Using emotional movies to characterize cortical dynamics in emotions and individual differences in empathy

The ability to experimentally manipulate participants’ affective state represents the cornerstone of every research in affective neuroscience. Film clips are powerful, but still used only in a minority of studies employing mood induction procedures, despite their superior efficacy. A critical factor contributing to their limited use is the lack of standardized stimuli explicitly designed to meet the constraints posed by the setting of psychophysiological experiments. The present thesis will introduce the E-MOVIE database, that includes 39 excerpts selected to overcome the limitations of existing emotional clips collections. It comprises six affective categories, covering the pleasantness/unpleasantness spectrum while still providing a refined characterization of emotions usually thought to overlap. A second feature of E-MOVIE is the standardized duration of the clips, with an average length of 2 minutes which makes these clips long enough to provide an intense experience, while still allowing a sufficient number of repetitions during experiments. In Study 2, EEG dynamics associated with affective states elicited by these movies. Alpha activity was modulated by arousal, with a larger alpha inhibition, measuring cortical activation, observed in response to the most arousing clips. Beta activity was instead sensitive to the unpleasantness of the clips. Source analysis revealed that alpha modulation reflected the activity of parietal regions involved in attention, high-order integration as well as self-referential cognition. Temporal regions involved in processing of affective and social features of the stimulus generated the observed beta rhythm. The second part of this work, taking advantage of the characteristics of film clips, tried to understand how emotional reactivity is influenced by individual differences in empathy. Films are an ideal tool to study empathy, engaging both the ability to understand characters’ intentions (cognitive empathy) and share characters’ feelings (affective empathy). Results from Study 3 showed that high empathy was linked with a greater arousal suggesting a general increased emotional sensitivity in high empathic individuals. Analysis of cortical activity further showed that high empathy was associated with larger activity in the gamma band for all the emotional movies, while low empathy individuals showed an aversive specific response. Moreover, analysis at source level revealed that in response to clips selected to elicit an empathic reaction, high empathic participants’ activity in the inferior parietal lobule, crucial in the empathy network, was predictive of experienced arousal. This suggested that levels of empathy might moderate cortical and subjective responses to others’ sufferance. The last study aimed at addressing the role of empathy in emotional responding by focusing on individuals with high primary psychopathy. The analysis of subjective and cortical response to emotional movies in participants high and low in this trait, revealed that the former are characterized by a reduced reactivity to negative clips. Source analysis showed that detached individuals, when processing threatening stimuli, have a deactivation in a network of regions involved in visual attention, emotion and social cognition, suggesting that the reduced affective experience results from the lack of integration between regions involved in attention, multimodal integration and social cognition. Taken together, this work provides a new standardized collection of stimuli tailored for use in psychophysiology and neuroimaging. The results from study 2 give new insights on how affective content impacts brain processing of a complex, dynamic stimulus, and results from studies 3 and 4 aim at establishing a new perspective on how empathy interacts with processing of affective stimuli and emotional reactivity, exploiting the naturalistic setting achievable with emotional movies.

La capacità di indurre emozioni sperimentalmente rappresenta il fulcro della ricerca nelle affective neurosciences. I filmati sono strumenti efficaci ma poco utilizzati, nonostante la loro comprovata efficacia. Una delle cause dello scarso utilizzo è la mancanza di stimoli standardizzati progettati per l’uso in psicofisiologia. La presente tesi introduce il database E-MOVIE, che include 39 clip selezionate per superare i limiti dei database esistenti. Esso include sei categorie affettive che coprono l’intero spettro di piacevolezza/spiacevolezza, fornendo al contempo una fine caratterizzazione di alcune emozioni abitualmente considerate sovrapponibili. Una seconda caratteristica di E-MOVIE è la durata omogenea delle clip (2 minuti ca.) che le rende abbastanza lunghe da generare un'esperienza intensa, consentendo comunque un numero sufficiente di ripetizioni. Nello studio 2, è stata indagata l’attività EEG associata agli stati affettivi suscitati dai film. L'attività Alpha è risultata sensibile all'arousal con una maggiore inibizione, indicativa di attivazione corticale, osservata in risposta alle clip più attivanti; la Beta si è rivelata sensibile alla spiacevolezza dei filmati. L'analisi di sorgente ha mostrato che la modulazione Alpha si associa all'attività delle aree parietali coinvolte nell'attenzione, l'integrazione ad alto livello delle informazioni e l’autoconsapevolezza. Le aree temporali deputate all'elaborazione delle caratteristiche affettive e sociali degli stimoli sono risultate coinvolte nell’attività Beta. Inoltre, questo lavoro ha indagato il ruolo delle differenze individuali nell’ empatia sulla reattività emozionale. I filmati sono uno mezzo ideale per studiare l'empatia, poiché coinvolgono sia la capacità di comprendere le intenzioni dei personaggi sia di condividerne le emozioni. I risultati dello studio 3 hanno dimostrato che alti tratti di empatia si associano ad un maggiore arousal, suggerendo una generale maggiore sensibilità emotiva in individui altamente empatici. L'analisi dell'attività corticale ha inoltre dimostrato che un'elevata empatia si associa ad una maggiore attività Gamma in risposta a tutti i filmati, mentre negli individui con bassa empatia si osserva una risposta specifica ai film negativi. Inoltre, l'analisi a livello di sorgente ha rivelato che in risposta a clip selezionate per suscitare una reazione empatica, nei soggetti con alta empatia l’attività nel lobulo parietale inferiore, una regione fondamentale per questa abilità, è predittiva dell’arousal esperito. Ciò suggerisce che i livelli di empatia possano agire da moderatori tra le risposte corticali e soggettive alla sofferenza degli altri. Nell'ultimo studio il ruolo dell'empatia nella risposta emotiva è stato indagato su individui con alti tratti di psicopatia primaria. L'analisi delle risposte soggettive e corticali ai filmati in partecipanti con alti e bassi tratti, ha rivelato che i primi sono caratterizzati da una ridotta reattività alle clip negative. L'analisi di sorgente ha mostrato che individui detached, quando elaborano stimoli minacciosi, mostrano una deattivazione in un network di regioni coinvolte nell'attenzione visiva, emozioni e cognizione sociale, suggerendo che la ridotta esperienza affettiva derivi dalla mancanza di integrazione tra regioni coinvolte nell'attenzione, integrazione multimodale e cognizione sociale. In conclusione, questo lavoro fornisce un nuovo database di film emozionali standardizzati per l'uso in psicofisiologia e neuroimaging. I risultati dello studio 2 forniscono nuove informazioni su come il contenuto affettivo influenzi l'elaborazione corticale di uno stimolo dinamico e complesso. I risultati degli studi 3 e 4 mirano infine a stabilire una nuova prospettiva su come l'empatia interagisca con l'elaborazione di stimoli affettivi e la risposta ad essi, sfruttando l’ecologia ed il naturalismo ottenibile con i film emozionali.