Social perception and cognition : processing of gestures, postures and facial expressions in the human brain

Humans are a social species with the internal capability to process social information from other humans. To understand others behavior and to react accordingly, it is necessary to infer their internal states, emotions and aims, which are conveyed by subtle nonverbal bodily cues such as postures, gestures, and facial expressions. This thesis investigates the brain functions underlying the processing of such social information. Studies I and II of this thesis explore the neural basis of perceiving pain from another person s facial expressions by means of functional magnetic resonance imaging (fMRI) and magnetoencephalography (MEG). In Study I, observing another s facial expression of pain activated the affective pain system (previously associated with self-experienced pain) in accordance with the intensity of the observed expression. The strength of the response in anterior insula was also linked to the observer s empathic abilities. The cortical processing of facial pain expressions advanced from the visual to temporal-lobe areas at similar latencies (around 300 500 ms) to those previously shown for emotional expressions such as fear or disgust. Study III shows that perceiving a yawning face is associated with middle and posterior STS activity, and the contagiousness of a yawn correlates negatively with amygdalar activity. Study IV explored the brain correlates of interpreting social interaction between two members of the same species, in this case human and canine. Observing interaction engaged brain activity in very similar manner for both species. Moreover, the body and object sensitive brain areas of dog experts differentiated interaction from noninteraction in both humans and dogs whereas in the control subjects, similar differentiation occurred only for humans. Finally, Study V shows the engagement of the brain area associated with biological motion when exposed to the sounds produced by a single human being walking. However, more complex pattern of activation, with the walking sounds of several persons, suggests that as the social situation becomes more complex so does the brain response. Taken together, these studies demonstrate the roles of distinct cortical and subcortical brain regions in the perception and sharing of others internal states via facial and bodily gestures, and the connection of brain responses to behavioral attributes.

Ihminen on sosiaalinen laji, ja meillä on myös kanssaihmistemme välittämän sosiaalisen informaation käsittelyyn erikoistuneita aivomekanismeja. Ymmärtääksemme muiden käyttäytymistä ja vastataksemme siihen tarkoituksenmukaisesti, meidän täytyy ymmärtää muiden ihmisten hienovaraisen kehonkielen kuten eleiden tai kasvonilmeiden välittämiä tunnetiloja ja päämääriä. Tässä väitöskirjatyössä tutkittiin tällaisen sosiaalisen informaation käsittelyä aivoissa. Väitöskirja tarkastelee aivotoimintaa toisten ihmisten tunnetilojen havainnoinnissa kasvojen ja kehon eleiden kautta sekä näiden aivovasteiden yhteyttä käyttäytymiseen. Osatöissä I ja II tarkasteltiin toisen ihmisen kipukokemuksen havaitsemista kasvonilmeistä toiminnallisen magneettikuvauksen (fMRI) ja magnetoenkefalografian (MEG) avulla. Tutkimuksissa selvisi, että toisen ihmisen kivun kasvonilmettä katsottaessa ne aivoalueet, jotka osallistuvat myös itse koettuun kipuun, aktivoituivat sitä voimakkaammin, mitä voimakkaampaa kipua kasvonilmeen arveltiin välittävän. Aivoaktivaatio oli myös yhteydessä katselijan empatiakykyihin. Kipuilmeiden käsittely eteni näköaivokuorelta ohimolohkon alueille samassa ajassa kuin on aikaisemmin osoitettu pelon ja inhon ilmeille (noin 300 500 ms). Osatyössä III osoitettiin, että myös haukottelevien kasvojen havaitseminen aktivoi ohimolohkon alueita. Tulokset osoittivat myös, että mitä heikompaa mantelitumakkeen aktivaatio oli havainnon aikana, sitä enemmän koehenkilö tunsi tarvetta haukotella itse katsellessaan haukottelevia kasvoja. Osatyössä IV tutkittiin vuorovaikutuksen havaitsemista kahden ihmisen tai kahden koiran sosiaalisista eleistä. Kummankin lajin vuorovaikutuseleiden katselu aktivoi aivoja samankaltaisesti, mutta koirien elekieleen perehtyneiden asiantuntijoiden aivovasteet kehon ja muiden havaintokohteiden käsittelyyn erikoistuneilla alueilla erottelivat koirien vuorovaikutustilanteet ei-vuorovaikutteisista tilanteista samaan tapaan kuin ihmisten väliset vastaavat tilanteet. Sen sijaan kontrollikoehenkilöiden aivovasteet erottelivat samalla tavalla vain ihmisten vuorovaikutuksen. Osatyössä V osoitettiin, että biologisen liikkeen havaitsemiseen erikoistunut aivoalue aktivoituu yhden ihmisen kävelyääniä kuunnellessa, mutta aktivaatiokuvio leviää kuunneltaessa usean ihmisen kävelyääniä, mikä viittaa aivovasteiden monimutkaistumiseen riippuen sosiaalisesta ympäristöstä.