Il linguaggio del volto: l'interazione tra emozioni, sguardo e identità nel corso dello sviluppo

Faces provide a wealth of relevant information for our social life, like identity, facial expressions and gaze direction. For example, when we see a face we automatically wonder who is the person we are looking at, what he/she is feeling and what he/she is communicating. The aim of my dissertation is to understand the relationship between these different social information, attempting to determine whether or not there is a hierarchy way to process them. These information could be processed either by a single mechanism with different functions, by separate and independent mechanisms that operate in parallel, or by individual mechanisms that interact and communicate with each other. Johnson (2001) presents three different frameworks for understanding postnatal development in humans: the “maturational” perspective, the “skill learning” perspective and the “interactive specialisation”. According to the first perspective, the maturation of a given region is thought to allow or enable advances in the perceptual, cognitive, or motor abilities. Functional brain development involves the sequential coming “on line” of a number of modular cortical regions. As applied to the neurodevelopment of social cognition, this implies that more complex aspects will depend on the maturation of associated cortical regions. The second perspective argues for parallels between the dynamic brain events associated with the acquisition of complex perceptual and motor skills in adults, and the changes in brain function seen as infants and children come to successfully perform simpler tasks. Finally, the “interactive specialisation” concerns a model of functional organisation in the cerebral cortex. This perspective posits that functional brain development, at least in cerebral cortex, involves a process of specialisation in which regions go from initially having very broadly tuned functions, to having increasingly finely tuned (more specialised) functions (Grossman & Johnson, 2007). A consequence of increased specialisation of cortical regions is the increasingly focal patterns of cortical activation resulting from a given task demand or stimulus. By this view, some regions of cortex gradually become increasingly specialised for processing social stimuli and thus become recruited into the social brain network. This means that genetic aspects and experience co-lead the development, affecting each other in a process of dynamic interaction (Gottlieb, 2001). In my thesis, I refer to an "interactive specialization" in order to interpret my results on the development of different aspects of face processing. In the first part of my dissertation, I summarize the fundamental literature of the research topic. In the first chapter, I focus on the “specialty” of the face stimulus, and then I review several theoretical models of face processing and the neural bases underlying this skill. In the second chapter the development of emotional facial expressions is discussed, and in the third chapter I mainly concentrate on the development of gaze direction processing and how we make use of it. Finally, the fourth theoretical chapter is about the interaction between emotions, gaze and identity. After a general methods chapter (chapter 5), in the second part of the dissertation I describe the experimental research chapters (chapter 6, 7, 8). The focus of the experimental section is not only the emergence of these processes, but also their development in an ongoing comparison between the neonatal, the first months of life and adult’s skills. The topic is the development of emotional expressions (fear and happy expressions) from their “perception” in the first days of life and early infancy (studies with babies in the maternity ward at San Polo, Monfalcone, and 4-5 months infants in a laboratory of DPSS), to their “action” through the emotions (studies with 4-5 months infants and adults in a laboratory of DPSS). Furthermore, the relationship between emotional facial expressions, gaze direction and identity is discussed. In fact, when the emotion is expressed by a facial expression, it carries with it many other information that we can not, or we are not able to ignore. The thesis includes 14 experiments run with different techniques and experimental paradigms (visual preference, habituation and eye-tracking): 4 experiments with adults (n=109), 3 experiments with 4-5 month-old infants (n=48) and 7 experiments with newborns. The statistical analyses are t-tests and ANOVA on the total looking time data (visual preference and habituation) and ANOVA (3x2) on the reaction time data (eye tracking, Posner paradigm). The results show that at least some expressions are discriminated and preferred by newborns and that gaze and emotion interact with each other. Newborns prefer happy expressions compared to a fearful or neutral ones. I suggest that the happy expression is a special stimulus at birth, however this preference disappears when the face is accompanied by an averted gaze. Therefore, I conclude that the eye contact is needed to discriminate emotions, but also that it is a “necessary but not a sufficient condition” for newborns’ preferences effect. It seems that faces that increase the possibility of a social contact with other people attract more newborns’ attention: in fact, they prefer a face that contains both a direct gaze and a happy expression. However, I cannot exclude the effect of experience, as, even if minimal, newborns’ experience with facial expressions is bigger with happy and smiling faces than fearful faces. The results with infants suggest that at 4-5 months they can discriminate facial expressions and prefer to look at fearful faces. This emotional expression may be preferred because it is novel to them, but it may also convey information that are already important at this age. Furthermore, emotions and gaze direction interact: the spatial cueing experiment suggests an effect due to the emotional expressions, which slow down the visual responses of the infants. Further, I did not find any effect due to the use of different identities. The processing of the emotion came before the processing of the identities especially in the case of fearful expressions. In contrast, the results with the adult groups showed an interaction between identity, emotional expression and gaze. Findings suggest that emotional expressions facilitate the shift of attention, showing faster reaction to direct their attention toward a peripheral target when the gaze (cue) is inserted into an emotional face. Even the identity seems to interfere with the task, in fact, this facilitation effect disappears when more than one facial model (identity) is used throughout the experiment. As a consequence, I speculate that the processing of the identity precedes the processing of the facial expression. In conclusion, the data presented demonstrate the presence of an early sensitivity for certain stimuli (social stimuli) that become increasingly specialized with experience in order to process them. These results support Johnson’s assumption (2001) of an “interactive specialization” approach. This hypothesis gives the right weight to innate and biological factors without underestimating the role of experience. Brain development involves a process of specialization in which regions go from initially having very broadly tuned functions to having increasingly finely tuned (more specialized) functions. Through this process, from the first hours of life the infant begins gradually to move towards the skills and ability of the adults.Il volto trasmette numerose informazioni fondamentali alla nostra vita sociale e comunicativa quali l’identità, l’espressione facciale e la direzione dello sguardo. Ad esempio quando vediamo un volto, siamo automaticamente portati a chiederci chi sia la persona che stiamo vedendo, cosa provi, cosa esprima e cosa sta comunicando. Lo scopo della mia tesi di dottorato è proprio quello di approfondire la relazione che intercorre tra queste diverse informazioni sociali. Cercando, inoltre, di stabilire se esista o meno una gerarchia nel nostro modo di elaborarle. Queste informazioni potrebbero, infatti, essere elaborate da un unico meccanismo con diverse funzioni oppure da meccanismi separati e indipendenti che operano in modo parallelo, o ancora da singoli meccanismi che interagiscono e comunicano tra loro. Parlando del cervello e delle sue relazioni con lo sviluppo comportamentale Johnson (2001) avanza tre differenti ipotesi: la prima di tipo “maturazionale”, la seconda legata all’apprendimento ed una di “specializzazione interattiva”. L’ipotesi “maturazionale” assume che particolari regioni del cervello si sviluppino nel tempo e che questo permetta l’apparire di nuove funzioni sensoriali, motorie e cognitive, quindi il successo in nuovi compiti comportamentali ad una determinata età è attribuito alla maturazione di nuove regioni cerebrali. L’ipotesi “dell’apprendimento” ritiene, invece, che i cambiamenti nel modo in cui il bambino elabora le informazioni siano il risultato di un complesso processo di apprendimento percettivo e motorio. Infine l’autore propone un’ipotesi di “specializzazione interattiva” e afferma l’esistenza di strutture neuroanatomiche programmate geneticamente in cui organizzazione e funzionamento siano parzialmente modificati da input esterni ed interni. Questa ipotesi alternativa si basa sull’assunto che lo sviluppo funzionale del cervello, dopo la nascita, è parte di un processo di organizzazione intra e inter regionale interattiva. Sebbene sia difficile stabilire la relazione tra pre-definito e appreso, è sempre più comune ritenere che la complessità del cervello umano derivi dall’interazione tra fattori genetici ed ambientali e che non sia solo il mero e passivo esplicarsi di processi genetici. Ciò significa che dotazione genetica ed esperienza co-determinano lo sviluppo, influenzandosi reciprocamente in un processo di interazione dinamica (Gottlieb, 2001). Credo sia possibile riferirsi a un’ipotesi di “specializzazione interattiva” anche quando parliamo del volto e della sua elaborazione. La prima parte della tesi affronta la letteratura fondamentale per le mie ricerche. Nel primo capitolo mi interrogo sulla specialità dello stimolo volto per poi passare a una rassegna dei modelli teorici sull’elaborazione del volto e le basi neurali sottostanti questa abilità, il secondo affronta il tema dell’elaborazione delle espressioni facciali di emozione, il terzo lo studio dell’elaborazione dello sguardo e del suo utilizzo, e infine il quarto è un capitolo che analizza le emozioni, lo sguardo e l’identità in interazione tra loro. La seconda parte, dopo un capitolo metodologico generale (capitolo 5), è dedicata alla ricerca sperimentale svolta nei tre anni di dottorato (capitolo 6, 7, 8). L’attenzione è rivolta, non solo all’emergere di questi processi e queste capacità ma anche al loro sviluppo, in un continuo confronto tra le abilità neonatali, dei primi mesi di vita e adulte. Le ricerche hanno approfondito, in primo luogo, il ruolo delle emozioni ed in particolare dell’espressione facciale di paura e di quella di felicità. Ho studiato l’elaborazione delle emozioni dal semplice percepire le emozioni nei primissimi giorni di vita e all’inizio dello sviluppo (studi condotti con neonati nel nido del reparto di maternità dell’Ospedale S.Polo di Monfalcone, e bambini di 4-5 mesi presso un laboratorio del DPSS), fino all’agire attraverso le emozioni (studi condotti con bambini di 4-5 mesi e adulti all’interno di un laboratorio del DPSS). Ho cercato, inoltre, di approfondire la relazione tra le espressioni facciali di emozione, la direzione dello sguardo e l’identità delle persone. Infatti, bisogna ricordarsi che quando l’emozione è espressa da un’espressione facciale porta con sé numerose altre informazioni che noi non possiamo o comunque non riusciamo a ignorare. Attraverso differenti tecniche e paradigmi sperimentali (preferenza visiva, abitazione, e inseguimento oculare), ho condotto 14 esperimenti, quattro con soggetti adulti (n=109), tre con bambini di 4-5 mesi (n=48) e sette con neonati da 1 a 5 giorni di vita (n=99). Le analisi statistiche condotte sono state dei t-test e delle analisi della varianza sui tempi totali di fissazione verso gli stimoli-volto (videoregistrati durante le prove e codificati in seguito), per quanto riguarda le preferenze visive e l’abituazione, mentre per gli esperimenti di inseguimento visivo (paradigma di Posner) ho condotto un’analisi della varianza a misure ripetute (3x2) sui tempi di reazione dei soggetti (generati automaticamente dal computer grazie ad un sistema di eye tracker). I risultati degli esperimenti condotti con i neonati dimostrano che alcune espressioni facciali sono discriminabili già alla nascita, e inoltre che emozioni e direzione dello sguardo interagiscono. In particolare i neonati preferiscono un’espressione felice rispetto ad un’espressione di paura o neutra, e questo mi porta ad ipotizzare che l’espressione felice sia speciale. Questa preferenza però scompare quando il volto è accompagnato da uno sguardo orientato, quindi per discriminare le emozioni sembra sia necessario anche il contatto oculare. Lo sguardo dritto è una condizione necessaria, ma non sufficiente, affinché i neonati discriminino e preferiscano i volti emotivi. Sembra, quindi, che i volti che aumentano la possibilità di un contatto sociale con le altre persone attirino di più l’attenzione dei neonati: preferiscono uno stimolo-volto che contiene sia lo sguardo dritto sia un’espressione felice. Inoltre, non è da escludere il “peso” dell’esperienza, infatti, anche se minima, l’esperienza dei neonati con le espressioni facciali è sicuramente maggiore con volti felici e sorridenti rispetto a volti di paura. Dai dati ottenuti con i bambini, è possibile affermare che anche a 4-5 mesi discriminano le espressioni facciali e, diversamente dai neonati, mostrano una preferenza per il volto di paura. Questa emozione potrebbe essere preferita perché la più “nuova”, ossia la meno esperita, ma potrebbe anche veicolare delle informazioni già importanti per questa età. Inoltre, emozioni e direzione dello sguardo interagiscono: nel compito di inseguimento spaziale si evidenzia, infatti, un effetto dovuto alle espressioni emotive, che rallentano lo spostamento attenzione dei bambini. Non è presente invece alcun effetto dovuto all’utilizzo di diverse identità: nella preferenza visiva tra le diverse espressioni spaziali emerge, infatti, una supremazia “emozioni”, ed in particolare dell’emozione di paura. Infine, per quanto riguarda gli adulti è emersa un’interazione tra identità, emozioni e sguardo. Le emozioni facilitano lo spostamento dell’attenzione, infatti, nell’esperimento di orientamento spaziale i soggetti sono più veloci a dirigere la loro attenzione verso un target periferico quando lo sguardo (cue) è inserito in un volto emotivo. Ma l’identità sembra interferire sul compito, infatti, l’effetto delle emozioni scompare quando al posto di un unico stimolo-volto che mostra differenti emozioni inseriamo diversi stimoli volto (differenti identità). E questo risultato mi porta alla conclusione che l’elaborazione dell’identità preceda l’elaborazione delle emozioni. In conclusione, l’ipotesi che ho cercato di supportare nella mia tesi, è che i bambini nascano già dotati di alcune predisposizioni e successivamente, grazie anche alla ripetuta esperienza con determinate classi di stimoli, le loro elaborazioni divengano sempre più specifiche e funzionali, avvicinandosi alle capacità degli adulti. I risultati degli esperimenti sembrano andare a favore dell’ipotesi avanzata da Johnson (2000; 2001) sull’esistenza di una “specializzazione interattiva”. Un’ipotesi di questo tipo dà il giusto peso ai fattori biologici innati senza però sottovalutare il ruolo dell’esperienza. Durante lo sviluppo le vie, le regioni e le strutture corticali affrontano un processo di specializzazione, divenendo progressivamente sempre più selettive e localizzate. Attraverso questo processo il bambino comincia, a partire dalle primissime ore di vita, ad avviarsi gradualmente verso le capacità e le abilità di risposta e di interazione con il mondo, proprie di un organismo adulto