The perception of emotional facial expressions in normals and in schizophrenic patients

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Thesis

Reference

The perception of emotional facial expressions in normals and in schizophrenic patients

CASATI, Paola

Abstract

The research compares the perception of facial expressions (FE) of emotions in controls and schizophrenic patients. Three studies are presented. The first and the second study use a new morphing technique to test whether Categorical Perception (CP) exists for static displays of FE. The joint analysis of an identification (first study) and a discrimination task using morphing transitions between Neuter-Happiness and Neuter-Anger expressions demonstrate the presence of CP only for Anger in controls. CP does not occur in first-episode schizophrenia patients. The third study tests the identification of the six basic emotions in dynamic conditions. The results of a recognition task of FE from video clips showing the transformation between a neutral face and an emotional face demonstrates that schizophrenia patients need more time and a more intense facial activity than controls to detect basic emotions. It also shows that patients show selective impairments in the identification of Fear and Disgust.

CASATI, Paola. The perception of emotional facial expressions in normals and in schizophrenic patients. Thèse de doctorat : Univ. Genève, 2010, no. FPSE 453

URN : urn:nbn:ch:unige-96202

DOI : 10.13097/archive-ouverte/unige:9620

Available at:

http://archive-ouverte.unige.ch/unige:9620

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ANNEXES

STATIC TASKS: Diagnosis of the Clinic group

The SCID-DSM IV diagnosis¹ gave the following results for the 10 patients:

Patient 1: code 296.24: Major depressive episode² (in partial or full remission) Patient 2: code 296.24: Major depressive episode (in partial or full remission)

Patient 3: code 295.30: Schizophrenia, paranoïde type³ (304.3 : Cannabis dependence) Patient 4: code 295.70: Schizoaffective disorder (304.3 : Cannabis dependence) Patient 5: code 292.11: Substance-induced psychotic disorder with delusions Patient 6: code 295.30: Schizophrenia, paranoïde type

Patient 7: code 295.70 : Schizoaffective disorder Patient 8: code 295.30 : Schizophrenia, paranoïde type Patient 9: code 295.30 : Schizophrenia, paranoïde type Patient 10: code 295.30: Schizophrenia, paranoid type

1Diagnostic criteria of DSM IV-TR for Schizophrenia and Schizoaffective disorder are specified in chapter I, paragraph 3.2.

2 “Major depressive episode” in DSM IV-TR: Five (or more) of the following symptoms have been present during the same 2- week period and represent a change from previous functioning; at least one of the symptoms is either (1) depressed mood or (2) loss of interest or pleasure. (1) depressed mood most of the day, nearly every day, as indicated by either subjective report (e.g., feels sad or empty) or observation made by others (e.g., appears tearful). Note: In children and adolescents, can be irritable mood; (2) markedly diminished interest or pleasure in all, or almost all, activities most of the day, nearly every day (as indicated by either subjective account or observation made by others); (3) significant weight loss when not dieting or weight gain (e.g., a change of more than 5% of body weight in a month), or decrease or increase in appetite nearly every day. Note: In children, consider failure to make expected weight gains; (4) insomnia or hyper- somnia nearly every day; (5) psychomotor agitation or retardation nearly every day (observable by others, not merely subjective feelings of restlessness or being slowed down); (6) fatigue or loss of energy nearly every day; (7) feelings of worthlessness or excessive or inappropriate guilt (which may be delusional) nearly every day (not merely self-reproach or guilt about being sick); (8) diminished ability to think or concentrate, or indecisiveness, nearly every day (either by subjective account or as observed by others); (9) recurrent thoughts of death (not just fear of dying), recurrent suicidal ideation without a specific plan, or a suicide attempt or a specific plan for committing suicide.

3 “Schizophrenia, Paranoid type” in DSM IV-TR: A type of Schizophrenia in which the following criteria are met. (1) Preoccupa- tion with one or more delusions or frequent auditory hallucinations; (2) None of the following is prominent: disorganized speech, disorganized or catatonic behavior, or flat or inappropriate affect.

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STATIC IDENTIFICATION TASK: The Questionnaire

1. Which emotion did the face express?

Series 1:

……….

Series 2:

………...

2. How much was the task difficult? (underline the correct answer)

Series 1: Very difficult Difficult Medium Easy Very easy Series 2: Very difficult Difficult Medium Easy Very easy

3. In how many cases did you desire not to answer?

Series 1: 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

Series 2: 0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90% 100%

4. How do you think you performed the task?

………

……….

5. Which facial cue did you mainly consider to perform the task? (underline only one answer)

The facial configuration The forehead The eyes The nose The cheeks The mouth

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DYNAMIC TASK: Diagnosis and Medical Treatment of the Clinic group

The ICD-10 diagnosis gave the following results for the 15 patients:

Patient 1: code20.0: Schizophrenia¹, Paranoid² type (Clozapine Treatment) Patient 2: code 20.1: Schizophrenia, Hebephrenic³ type (Clozapine Treatment)

Patient 3: code 20.2: Schizophrenia, Hebephrenic-Catatonic⁴ type (Aripiprazole Treatment) Patient 4: code 20.0: Schizophrenia, Paranoid type (Aripiprazole Treatment)

Patient 5: code 20.1: Schizophrenia, Disorganized type (Zuclopenthixol Treatment) Patient 6: code 20.0: Schizophrenia, Paranoid type (Haloperidol Treatment)

Patient 7: code 20.3: Schizophrenia, Undifferentiated⁵ type (Aripiprazole Treatment) Patient 8: code 20.0: Schizophrenia, Paranoid type (Olanzapine Treatment)

Patient 9: code 20.0: Schizophrenia, Paranoid type (Aripiprazole Treatment)

Patient 10: code 20.3: Schizophrenia, Undifferentiated type (Olanzapine Treatment) Patient 11: code 20.0: Schizophrenia, Paranoid type (Aripiprazole Treatment) Patient 12: code 20.0: Schizophrenia, Paranoid type (Haloperidol Treatment) Patient 13: code 20.0: Schizophrenia, Paranoid type (Clozapine Treatment)

Patient 14: code 20.3: Schizophrenia, Undifferentiated type (Risperidone Treatment) Patient 15: code 20.0: Schizophrenia, Paranoid type (Risperidone Treatment)

1ICD-10 diagnostic criteria of Schizophrenia: the normal requirement for a diagnosis of schizophrenia is that a minimum of one very clear symptom (and usually two or more if less clear-cut) belonging to any one of the groups listed as (a) to (d) below, or symptoms from at least two of the groups referred to as (e) to (h), should have been clearly present for most of the time during a period of 1 month or more. (a) thought echo, thought insertion or withdrawal, and thought broadcasting; (b)delusions of control, influence, or passivity, clearly referred to body or limb movements or specific thoughts, actions, or sensations; delusional perception; (c)hallucinatory voices giving a running commentary on the patient's behavior, or discussing the patient among themselves, or other types of hallucinatory voices coming from some part of the body; (d)persistent delusions of other kinds that are culturally inappropriate and completely impossible, such as reli- gious or political identity, or superhuman powers and abilities (e.g. being able to control the weather, or being in communication with aliens from another world); (e)persistent hallucinations in any modality, when accompanied either by fleeting or half-formed delusions without clear affective content, or by persistent over-valued ideas, or when occurring every day for weeks or months on end; (f)breaks or interpola- tions in the train of thought, resulting in incoherence or irrelevant speech, or neologisms; (g)catatonic behavior, such as excitement, postur- ing, or waxy flexibility, negativism, mutism, and stupor; (h)"negative" symptoms such as marked apathy, paucity of speech, and blunting or incongruity of emotional responses, usually resulting in social withdrawal and lowering of social performance; it must be clear that these are not due to depression or to neuroleptic medication; (i)a significant and consistent change in the overall quality of some aspects of personal behavior, manifest as loss of interest, aimlessness, idleness, a self-absorbed attitude, and social withdrawal.

2 “Paranoid Schizophrenia” is dominated by relatively stable, often paranoid, delusions, usually accompanied by hallucinations, particularly of the auditory variety, and perceptual disturbances. Disturbances of affect, volition, and speech, and catatonic symptoms, are not prominent.

3 “Hebephrenic Schizophrenia”: affective changes are prominent, delusions and hallucinations fleeting and fragmentary, behavior irresponsible and unpredictable, and mannerisms common. The mood is shallow and inappropriate and often accompanied by giggling or self-satisfied, self-absorbed smiling, or by a lofty manner, grimaces, mannerisms, pranks, hypochondriacal complaints, and reiterated phras- es. Thought is disorganized and speech rambling and incoherent. There is a tendency to remain solitary, and behavior seems empty of pur- pose and feeling.

4 “Catatonic Schizophrenia”: prominent psychomotor disturbances are essential and dominant features and may alternate between extremes such as hyperkinesis and stupor, or automatic obedience and negativism. Constrained attitudes and postures may be maintained for long periods. Episodes of violent excitement may be a striking feature of the condition.

5 “Undifferentiated Schizophrenia”: conditions meeting the general diagnostic criteria for schizophrenia but not conforming to any of the above subtypes or exhibiting the features of more than one of them without a clear predominance of a particular set of diagnostic characteristics.

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DYNAMIC TASK: Analysis Plots

Control group: Response Times (RT) cumulative functions of the control group for correct and incorrect identification; stimulus expression is Anger (p.195), Happiness (p.196), Fear (p.197), Surprise (p.198), Disgust (p.199), Sadness (p.200). Actor A= light blue line, Actor B=rose line; Actor C=blue line, Actor D=green line; Actor E=orange line.

Clinic group: Response Times (RT) cumulative functions of the clinic group for cor- rect and incorrect identification; stimulus expression is Anger (p.201), Happiness (p.202), Fear (p.203), Surprise (p.204), Disgust (p.205), Sadness (p.206). Actor A= light blue line, Actor B=rose line; Actor C=blue line, Actor D=green line; Actor E=orange line.

Control group: Response Times distributions that show response peaks of emotion identification for Actor A (p.207), Actor B (p.208), Actor C (p.209), Actor D (p.210) and Ac- tor E (p.211).

Clinic Group: Response Times distributions that show response peaks of emotion identification for Actor A (p.212), Actor B (p.213), Actor C (p.214), Actor D (p.215) and Ac- tor E (p.216).

Control group: Response Times distributions that show response peaks of correct and incorrect emotion identification and the correspondent AU (type and intensity) for Actor A (pp.217-225), Actor B (pp.226-234), Actor C (pp.235-243), Actor D (pp.244-250) and Actor

E (pp.251-259).

Clinic group: Response Times distributions that show response peaks of correct and incorrect emotion identification and the correspondent AU (type and intensity) for Actor A (pp.260-271), Actor B (pp.272-278), Actor C (pp.279-287), Actor D (pp.288-294) and Actor

E (pp.295-302).

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RESUME EN FRANCAIS

La perception des expressions faciales des émotions chez des sujets normaux et des patients schizophrènes

Cette étude a le but de comparer les processus de reconnaissance des émotions chez des participants sains et chez des patients psychotiques et schizophrènes dans des conditions de perception visuelle statique (photos) et dynamique (clips vidéo). Le chapitre I expose les principales théories concernant les expressions émotionnelles et leur perception, ainsi que la nature des troubles schizophréniques. Les chapitres II à V décrivent les études expérimen- tales les résultats obtenus. En particulier, les chapitres II et V présentent respectivement l’introduction aux études et les conclusions du travail expérimental tandis que les chapitres III et IV constituent le cœur de l’étude en décrivant les expériences de perception visuelle en condition statique et dynamique. En ce qui concerne la condition statique (chapitre III), s’il est établi par plusieurs études que la perception des expressions faciales a lieu d’une manière catégorielle chez les normaux, ce thème n’a pas encore été abordé chez des patients schizo- phrènes. En plus, il n'est pas encore clairement établi si un défaut de la perception des émo- tions faciales existe dès le début des troubles schizophréniques.

D’abord, notre objectif sera donc de donner une réponse à la question : les expressions faciales des émotions sont-elles perçues catégoriellement (CP) par les schizophrè- nes débutant? Dans ce but nous analysons la perception des émotions à l’aide de tests classi- ques d’identification et pour évaluer les différences entre contrôles et patients en ce qui concerne le point d’égalité subjective (PSE) et le seuil différentiel (JND) et de discrimination (tâche ABX) entre un visage neutre et un visage exprimant une émotion. Les émotions étudiées sont la joie et la rage, couplées, dans deux continua, avec des expressions neutres.

Nous avons choisi ces émotions sur la base de la différentiation, présente chez les schizo- phrènes, entre la perception des émotions positives et négatives. Notre objectif est donc d’analyser - d’un point de vue psychophysique- l’élaboration des expressions avec des valen- ces émotionnelles différentes en comparant les performances des deux groupes expérimen- taux (contrôles et schizophrènes) aux tâches d’identification et de discrimination.

Les résultats de la tâche d’identification statique (expérience I) confirment que les patients psychotiques ont une plus faible capacité discriminatoire (valeurs JND élevées) entre un visage neutre et un visage exprimant une émotion par rapport aux sujets sains. Le déficit est présent pour les deux émotions de joie et colère mais il est plus évident pour la discrimination neutre-joie. Le fait que les patients se concentrent sur les yeux tandis que les contrôles consi-

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dèrent le visage entier pour analyser une expression faciale (voir le Questionnaire dans les Annexes) pourrait expliquer ce déficit d’identification pour les deux émotions et, en particulier, de la joie qui est caractérisée surtout sur la forme souriante de la bouche.

A elle seule, la tâche d’identification ne suffit pas à démontrer la présence de CP qui est testée de façon plus directe par la tâche de discrimination statique (expérience II) où nous étudions chez les mêmes deux groupes de sujets le pouvoir discriminatoire intra- catégorielle et inter-catégorielle pour les émotions de joie et de colère (la frontière catégorielle étant établie par les PSE de l’expérience I). Comme l’hypothèse de CP prévoit une meilleure discrimination pour les stimuli inter-catégoriels, nous nous attendons à confirmer cette hypo- thèse chez les sujets contrôles. Nous faisons également l’hypothèse que la frontière catégo- rielle soit affaiblie, voir effacée chez les schizophrènes. Les résultats pour le groupe de con- trôle confirment la présence de CP seulement pour l’opposition Neutre-Rage. Par contre au- cun indice de CP n’a été détecté chez les schizophrènes. D’une part, nous n’avons pas confir- mé l’hypothèse de CP pour toutes les émotions de base (le sujets sains ne montrent pas CP pour la joie) ; d’autre part, les déficits des patients concernant les émotions négatives se tra- duisent dans l’incapacité dramatique à percevoir la rage rapidement et « tout d’un coup » comme le font les sujets normaux.

Alors que dans les deux premières expériences les stimuli sont des images statiques représentant des émotions faciales, dans la troisième expérience (chapitre IV) nous étu- dions la perception dynamique des expressions faciales en présentant aux participants des clips vidéo qui montrent la transformation d’un visage neutre en un visage exprimant une émotion bien définie (colère, joie, peur, surprise, dégoût et tristesse). L’objectif est de caracté- riser, d’un point de vue psychophysique, la performance d’identification des émotions chez des participants contrôles et schizophrènes dans des conditions plus proches du déroulement réel de la perception des expressions faciales. Cependant, pour permettre aux participants une meilleure identification, les stimuli sont présentés à vitesse inferieure par rapport à celle ré- elle. Avant d’analyser la perception dynamique des expressions faciales (FE), nous étudions la production des FE en testant si les FE sont produites - et donc perçues - par des groupes musculaires coordonnés et simultanés (Facial Affect Programs Model, FAPS by Ekamn and Friesen, 1971) ou si, au contraire, elles sont le résultat de la contribution cumulée dans le temps des évaluations cognitives correspondant aux actions faciales spécifiques (Componen- tial Patterning Model, CPM by Scherer, 1984). Pour tester les deux modèles nous analysons en détail le pattern moteur avec le FACS (Facial Action Coding System: Ekman, Friesen, Ha-

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ger, 1978), en associant les mouvements faciaux spécifiques (AU) à la séquence temporelle du déroulement expressif. Les résultats de l’analyse FACS ne confirment aucune de deux théories (FAPS et CPM) concernant la production des FE. D’un côté, seulement un acteur (sur cinq) présente les types d’AU et leur activation simultanée prévus par le model FAPS ; d’autre côté, seulement les émotions de joie, peur et dégoût sont cohérents avec les types d’AU (mais pas avec leur séquence temporelle d’activation) prévus par le model CPM. Les résultats de la tâche d’identification dynamique confirment qu’en général les normaux identifient mieux que les schizophrènes toutes les émotions de base sauf la surprise, qui est perçue de façon équivalente par les deux groupes. Les patients identifient assez correctement la joie, la rage et la tristesse mais ils montrent des déficits sélectifs pour la peur et le dégoût ; en particulier, les schizophrènes confondent la peur avec la surprise et le dégoût avec la tristesse. Si les unités d’action AU4 (brow lowerer) et AU9 (nose wrinkler) sont très développées dans les expressions, les patients identifient mieux la peur et le dégoût respectivement. Cependant, il faut souligner que le déficit concernant le dégoût est présent également au niveau conceptuel.

A la question si des stimuli dynamiques permettent une meilleure identification des émotions par rapport aux stimuli statiques, nous pouvons répondre en affirmant qu’il existe une ten- dance à mieux percevoir les vidéo-clips que les photographies. En effet, les patients perçoi- vent la rage correctement dans l’expérience III alors que le groupe clinique montre des diffi- cultés perceptives de cette émotion dans les expériences I et II. Cependant, puisque nous avons testé deux groupes cliniques différents, la généralité de cette conclusion est sujette à caution.