Representation of emotional valence in human brain

Abstract

All emotions can be evaluated with fair accuracy on the basis of their position on unpleasantness-pleasantness, or valence, dimension. Valence has been considered to be a linear continuum both on experiential and neural level, ranging from very unpleasant to very pleasant. However, using such a model it is difficult to explain complex emotional states, in which we can simultaneously experience unpleasantness and pleasantness, like during a rollercoaster ride or a horror film. Also experiments with rats, where experimenters have been able to cause simultaneous approach and withdrawal behavior, suggest that pleasantness and unpleasantness may be encoded by different mechanisms. In this thesis, the neural mechanisms of emotional valence were investigated in four different experiments with three different valence models: a traditional linear model, a quadratic model, and a model, in which negative valence and positive valence are represented as separate components. Whereas no study gave any support for the validity of the linear model, all four experiments provided evidence of quadratic valence dependency, and two of the experiments found additionally brain regions specifically sensitive to pleasantness and/or unpleasantness. In particular, these regions included bilaterally the dorsal and ventral prefrontal cortex and insula. Brain activity was measured with functional magnetic resonance imaging. Non-linear dependency between valence and brain activity was found for emotional pictures and sounds, observation of others' facial expressions as well as subjective emotional experience. The results demonstrate that valence processing does not occur in the brain simply in linear bipolar fashion, but the phenomenon is non-linear and multifaceted.

Kaikille emootioille voidaan kohtalaisella tarkkuudella arvioida sijainti epämiellyttävyys-miellyttävyys- eli valenssi-dimensiolla. Valenssia on pidetty niin kokemuksen tasolla kuin aivojenkin tasolla lineaarisena jatkumona, joka vaihtelee erittäin epämiellyttävästä erittäin miellyttävään. Kuitenkin tällaisen mallin pohjalta on vaikea selittää monimutkaisia emotionaalisia tiloja, joissa voimme tuntea samanaikaisesti epämiellyttävyyttä ja miellyttävyyttä, kuten esimerkiksi vuoristorata-ajelun tai kauhuelokuvan katselun yhteydessä. Myös rottakokeet, joissa rotissa on aikaansaatu samanaikaisesti sekä lähestymis- että loittonemiskäyttäytymistä, antavat viitteitä siitä, että miellyttävyyttä ja epämiellyttävyyttä saattavat koodata eri mekanismit. Tässä väitöskirjatyössä emotionaalisen valenssin aivomekanismeja tutkittiin neljässä eri kokeessa kolmella vaihtoehtoisella mallilla: perinteisellä lineaarisella mallilla, kvadraattisella mallilla, sekä mallilla, jossa negatiivinen valenssi ja positiivinen valenssi esitetään erillisinä komponentteina. Siinä missä yhdessäkään kokeessa ei saatu minkäänlaista tukea lineaarisen mallin paikkansapitävyydelle, kaikki neljä koetta antoivat viitteitä kvadraattisesta valenssiriippuvuudesta ja kaksi kokeista löysi lisäksi nimenomaisesti miellyttävyyden ja/tai epämiellyttävyyden prosessointiin keskittyneitä aivoalueita. Erityisesti tällaisia alueita olivat molemmilla aivopuoliskoilla dorsaalinen ja ventraalinen prefrontaalikorteksi sekä aivosaari. Aivoaktiviteettia mitattiin funktionaalisella magneettikuvauksella. Epälineaarinen valenssiriippuvuus aivoissa oli vallitseva niin emotionaalisille kuville ja äänille kuin toisten kasvonilmeiden havaitsemisen ja subjektiivisen tunnekokemuksenkin tasolla. Tulokset osoittavat, ettei valenssin prosessointi tapahdu aivoissa yksinkertaisesti lineaarisella bipolaarisella tavalla, vaan ilmiö on epälineaarinen ja monitahoinen.