Electrophysiological Indicators of Selective Attention to Affect

Abstract

For several decades, the interplay between attention and emotion has attracted significant interest in the fields of neuroscience and psychology. While much is known about the ability of emotional content to involuntarily capture human attention, less research has focused on the voluntarily directed attention to (the valence of) specific emotional stimuli. In order to better understand the underlying neural mechanisms of this highly dynamic process, researchers frequently rely upon event-related potentials (ERPs), which allow the separation of distinct temporal processing stages. The few studies on this specific topic have demonstrated that emotional stimuli benefit from selective attention to valence primarily during late, controlled processing. However, recent work has suggested that selective attention may also modulate emotional processing during early, perceptual stages. The present dissertation therefore aimed to clarify the nature of this previously observed effect and to generalize the observations to other types of emotional stimuli. <br/> To this end, a series of four ERP studies was conducted using an experimental task in which attention was selectively directed toward one particular valence (e.g., positive). In <em>Study I</em>, the influence of lexical word properties on the early processing of selectively attended emotional words was investigated. In <em>Study II</em>, the neural processing of emotional words whose valence had <em>not</em> been selectively attended was explored in greater detail and integrated into theories on affective information processing. In <em>Study III</em>, emotional faces were used as stimuli in order to examine potential differences in neural processing during the selective attention to affect compared to words and pictures. In <em>Study IV</em>, the influence of participant gender and face gender on the processing of emotional faces whose expression was selectively attended was explored. <br/> The combined findings demonstrate that selective attention to affect partially elicits analogous neural processing for emotional words and faces, while also revealing notable differences between the two stimulus categories. Most importantly, it was confirmed that the perceptual processing of emotional stimuli at very early stages can be modulated by selective attention. While this effect appeared to be more pervasive for words, a particularly interesting pattern was also identified for faces under specific conditions. On the other hand, subsequent holistic visual stimulus processing was characterized by attention-independent processing of the emotional content. At mid-latency ERPs, there was moderate evidence for an attention-sensitive enhancement of emotional face processing, presumably indicative of the special role of emotional faces in human social life. Finally, the largest effects of task-related attention as well as a sustained attentional bias toward unattended negative stimuli manifested during late processing stages. As a whole, this work extends previous research and provides valuable insights into the electrophysiological signatures of top-down selective attention to affect and its interaction with the bottom-up processing of emotional stimuli.

Das Zusammenspiel von Aufmerksamkeit und Emotion ist seit mehreren Jahrzehnten ein zentrales Forschungsfeld der Neurowissenschaften und der Psychologie. Während bereits umfangreiche Erkenntnisse über die Fähigkeit emotionaler Inhalte, die menschliche Aufmerksamkeit unwillentlich auf sich zu ziehen, vorliegen, wurde die willentliche Steuerung der Aufmerksamkeit auf bestimmte emotionale Stimuli (und deren Valenz) vergleichsweise spärlich erforscht. Um die neuronalen Mechanismen dieses hochdynamischen Prozesses besser zu verstehen, stützt sich die Forschung dabei häufig auf ereigniskorrelierte Potenziale (ERPs). Diese ermöglichen eine Differenzierung zwischen verschiedenen zeitlichen Verarbeitungsphasen. Die wenigen Studien zu diesem spezifischen Thema haben gezeigt, dass emotionale Reize von der selektiven Aufmerksamkeit auf ihre Valenz vor allem während der späten, kontrollierten Verarbeitungsphasen profitieren. Neuere Forschung legt jedoch nahe, dass selektive Aufmerksamkeit auch die emotionale Verarbeitung während der frühen, perzeptuellen Phasen modulieren kann. Die vorliegende Dissertation hatte daher zum Ziel, die Wirkungsmechanismen dieses zuvor beschriebenen Effekts zu beleuchten und die Beobachtungen auf andere Formen emotionaler Reize zu verallgemeinern. <br/> Zu diesem Zweck wurden vier ERP-Studien mit einer experimentellen Aufgabe durchgeführt, bei der die Aufmerksamkeit selektiv auf eine bestimmte Valenz (z. B., positiv) gerichtet wurde. In <em>Studie I</em> wurde der Einfluss lexikalischer Worteigenschaften auf die frühe Verarbeitung von selektiv beachteten emotionalen Wörtern erforscht. In <em>Studie II</em> wurde die neuronale Verarbeitung von emotionalen Wörtern, deren Valenz nicht selektiv beachtet wurde, genauer untersucht und im Rahmen von Theorien zur affektiven Informationsverarbeitung betrachtet. In <em>Studie III</em> wurden emotionale Gesichter als Reize verwendet, um mögliche Unterschiede in der neuronalen Verarbeitung während der selektiven Aufmerksamkeit auf Affekt im Vergleich zu Wörtern und Bildern zu untersuchen. In <em>Studie IV</em> wurde getestet, welchen Einfluss das Geschlecht der Versuchspersonen und des präsentierten Gesichts auf die Verarbeitung von emotionalen Gesichtern, deren Ausdruck selektiv beachtet wurde, hat. <br/> Die zusammengefassten Ergebnisse legen nahe, dass selektive Aufmerksamkeit auf den Affekt eine zumindest in Teilen ähnliche neuronale Verarbeitung für emotionale Wörter und Gesichter auslöst, wobei aber auch deutliche Unterschiede zwischen den beiden Stimuluskategorien zu erkennen sind. Insbesondere wurde dabei bestätigt, dass die perzeptuelle Verarbeitung emotionaler Reize in sehr frühen Stadien durch selektive Aufmerksamkeit moduliert werden kann. Hier zeigte sich, dass dieser Effekt bei Wörtern ausgeprägter zu sein scheint, auch wenn bei Gesichtern unter bestimmten Bedingungen ebenfalls ein besonders interessantes Muster beobachtet werden konnte. Im Gegensatz dazu war die anschließende holistische visuelle Stimulusverarbeitung durch eine aufmerksamkeitsunabhängige Verarbeitung des emotionalen Inhalts gekennzeichnet. Hinsichtlich der ERPs mit mittlerer Latenz fanden sich moderate Hinweise auf eine aufmerksamkeitsabhängige Verstärkung der Verarbeitung emotionaler Gesichter, was die besondere Relevanz emotionaler Gesichter im menschlichen Sozialleben betont. In den späten Verarbeitungsphasen zeigten sich schließlich die größten Effekte der aufgabenbezogenen Aufmerksamkeit sowie eine anhaltende Verschiebung der Aufmerksamkeit in Richtung unbeachteter negativer Reize. Zusammenfassend erweitert diese Dissertation frühere Forschungsarbeiten und liefert wertvolle Einblicke in die elektrophysiologischen Signaturen, die die selektive Top-down-Aufmerksamkeit für Affekt und ihre Interaktion mit der Bottom-up-Verarbeitung emotionaler Stimuli abbilden.