działania. Obszar mózgu aktywowany podczas reinterpretacji poznawczej - głównie grzbietowa-boczna kora przedczołowa (ang. dorsolateral prefrontal cortex, DLPFC) - uważany za mózgowy substrat reinterpretacji, jest aktywny także podczas innych operacji umysłowych na materiale emocjonalnym. Sugeruje to, iż pewne etapy przetwarzania bodźca emocjonalnego obecne w reinterpretacji są wspólne różnym operacjom poznawczym, stanowiąc przyczynę zbieżnych aktywacji. Istotnie, zanim bodźcowi emocjonalnego, w toku reinterpretacji, zostanie nadane nowe znaczenie (etap nadania znaczenia), najpierw musi on zostać zarejestrowany przez system uwagowy (etap uwagowy), a następnie przetworzony przez system poznawczy (etap poznawczej elaboracji). Choć zidentyfikowanie roli reinterpretacji w każdym z wymienionych etapów wydaje się być kluczowe dla zrozumienia specyficznego mechanizmu jej działania, żadne z dotychczasowych badań nie podjęło takiej próby, sprowadzając proces reinterpretacji wyłącznie do etapu nadania znaczenia. Celem mojej rozprawy doktorskiej było głębsze poznanie mózgowego mechanizmu reinterpretacji poznawczej poprzez uwzględnienie w analizie nie tylko etapu nadania znaczenia, ale także poprzedzających go etapów uwagowego i poznawczego. Dzięki wykorzystywaniu zaawansowanych sposobów analizy aktywności bioelektrycznej mózgu (EEG) oraz innowacyjnej metodologii, seria moich trzech oryginalnych badań znacząco przybliżyły mnie do tego celu, potwierdzając, iż uwzględnienie trójetapowości procesu reinterpretacji jest kluczowe dla zrozumienia mechanizmu jej działania. Eksperyment 1. Celem eksperymentu 1 było sprawdzenie możliwości występowania oddziaływań pomiędzy DPLFC, mózgowym substratem reinterpretacji, a obszarami związanymi z działaniem uwagi i percepcji, stanowiącymi substrat pierwszego etapu reinterpretacji. W badaniu mierzono aktywność elektryczną mózgu podczas zadania reinterpretacji i w warunku kontrolnym. W analizie danych wykorzystano innowacyjną metodę z klasy effective connectivity (DTF). Metoda pozwoliła bardzo precyzyjnie oszacować kierunek i przyczynowość interakcji pomiędzy analizowanymi obszarami kory mózgowej, a w efekcie określić wpływ DLPFC na uwagowy etap reinterpretacji. Warto podkreślić, że metoda DTF została po raz pierwszy wykorzystana w badaniach nad reinterpretacją, co umożliwiło uzyskanie prekursorskich wyników. Proces reinterpretacji istotnie wiązał się z odziaływaniem DLPFC na rejony percepcyjno-uwagowe. W efekcie, badanie dowiodło, że mózgowy mechanizm reinterpretacji jest związany z wpływem na procesy uwagowe, stanowiące pierwszy etap przetwarzania bodźca emocjonalnego. Jest to teza, której nigdy wcześniej nie udało się potwierdzić. Eksperyment 2. Celem drugiego badania było sprawdzenie czy bardzo proste zadania - które podobnie jak reinterpretacja - angażują odgórne procesy sterowania uwagą - mogą wpływać na przetwarzanie emocjonalnych bodźców. W celu wyizolowania tych procesów, zaprojektowano specjalne zadanie, w którym uczestnicy badania musieli reagować na niewielkie litery prezentowane na zdjęciach. W zależności od różnych warunków badania, natężenie odgórnych procesów uwagi nie było nasilone lub było nasilone w stopniu niewielkim lub umiarkowanym. Używając metody potencjałów wywołanych, wykazano, iż w warunkach natężenia procesów uwagi odgórnej - zmniejsza się głębokość przetwarzania zdjęć. Badanie dowiodło, iż nawet bardzo niewielkie zaangażowanie procesów odgórnej uwagi może wpłynąć na sposób przetwarzania bodźców. Jednocześnie wskazuje, iż samo zaangażowanie takich procesów w reinterpretacji może być istotnym czynnikiem stanowiącym o mechanizmie jej działania. Eksperyment 3. Celem trzeciego eksperymentu było określenie roli etapu poznawczej elaboracji bodźca w mechanizmie działania reinterpretacji. Celowi temu służyć miała innowacyjna procedura badawcza. Zaprojektowano warunek badawczy, nazwany zadaniem retrospekcji. Zadanie polegało na wyobrażeniu tego, co mogło się stać na chwilę przed zrobieniem zaprezentowanego zdjęcia. Podobnie jak warunek reinterpretacji, warunek retrospekcji wymagał procesów elaboracji bodźca: zrozumienia zaprezentowanej sceny oraz stworzenia na jej podstawie wyobrażenia. To, co różniło warunki reinterpretacji i retrospekcji to fakt, że tylko w warunku reinterpretacji występował specyficzny etap nadania nowego znaczenia bodźcowi, etap stanowiący istotę procesu reinterpretacji. W porównaniu z warunkiem kontrolnym, emocjonalna odpowiedź mózgu (komponent LPP) na prezentowane zdjęcia była mniejsza: zarówno w warunku retrospekcji jak i warunku reinterpretacji. Potwierdza to moje założenia, iż same procesy elaboracji bodźca, poprzedzające nadanie mu nowej interpretacji mogą obniżyć odpowiedź mózgu na emocjonalny bodziec. Nigdy wcześniej nie wykazano, iż procesy poznawczej elaboracji bodźca mogą odgrywać ważną rolę w mechanizmie działania reinterpretacji. Wnioski. Seria trzech dotychczasowych badań jednoznacznie dowodzi, że, reinterpretacja poznawcza nie jest tak prostym i jednorodnym procesem, jak dotychczas zakładano. Aby zrozumieć na czym polega specyficzne działanie reinterpretacji, konieczne jest oddzielenie jej poszczególnych etapów. Jej oddziaływania mogą bowiem dotyczyć uwagowego etapu przetwarzania bodźca, a poznawcza elaboracja, obok nadania nowego znaczenia, także może przyczyniać się do obniżenia emocjonalności przetwarzanego bodźca. Zaprezentowane wyniki badań są nie tylko nowatorskie (metoda DTF, zadanie retrospekcji) i przyczyniają się do głębszego zrozumienia reinterpretacji poznawczej na podstawowym poziomie procesów mózgowych, ale również mają duże znaczenie społeczne, gdyż reinterpretacja stanowi najbardziej skuteczną metodę radzenia sobie z negatywnymi emocjami. Dodatkowo, moje badania wskazują na nadmierny redukcjonizm podejścia naukowców, traktujących reinterpretację jako proces jednoetapowy. Na podstawie uzyskanych wyników oraz istniejącej literatury proponuję nowy, wieloetapowy model działania reinterpretacji, który w lepszy sposób tłumaczy istotę jej działania.Background and aim. Research conducted in the field of psychology of emotions indicates that effective control of negative emotions determines our mental health, and that the most effective strategy for controlling negative emotions is reappraisal. The strategy is used to decrease the intensity of affective responses by conceptually reinterpreting the meaning of the emotionally arousing stimuli. For example, when one is viewing an unpleasant scene of a car accident, he or she can downregulate intensity of emotional reaction by imaging an optimistic outcome of the situation (e.g. "All accident victims will recover fully soon"). Although the effects of reappraisal usage are well understood, it is still unclear what brain mechanism is responsible for the effectiveness of the strategy. The area of the brain considered to be the cerebral substrate of the reappraisal (mainly the dorsolateral prefrontal cortex, DLPFC) is also active during other mental operations carried out on emotional material. This suggests that some stages of emotional stimuli processing present in reappraisal are shared between various cognitive operations. Indeed, during reappraisal process, before a new interpretation is given to the emotional stimulus (the stage of cognitive change), the stimulus must first be registered by the attentional systems (attentional stage), and then understood and processed by the cognitive system (stage of cognitive elaboration). Although identifying the role of reappraisal in each of these stages seems to be crucial for understanding the specific mechanism of reappraisal effectiveness, none of the research so far undertaken such an attempt. Instead, the whole reappraisal process has been reduced only to the stage of cognitive change. The aim of my doctoral dissertation was to understand the brain mechanism of reappraisal more deeply by taking into account all of the postulated reappraisal stages. Thanks to the use of advanced methods of analysis and innovative methodology, a series of my three original studies have significantly brought me closer to this goal, confirming that the assumption about the three-stages of reappraisal process is crucial to understand the mechanism of its effectiveness. Experiment 1. The aim of experiment 1 was to check the possibility of interactions between DLPFC (the brain substrate of reappraisal) and areas related to the operation of attention and perception (which are the substrate of the first stage of stimuli processing in reappraisal). In the study I measured the electrical activity of the brain (EEG) during the reappraisal task and control condition. The data analysis was conducted with an usage of an advanced method for estimating cortical effective connectivity (Directed Transfer Function, DTF). The DTF method allowed for a very precise estimation of the directions of interactions between the analysed areas of the cerebral cortex. Moreover, the DTF method was used for the first time in reappraisal research, which made it possible to obtain novel results. Compared with the control condition, the reappraisal was associated with the top-down influences from the DLPFC towards perceptual and attention areas. As such, the research proved that the brain mechanism of reappraisal is related to the influence on attention processes, constituting the first stage of emotional stimulus processing. This is the thesis that has never been confirmed before. Experiment 2. The purpose of the second study was to check whether very simple attentional tasks - which, like reappraisal - involve top-down attention control processes - can affect the processing of emotional stimuli. In order to isolate these processes, a special task was designed in which participants had to respond to the small letters imposed on the pictures. Depending on the different conditions, the intensification of top-down attention processes was relatively small, moderate or not present at all (control condition). Using the evoked potential method (ERP), it was shown that activation of top-down attention processes decreases the depth of image processing. As such, the study indicated that the mere involvement of such processes during reappraisal can be an important factor determining its effectiveness. Experiment 3. The purpose of the third experiment was to determine the role of the cognitive elaboration stage in the mechanism of reappraisal. The innovative research procedure was designed to serve this purpose. An additional control condition - called a retrospective task - was introduced. The task was to imagine what could have happened a moment before the presented photo was taken. Like the condition of reappraisal, the condition of retrospection required involvement elaboration processes: participants needed to see the presented scene, understand its content, and create some alternative imagination of the situation. What distinguished the conditions of reappraisal and retrospection was the fact that only the reappraisal condition required a specific process of giving a new meaning to the stimulus (cognitive change stage). This design allowed to isolate unspecific factors that could affect image processing during reappraisal procedures (cognitive elaboration stage). The evoked potentials (ERP) in response to the images were measured. In comparison with the control condition, the emotional response of the brain (LPP component) was smaller both in the condition of retrospection and the condition of reappraisal. This confirms my assumptions that the processes of elaboration of the stimulus, preceding the stage of giving it a new interpretation, can lower the brain's response to the emotional stimulus. It has never been demonstrated before that the processes of elaboration can play an important role in the mechanism of reappraisal. Conclusions. A series of three studies clearly proves that reappraisal is not as simple and homogeneous process as it was assumed to be so far. In order to understand the effectiveness of reappraisal, it is necessary to separate its individual stages. It has been proved that regulatory effects of reappraisal are caused not only by giving a new meaning to stimuli (cognitive change stage) but also by unspecific processes of attentional involvement (attentional stage), and the cognitive elaboration of stimuli (cognitive elaboration stage). The presented research results are innovative (DTF method, retrospective task) and contribute to a deeper understanding of reappraisal mechanism. Overall, my doctoral dissertation indicates excessive reductionism of the approach of scientists treating reappraisal as a one-step process. Based on the obtained results and existing literature, I propose a new, multi-stage, model of reappraisal that better explains the mechanism of the reappraisal's effectiveness

Effective connectivity during visual processing is affected by emotional state

The limitations of our cognitive resources necessitate the selection of relevant information from the incoming visual stream. This selection and prioritizing of stimuli allows the organism to adapt to the current conditions. However, the characteristics of this process vary with time and depend on numerous external and internal factors. The present study was aimed at determining how the emotional state affects effective connectivity between visual, attentional and control brain areas during the perception of affective visual stimuli. The Directed Transfer Function was applied on a 32-electrode EEG recording to quantify the direction and intensity of the information flow during two sessions: positive and negative. These data were correlated with a self-report of the emotional state. We demonstrated that the current mood, as measured by self-report, is a factor which affects the patterns of effective cortical connectivity. An increase in prefrontal top-down control over the visual and attentional areas was revealed in a state of tension. It was accompanied by increased outflow within and from the areas recognized as the ventral attentional network. By contrast, a positive emotional state was associated with heightened flow from the parietal to the occipital area. The functional significance of the revealed effects is discussed

Interactions between the prefrontal cortex and attentional systems during volitional affective regulation : an effective connectivity reappraisal study

Reappraisal is an emotion regulation strategy used to change reactions to emotion-related stimuli by reinterpreting their meaning. During down-regulation of negative emotions, wide areas of the prefrontal cortex (PFC) inhibit emotion-related brain areas such as the amygdala. Little is known, however, about how this control activity influences the earliest stages of affective responses by modulating perceptual and attentional areas. The aim of this study is to identify the connectivity patterns between the PFC and the core regions of two well-known attentional networks: the dorsal attentional network (which controls attention volitionally) and the ventral attentional network (which controls attention spontaneously) during reappraisal. We used a novel method to study emotional control processes: the directed transfer function, an autoregressive effective connectivity method based on Granger causality. It was applied to EEG recordings to quantify the direction and intensity of information flow during passively watching (control condition) or reappraising (experimental condition) negative film clips. Reappraisal was mostly associated with increased top-down influences from the right dorsolateral PFC over attentional and perceptual areas, reaching areas including dorsal attentional regions. The left dorsolateral PFC was associated with the activation of the ventral attentional network. Passively watching clips (control condition) resulted in increased flow from attentional areas to the left dorsolateral PFC, what is interpreted as a monitoring process. Thus, reappraisal seems to be related to both volitional and automatic control of attention, triggered by the right and left dorsolateral PFC respectively

Offline rTMS inhibition of the right dorsolateral prefrontal cortex impairs reappraisal efficacy

In this study we verified the causal role of the bilateral dorsolateral prefrontal cortex (DLPFC) in emotional regulation using a strategy of reappraisal, which involves intentionally changing the meaning of an affective event to reduce its emotional impact. Healthy participants (n = 26; mean age = 25.4) underwent three sessions of inhibitory continuous theta burst stimulation (cTBS) applied on three different days over the left or right DLPFC, or the vertex. After applying the stimulation protocol participants were presented with neutral and negative pictorial stimuli that had to be either passively watched or reappraised. The efficacy of emotional control was quantified using the Late Positive Potential (LPP), the neural marker of motivated attention and elaborated stimulus processing. The results showed that reappraisal was compromised after inhibitory stimulation of the right DLPFC compared to the vertex. This impairment of affective modulation was reflected in both early (350–750 ms) and late (750–1500 ms) time windows. As no session differences during the passive watching conditions were found, the decrease in reappraisal efficacy due to non-specific changes in basic perceptual processing was considered unlikely. Instead, we suggest that inhibition of the right DLPFC primarily affects the top-down mechanism of attentional deployment. This results in disturbances of attentional processes that are necessary to thoroughly elaborate the content of affective stimuli to enable their new, less negative interpretation

Spatiotemporal complexity patterns of resting‐state bioelectrical activity explain fluid intelligence : sex matters

Neural complexity is thought to be associated with efficient information processing but the exact nature of this relation remains unclear. Here, the relationship of fluid intelligence (gf) with the resting‐state EEG (rsEEG) complexity over different timescales and different electrodes was investigated. A 6‐min rsEEG blocks of eyes open were analyzed. The results of 119 subjects (57 men, mean age = 22.85 ± 2.84 years) were examined using multivariate multiscale sample entropy (mMSE) that quantifies changes in information richness of rsEEG in multiple data channels at fine and coarse timescales. gf factor was extracted from six intelligence tests. Partial least square regression analysis revealed that mainly predictors of the rsEEG complexity at coarse timescales in the frontoparietal network (FPN) and the temporo‐parietal complexities at fine timescales were relevant to higher gf. Sex differently affected the relationship between fluid intelligence and EEG complexity at rest. In men, gf was mainly positively related to the complexity at coarse timescales in the FPN. Furthermore, at fine and coarse timescales positive relations in the parietal region were revealed. In women, positive relations with gf were mostly observed for the overall and the coarse complexity in the FPN, whereas negative associations with gf were found for the complexity at fine timescales in the parietal and centro‐temporal region. These outcomes indicate that two separate time pathways (corresponding to fine and coarse timescales) used to characterize rsEEG complexity (expressed by mMSE features) are beneficial for effective information processing

Attractiveness of male risk takers from an evolutionary perspective

Podejmowanie przez mężczyzn ryzykownych działań wydaje się zachowaniem nieprzystosowawczym. Jak jednak przewiduje teoria kosztownych sygnałów (costly signal theory), zachowanie takie może być wskazówką co do atrakcyjności ryzykującego mężczyzny, postrzeganą zarówno przez kobiety jak i innych mężczyzn. Może być również cenną informacją dla postrzegających takie ryzyko. Każda z osób uczestniczących w badaniu (60 kobiet 60 mężczyzn, średnia wieku 18,3) oceniała atrakcyjność mężczyzny w jednym z sześciu filmów o różnym rodzaju ryzyka (brak ryzyka, ryzyko nie – heroiczne, ryzyko heroiczne). Kontrolowano również tendencje do podejmowania ryzyka przez osoby badane oraz ich strategie seksualne. Bohaterzy filmów podejmujący ryzyko heroiczne byli oceniani jako bardziej atrakcyjni niż ci nieryzykujący. Efekt ten był szczególnie wyraźny w przypadku ocen mężczyzn przejawiających niską tendencję do podejmowania ryzyka. Osoby przejawiające nie-heroiczne ryzyko również były oceniane wyżej od tych nie podejmujących ryzyka, jednak w tym przypadku można mówić tylko o silnym trendzie statystycznym. Trend ten szczególnie widoczny był w ocenach kobiet. Oceny dokonywane przez kobiety nie zależały od ich tendencji do podejmowania ryzyka, czy przejawianych strategii seksualnych. Dyskutowane są korzyści, jakie może nieść ryzykowne działanie zarówno dla osoby przejawiającej takie zachowanie jak i osoby obserwującej tą aktywność.Risky behavior seems to be maladaptive. However, the costly signaling theory suggests that some cases of risk taking by males may, in fact, serve the function of signaling the male’s attractiveness toward other females or males. Each of male (n=60) or female (n=60) participant evaluated the attractiveness of nonheroic, heroic risk taker or risk avoider in one of six different movies. Participant’s risk-taking tendencies and sociosexuality were also measured. Heroic risk takers were estimated to be more attractive compared with risk avoiders, with the effect being stronger for male participants who reported low risk-taking tendencies. Nonheroic risk takers were also assessed to be more attractive in comparison with risk avoiders but it was only a considerable trend toward significance with effect being stronger for female participants. Reported female participants’ risk-taking tendencies and sociosexuality was not associated with attractiveness assessment. Several benefits and consequences of risk taking are discussed

Is elaboration of affective content sufficient to attenuate emotional responses during reappraisal procedures?

Reappraisal is an emotion regulation strategy which involves changing the interpretation of emotional stimuli. It decreases measures of negative affect together with markers of emotional processing, including late positive potential (LPP). Affective responses can also be attenuated by various cognitive tasks. As reappraisal tasks require cognitive effort to elaborate emotional stimuli, it is possible that the observed reduction of the LPP amplitude during reinterpretation is, at least partly, caused by an unspecific cognitive activity. The aim of the study was to examine, whether mental activity other than cognitive change carried out directly on affective stimuli can be a factor that significantly modifies the intensity of the emotional responses. Three groups took part in an experiment with standardized emotional pictures: a reappraisal group (trained in reinterpretation), a retro group (trained in cognitive elaboration of emotional stimuli other than cognitive change), and a control group (passive viewing). The early LPP potential showed a main effect of group with the highest amplitude in the control group and the lowest amplitude in the reappraisal group. The retro group revealed no significant differences comparing with the other two groups. The late LPP was indistinguishable in the reappraisal and retro groups, which showed an equal decrease in its amplitude compared to the control group in the case of negative stimuli. Conversely, behavioral ratings collected in a separate group of subjects showed a decrease in negative feelings in the reappraisal group only. We conclude that the LPP component during reappraisal is under additive influence from the cognitive change itself and from unspecific cognitive activity; however, both of them differ in regard to their temporal characteristics