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Zanoni, Annalisa (2010) L' elaborazione dell espressione facciale emozionale in un campione monitorato per l ansia sociale dall infanzia all adolescenza. [Ph.D. thesis]

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Abstract (english)

Facial emotion processing in a longitudinal sample evaluated for Social Anxiety from childhood to adolescence.

The ability to discriminate facial expressions of emotions starts early in life and represents a basic condition for both appropriate social communication and the development of interpersonal relationships. Different emotions convey messages with different social values: a joyful expression indicates social acceptance, angry expressions are typically referred to interpersonal hostility/rejection, and a neutral facial expression is usually categorised as ambiguous or mildly hostile.
Most published studies on the elaboration of emotional expressions have investigated individual similarities rather than differences among individuals. However there are a lot of evidences that have shown an influence of personality and psychopathological variables on the process of elaboration of emotional expressions. In particular, a biased recognition of emotions seems to be present in adults with Social Phobia. Similar results have been shown in developmental samples: children with high levels of a temperamental disposition towards social anxiety make a higher number of mistakes in facial emotion recognition.
The psychopathological phenotypes in the developmental years, including Social Anxiety, are often difficult to study because they are psychometrically unreliable and etiologically multifactorial. This is why structurally simpler markers of vulnerability- endophenotypes- have been eagerly sought for different forms of psychopathology. Endophenotypes are posited to be more directly and strongly influenced by the ultimate sources of individual differences (including genes) than influence phenotypes.
The analysis of cerebral activity, mapped both by elettrophysiological techniques and through brain imaging approaches, can help disentangle the sources of individual differences in elaboration of emotions of facial expressions. Several studies have shown the patterns of activation and deactivation of brain regions in response to affective stimuli, including in subjects with high levels of Social Anxiety. An involvement of the amygdala has been reported by many of these studies.
Moreover, different studies have evaluated the association between some polymorphic genes and patterns of cerebral activity in response to facial expressions. A correlation between the number of short alleles of the 5-HTTLPR gene (5-HT Transporter gene linked polymorphic region) and the threshold of amygdala response has also been reported quite consistently. The same polymorphic gene has been associated to a temperamental disposition towards Social Anxiety and to diagnosis of Social Phobia.


The aim of these two experiments is to evaluate the patterns of facial emotion processing in children and adolescents and relate these patterns to variable degrees of social anxiety. We have focused upon: a) the ability to identify the basic facial expressions b) markers of vulnerability that could act as indicators of early risk to develop in Social Phobia during adolescence c) the possible influence of candidate polymorphic genes on these mechanisms.

Study 1: trough an identification task of five gradually changing basic expressions of emotions (EoE) presented to a sample of schoolchildren, we sought to address the following questions:
1. Does the ease of identification vary for different EoEs?
2. Do good and poor EoE identification performances correspond to different compromises between speed and accuracy?
3. Do different and specific forms of childhood anxiety affect childrens performance in EoE identification?
Two hundred twenty-eight schoolchildren aged 8-11 years, belonging to the general population, were tested trough a task of identification of facial expression. The task was presented in the form of a videogame and in ten trials in which a neutral face gradually morphed through fourteen steps into one of the five basic facial expressions of joy, anger, fear, disgust and surprise. Children were free to stop the animation at any given point when they thought they had identified the emotion represented. For every child data were acquired via a custom program on: (a) the number of misidentifications before reaching the correct response in a trial; and (b) the number of steps required to complete a trial (steps).
Every child was also evaluated for four anxiety dimensions (somatic/panic, generalized anxiety, separation anxiety and social phobia) trough Italian version of the Screen for Child Anxiety Related Emotional Disorders (SCARED), filled in by their teachers.
Analysis of variance showed that the number of mistakes differed significantly across the different EoE, in particular children made a higher number of mistakes when categorising the anger expression compared to any other expression. Comparisons between Kaplan_Meier survival functions demonstrated also that the number of steps employed by children in the trials differed significantly across the five different EoE and showed that the identification of the five EoE required an increasing number of steps from surprise, to joy, fear, disgust and anger, confirming that this latter EoE is the most challenging to categorise for children. Moreover, survival analyses showed that accurate and inaccurate performances appeared to follow similar compromises between speed and accuracy to categorise facial affects, in that the accurate performances also required significantly less steps than inaccurate performances. Finally a Coxs survival function showed that Social Anxiety was the only anxiety dimension to predict delayed identification of anger.
These results replicate findings reported by studies of facial expressions in the developmental years: in children the gradually changing expression of joy is processed more accurately, while anger is the most challenging EoE. The results about accurate vs inaccurate performances suggests the absence of systematically biased processing styles such as guessing responses for the inaccurate performances.
Finally, and most importantly for the aims outlined above, the only form of anxiety which specifically and directly pertains to the dimension of social interchanges, namely Social Phobia, was the only one of four alternative dimensions of anxiety to predict significantly biased decoding of anger, an EoE which is usually interpreted as a sign of interpersonal hostility/rejection

Study 2: the aim here was to evaluate in normally developing children followed longitudinally the possible association between manifestations of Social Anxiety, specifics polymorphic genes and amygdala activation to facial expressions. Twenty adolescents (14±1.1 years) belonging to the general population have been evaluated for the presence of Social Phobia and they have been asked to perform a task of implicit elaboration of facial expression, presented in a randomized block design. The task has been realised to evaluate the influence of individual differences on the cerebral activity, in particular amygdala activation measured by fMRI in response to 3 emotional expressions (happy, neutral, anger). Social Phobia was assessed trough a structured clinical interview (K_SADS, Schedule for Affective Disorder and Schizophrenia) which allows for diagnosing DMS-IV categories.
In two previous phases of the longitudinal assessment, the same subjects were characterised for the 5-HTTLPR genotype and for a temperamental disposition towards Social Anxiety. They were also mapped for visual Event Related Potential evoked by facial expression implicit processing. These variables were employed in the present study as predictors of Social Phobia at the adolescence observation point.
First, a factorial ANOVA in which brain activation was the dependent variable and the factor of repeated measures was the experimental condition on 4 levels (joy, neutral, anger, fixation), showed that facial expression processing predicts an increased activation of amygdala, hippocampus, parahippocampal gyrus, fusiform gyrus and prefrontal cortex, compared to the fixation basal condition.
A multiple regression showed that the s allele of the 5-HTTLPR gene and the amplitude of ERP waveform (N400) evoked by anger expressions at age 8-9 were able to predict Social Phobia in adolescence. Finally brain imaging analyses showed that Social Phobia predicts hyperactivation of the amygdala in front of facial expressions, with a trend for statistical significance in response to the angry emotion.
These results suggest that Social Phobia at age 14-15 is predicted by the s allele of the 5-HTTLPR gene and the amplitude of ERP waveform evoked by anger expressions during childhood. These associations support the use of biological markers to predict clinical conditions in time.

The results of these two experiments replicate findings reported by previous studies of facial expressions about the presence of a biased recognition of facial emotions that convey messages with different social signals in children with Social Anxiety. This bias represent only one of the aspects that characterise the complex phenotype of Social Anxiety. Our results confirm the hypotheses of an association of a complex phenotype, with specific endophenotypes recorded trough ERP and fMRI techniques, and a specific polymorphic gene.

Abstract (italian)

L'elaborazione dell'espressione facciale emozionale in un campione monitorato per l'ansia sociale dall'infanzia all'adolescenza.

La capacità di identificare le emozioni espresse dai volti compare precocemente nella vita degli individui ed assume un ruolo cruciale sia per una adeguata comunicazione sociale sia per lo sviluppo delle relazioni interpersonali. Ogni emozione del volto veicola infatti uno specifico messaggio di natura sociale: un'espressione di gioia indica accettazione sociale, quella di rabbia è tipicamente riferita al rifiuto/rigetto interpersonale e l'espressione neutra è generalmente classificata come ambigua o mediamente ostile.
La maggior parte degli studi sull'elaborazione delle emozioni hanno indagato le caratteristiche che rendono gli individui tra loro simili più¹ che le differenze individuali. Tuttavia esistono numerose evidenze che hanno mostrato un'influenza di variabili personologiche e psicopatologiche su tale processo. In particolare un processo disfunzionale sembra essere particolarmente evidente in soggetti adulti con Ansia Sociale. Risultati analoghi sono stati riscontrati in popolazioni in età evolutiva: bambini con alti livelli di una predisposizione temperamentale all'Ansia Sociale commettono un elevato numero di errori nella decodifica delle espressioni facciali rispetto ai loro coetanei.
Le manifestazioni psicopatologiche in età evolutiva, inclusa l'Ansia Sociale, risultano spesso complesse da studiare a livello fenotipico, sia perchè sono inaffidabili dal punto di vista psicometrico sia perchè risultano eziologicamente multifattoriali. Per tali ragioni markers biologici strutturalmente più¹ semplici- i cosiddetti endofenotipi- sono stati studiati con grande interesse. Gli endofenotipi sono definiti come costrutti che sono in relazione forte e diretta con le fonti delle differenze individuali (tra cui i geni) che influenzano i fenotipi.
L'analisi dell'attività cerebrale, mappata sia in termini elettrocorticali che di specifiche aree cerebrali, può pertanto aiutare a rintracciare le fonti delle differenze individuali nell'elaborazione delle emozioni espresse dai volti. Diverse ricerche hanno rilevato i pattern di attivazione e deattivazione delle regioni cerebrali implicate nell'elaborazione di stimoli emozionali in soggetti con alti livelli di Ansia Sociale. Da molti di questi studi emerge un coinvolgimento dell'amigdala.
Diversi studi hanno infine indagato l'associazione tra alcuni polimorfismi genetici e specifici pattern di attivazione cerebrale a fronte di stimoli rappresentati da espressioni facciali. In particolare emerge una correlazione molto forte tra il numero degli alleli s del 5-HTTLPR (5-HT Transporter gene linked polymorphic region), e la soglia di eccitabilità dell'amigdala. Lo stesso polimorfismo genetico è risultato ampiamente associato alle manifestazioni di Ansia Sociale, sia in termini temperamentali che in termini clinici.
Il presente lavoro di tesi si articola su due progetti volti ad indagare pattern di elaborazione delle emozioni veicolate dalle espressioni dei volti in bambini e adolescenti, e di associare questi pattern ai livelli di Ansia Sociale. Gli studi si sono incentrati su: a) l'abilità di decodificare le espressioni facciali fondamentali, b) markers di suscettibilità biologici che possano essere considerati degli indicatori precoci di rischio per la Fobia Sociale in adolescenza; c) la possibile influenza di polimorfismi genetici alla base di questi meccanismi.

Studio 1: attraverso un compito di identificazione delle emozioni espresse dai volti (EoE), presentate in sequenze cinematiche di volti in evoluzione ad un campione di bambini, lo studio si è proposto di rispondere ai seguenti quesiti: l'accuratezza nella decodifica delle emozioni espresse dai volti differisce tra le diverse emozioni? Tale accuratezza risulta in qualche modo associata e/o influenzata dalla rapidità nel processo di decodifica? Differenti dimensioni d'ansia in età evolutiva possono influenzare tale processo?
228 bambini di 8-11 anni, appartenenti alla popolazione generale, sono stati testati attraverso un compito di identificazione delle espressioni facciali. Il compito è stato presentato sotto forma di videogioco in 10 sequenze nelle quali un' espressione neutra gradualmente, attraverso 14 fotogrammi, si trasforma in una delle 5 emozioni presentate: gioia, rabbia, paura, disgusto e sorpresa. I bambini erano liberi di fermare l'animazione a qualsiasi punto della sequenza quando ritenevano di aver identificato l'emozione presentata. Per ogni bambino i dati sono stati acquisiti automaticamente attraverso un programma apposito. Sono stati registrati: a) il numero di errori commessi prima di raggiungere la risposta corretta all'interno di ogni sequenza e b) il numero di step richiesti per completare la sequenza.
Ogni bambino è stato inoltre valutato per quattro dimensioni dell'ansia (panico, ansia generalizzata, ansia da separazione e fobia sociale) attraverso la versione italiana della Screen for Child Anxiety Related Emotional Disorders (SCARED) compilata dagli insegnanti.
Un'analisi della varianza ha mostrato che il numero di errori nell'identificazione era significativamente diverso per le differenti categorie emozionali, in particolare i bambini commettevano un maggior numero di errori nel classificare l'espressione di rabbia rispetto a qualsiasi altra emozione. I confronti effettuati attraverso la funzione di Kaplan-Meier hanno dimostrato che anche il numero di step impiegati nelle sequenze cinematiche differiva in modo significativo tra le 5 EoE, rilevando che il numero di step necessari per la corretta identificazione dell'emozione aumentava a partire dalla sorpresa, gioia, paura, disgusto fino alla rabbia. Ciò conferma che le ultime due emozioni sono le più impegnative da classificare per i bambini. Inoltre le analisi di sopravvivenza hanno mostrato che le performances accurate e inaccurate sembrano seguire il medesimo compromesso tra velocità e accuratezza, ossia le performances accurate richiedevano un minor numero di step rispetto a quelle inaccurate. Infine una funzione di Coxâs dell'analisi di sopravvivenza ha rilevato che l'Ansia Sociale era l'unica tra le dimensioni d'ansia a predire un rallentamento nella identificazione della rabbia.
Questi risultati replicano quanto riportato in letteratura rispetto all'elaborazione delle espressioni facciali in età evolutiva: nei bambini l'espressione di gioia, presentata in sequenze cinematiche, è quella che viene classificata più accuratamente, mentre la rabbia è la più¹ difficile tra le EoE. I risultati relativi alle performances accuratee inaccurate suggeriscono l'assenza di un errore sistematico nello stile di processazione, quale per esempio la tendenza a tirare ad indovinare nelle prestazioni inaccurate.
Infine, e più rilevante per gli obiettivi di questo studio, l'Ansia Sociale, in quanto forma di ansia che riguarda in modo diretto e specifico la dimensione delle relazioni sociali, è l'unica delle dimensioni dell'ansia a predire in modo significativo una modalità di decodifica compromessa per l'emozione di rabbia, una EoE che tipicamente viene interpretata come un segnale di ostilità e rifiuto interpersonale.

Studio 2: l'obiettivo del secondo esperimento è stato quello di valutare, in adolescenti appartenenti ad una coorte longitudinale ed estratti dalla popolazione generale, la possibile associazione tra manifestazioni di Ansia Sociale, specifici polimorfismi genetici e l'attivazione dell'amigdala a fronte delle espressioni facciali. 21 adolescenti (14±1.1 anni) sono stati valutati per la presenza di Fobia Sociale e sono stati sottoposti ad un compito di elaborazione implicita delle espressioni facciali, presentate in un disegno a blocchi randomizzati. Il compito è stato realizzato per valutare l'influenza delle differenze individuali sull'attività cerebrale, in particolare dell'amigdala, registrata attraverso la tecnica fMRI in risposta a 3 espressioni (gioia, rabbia e neutra). La Fobia Sociale è stata misurata attraverso un'intervista clinica strutturata (K-SADS, Schedule for Affective Disorder and Schizophrenia) ideata per classificare i disturbi previsti dal DSM-IV.
In due fasi precedenti della valutazione longitudinale, gli stessi soggetti sono stati caratterizzati per il polimorfismo 5-HTTLPR e per la dimensione di Ansia Sociale. Inoltre dall'attività elettrocorticale dei medesimi partecipanti è stata registrata attraverso la tecnica dei Potenziali Evocati visivi in risposta all'elaborazione implicita delle emozioni espresse dai volti. Queste variabili sono state incluse nel presente studio come possibili predittori della diagnosi di Fobia Sociale in adolescenza.
In primo luogo un'ANOVA fattoriale, in cui la variabile dipendente era rappresentata dall'attivazione cerebrale voxel per voxel, mentre il fattore dalla condizione sperimentale su 4 livelli (Gioia, Neutra, Rabbia e Fissazione), ha mostrato che l'elaborazione delle espressioni del volto rispetto alla condizione di fissazione predice un incremento nell'attivazione dell'amigdala, dell'ippocampo e dei giri paraippocampali, del giro fusiforme e della corteccia prefrontale.
Una regressione multipla ha dimostrato inoltre che la presenza dell'allele s del polimorfismo 5-HHTLPR e l'ampiezza della componente ERP (N400) evocata dall'espressione di rabbia, rilevate all'età di 8-9 anni, erano le uniche variabili in grado di predire la diagnosi di Fobia Sociale durante l'adolescenza.
Infine le analisi di brain imaging hanno rilevato che la diagnosi di Fobia Sociale predice un'iperattivazione dell'amigdala in risposta alle espressioni facciali, con una tendenza specifica in relazione all'emozione di rabbia.
Questi risultati suggeriscono che la Fobia Sociale a 14-15 anni è predetta dalla presenza dell'allele s del 5-HHTLPR e dall'ampiezza dei Potenziali Evocati visivi evocati dall'espressione di rabbia durante l'infanzia. Queste associazioni supportano l'utilizzo di markers biologici come indicatori di condizioni cliniche che possono manifestarsi nel corso del tempo.

I risultati di questi due studi replicano in primo luogo quanto riportato in letteratura nell'ambito dell'elaborazione delle emozioni espresse dai volti rispetto alla presenza di un bias nell'identificazione di messaggi di natura sociale in bambini caratterizzati da Ansia Sociale. Questo bias rappresenta solo uno degli aspetti che caratterizzano il fenotipo complesso dell'Ansia Sociale. I risultati confermano l'ipotesi di un'associazione tra un fenotipo complesso con specifici polimorfismo genetici e specifici endofenotipi registrati con tecniche ERP e fMRI.

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EPrint type:Ph.D. thesis
Tutor:Palomba, Daniela
Ph.D. course:Ciclo 22 > Scuole per il 22simo ciclo > SCIENZE PSICOLOGICHE > PSICOBIOLOGIA
Data di deposito della tesi:UNSPECIFIED
Anno di Pubblicazione:28 January 2010
Key Words:ansia sociale, espressioni del volto, 5-HTTLPR, fMRI
Settori scientifico-disciplinari MIUR:Area 11 - Scienze storiche, filosofiche, pedagogiche e psicologiche > M-PSI/02 Psicobiologia e psicologia fisiologica
Struttura di riferimento:Dipartimenti > Dipartimento di Psicologia Generale
Codice ID:2681
Depositato il:03 Dec 2010 08:34
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