Den mediale præfrontale cortex’ rolle i arbejdshukommelsesvedligeholdelsen af ens egne følelsesmæssige reaktioner

Deltagere

Vi rekrutterede 26 voksne (13 kvinder; gennemsnitsalder = 23,12 ± 4,03) fra den almindelige befolkning (ved hjælp af flyers og internetannoncer) til at deltage i den aktuelle undersøgelse. Eksklusionskriterier omfattede enhver historie af psykiatriske eller neurologiske lidelser (vurderet via et spørgeskema til telefonscreening baseret på kriterier inden for Diagnostic and Statistical Manual for Mental Disorders, 4th edition; DSM-IV-TR). Alle deltagere gav skriftligt informeret samtykke inden deltagelse i nogen undersøgelsesrelaterede aktiviteter. Alle deltagere modtog også økonomisk kompensation for deres deltagelse. Institutional Review Board of the University of Arizona gennemgik og godkendte forskningsprotokollen for denne undersøgelse, og alle metoder blev udført i overensstemmelse med de relevante retningslinjer og bestemmelser.

Working Memory Task

Når deltagerne havde udfyldt det informerede samtykke, blev de præsenteret for skriftlige instruktioner (på en bærbar computer) for, hvordan de skulle udføre WM-opgaven (denne opgave er illustreret i Fig. 1). I disse instruktioner stod der “du vil blive vist en række billeder, der typisk udløser følelsesmæssige reaktioner”, og “på hvert forsøg vil du blive vist et billede og få instruktioner om at være opmærksom på noget specifikt”. Instruktionerne informerede derefter deltagerne om, at der ville være en pause efter at have set billedet (hvor der kun blev vist en sort skærm), i løbet af hvilken de skulle fastholde det opmærkede emne i hukommelsen. Dernæst fik deltagerne at vide, at der efter pausen ville blive vist tre muligheder på skærmen, og at de ville blive bedt om at trykke på en af de tre tilsvarende knapper for at teste deres hukommelse.

For hvert forsøg dukkede en instruktion op (i pseudo-tilfældig rækkefølge) med angivelse af enten “Emotion”, “Billede”, “Krop” eller “Hvile”. De fik at vide, at instruktionen “Følelse” betød, at “du skal være opmærksom på din egen følelsesmæssige reaktion på billedet og holde denne følelsesmæssige følelse i tankerne” under pausen. Deltagerne blev informeret om, at når de tre valgmuligheder dukkede op på skærmen efter pausen, ville to valgmuligheder være følelsesord (herunder: vred, afskyet, glad, neutral, bange eller trist). Den tredje mulighed ville være “ingen af delene”. De blev instrueret om at vælge den mulighed (ved at trykke på en knap), der bedst svarede til den følelsesmæssige reaktion, som de havde i hukommelsen. De fik at vide, at instruktionen “billede” betød, at “du skal være opmærksom på tingene i billedet og holde billedet i tankerne” under pausen. Deltagerne blev informeret om, at når de tre valgmuligheder dukkede op på skærmen efter pausen, ville to valgmuligheder være kategoriværdier (herunder: menneske, dyr, barn, voksen, mand, kvinde, levende eller kun levende eller ikke-levende). Den tredje mulighed ville være “hverken eller”. De blev instrueret om at vælge den mulighed (ved at trykke på en knap), som svarede bedst til deres hukommelse om, hvad der var på billedet. De fik at vide, at instruktionen “krop” betød, at “du skal være opmærksom på din egen fysiske kropslige reaktion på billedet og holde denne kropslige følelse i tankerne” under pausen. Deltagerne blev informeret om, at når de tre valgmuligheder dukkede op på skærmen efter pausen, ville to valgmuligheder svare til steder på deres krop, hvor de måske havde følt en ændring (herunder: hjerte, mave, arme, ansigt, hals eller ingen ændring). Den tredje mulighed ville være “ingen af delene”. De blev instrueret om at vælge den mulighed (ved at trykke på en knap), som svarede bedst til deres hukommelse om det mest fremtrædende område, hvor de følte en ændring i deres krop. Endelig fik de at vide, at instruktionen “hvile” betød, at “du ikke behøver at huske noget” under pausen. Deltagerne blev informeret om, at når de tre valgmuligheder dukkede op på skærmen efter pausen, ville to valgmuligheder sige “ikke skubbe”, og den tredje valgmulighed ville være “skub”. De blev instrueret om at vælge den mulighed (ved at trykke på en knap), hvor der stod “Tryk” ved hvert forsøg. Denne betingelse fungerede som en kontrolbetingelse, hvor intet blev holdt i WM i vedligeholdelsesperioden, men hvor alle stimulusbetingelser var identiske.

Sidst blev de instrueret om at bruge bestemte strategier i pausen for hver forsøgstype. For “Emotion”-betingelsen blev de bedt om at “holde den følelsesmæssige følelse i tankerne for at huske, hvilken følelse det var”. I forbindelse med betingelsen “billede” blev de bedt om at “holde det visuelle billede af billedet i tankerne for at huske, hvad der var i det”. I forbindelse med betingelsen “krop” blev de bedt om at “holde den kropslige følelse i tankerne for at huske, hvor du følte, at din krop reagerede”. De blev også bedt om at “gøre deres bedste for IKKE blot at holde et ord i tankerne i stedet” (som f.eks. at gentage “dyr, dyr, dyr” eller “trist, trist, trist” eller “mave, mave, mave” for at huske). Dette blev gjort for at undgå brugen af en auditiv WM-strategi i hver betingelse (f.eks. således at deltagerne faktisk holdt et følelsesbegreb i tankerne i “Emotion”-betingelsen, et visuelt billede i “Image”-betingelsen osv.) ). Efter at have læst disse instruktioner fik deltagerne mulighed for at stille spørgsmål, og derefter fik de lov til at øve opgaven i flere forsøg på den bærbare computer. Denne øvelsesperiode gav to eksponeringer for hver instruktionstype. Efter denne øvelsesperiode kunne deltagerne igen stille eventuelle afklarende spørgsmål, hvis noget stadig ikke var fuldt forstået.

Deltagerne blev derefter bragt til MR-skanneren (magnetisk resonansbilleddannelse) på University of Arizona, hvor de gennemgik funktionel MR-scanning (se Neuroimaging-metoder nedenfor), mens de gennemførte WM-opgaven. Før scanningen begyndte, fik de også et lille antal øvelsesforsøg for at blive vant til at udføre opgaven i skannermiljøet.

Opgaven anvendte normative følelsesmæssige stimuli erhvervet fra International Affective Picture System (IAPS). På grundlag af de IAPS-normative data (både mandlige/kvindelige), der blev leveret af Lang et al.38 ved hjælp af en 9-punkts vurderingsskala, blev der udvalgt billeder for hver valens (ubehagelig (U) = Mvalence < 4,0, neutral (N) = 4,0 < Mvalence < 6,0, behagelig (P) = Mvalence > 6,0). Opgaven var kontrabalanceret i videst muligt omfang med hensyn til alle stimulus- og konditionsvariabler. Dette omfattede at sikre, at hver svarmulighed blev vist et nogenlunde tilsvarende antal gange. Det omfattede også at sikre, at hver opgavebetingelse havde et tilsvarende antal billeder i hver valenskategori (dvs. at hver af de fire opmærksomheds-/hukommelsesbetingelser omfattede præsentation af 10 ubehagelige billeder, 5 behagelige billeder og 5 neutrale billeder i pseudo-tilfældig rækkefølge), og at disse billeder blev matchet med hensyn til indhold på tværs af betingelserne i videst muligt omfang. Der blev medtaget et større antal normativt ubehagelige billeder, fordi der er et større antal ubehagelige grundlæggende følelseskategorier (dvs. “trist”, “bange”, “vred” og “afskyet” i forhold til kun “glad” og “neutral”). Der blev også oprettet to kontrabalancerede opgaveversioner ved at udskifte de anvendte billeder mellem “Emotion”- og “Image”-betingelserne og mellem “Body”- og “Rest”-betingelserne. Hver deltager udførte en af disse ækvivalente opgaveversioner (dvs. halvdelen af deltagerne fik version 1 og halvdelen fik version 2). Således ville enhver potentiel indflydelse af de forskellige billeder, der blev set inden for hver betingelse, forventes at ophæve sig inden for gruppeanalyser.

Opgavelængden (20 minutter) gav mulighed for 20 forsøg inden for hver af de 4 betingelser. På hvert forsøg var timingen som følger: Forsøgsinstruktion = 3 s, billede = 2 s, vedligeholdelsesperiode = 5 s, beslutningsperiode (visning af de tre muligheder) = 3 s. Efter beslutningsperioden var der også et interforsøgsinterval af variabel længde (visning af et krydsfelt), som blev jitteret, så det varede enten 0,5 s, 2 s eller 3.5 s.

Når scanningen var afsluttet, blev deltagerne derefter eskorteret tilbage til laboratoriet, satte sig ved en bærbar computer og blev bedt om at udfylde nogle yderligere målinger.

Sekundære målinger

Målinger af følelsesmæssig bevidsthed

Der blev foretaget to målinger af EA. For det første udfyldte deltagerne en online-version af skalaen for niveauer af følelsesmæssig bevidsthed (LEAS) (www.eleastest.net), der gør brug af et valideret automatisk scoringsprogram39. LEAS omfatter præsentation af 2-4 sætningsbeskrivelser af 20 sociale situationer, der hver involverer 2 personer. Situationsbeskrivelserne er udformet til at fremkalde fire følelseskategorier (tristhed, lykke, vrede og frygt) på 5 kompleksitetsniveauer. Der præsenteres én situation på hver elektronisk præsenteret side, efterfulgt af to spørgsmål: “Hvordan ville du selv føle dig?” og “Hvordan ville den anden person føle sig?” Der er separate svarfelter til indtastning af svarene på hvert spørgsmål. Deltagerne bliver bedt om at skrive deres svar og bruge så meget eller så lidt plads som nødvendigt for at svare. De får også at vide, at de skal bruge ordet “føler” i deres svar.

EA-niveau scores tildeles på baggrund af de ord, deltagerne skriver i deres svar. Den lavest mulige score gives til ord uden følelser (niveau 0). Ord relateret til fysiologiske fornemmelser (f.eks. “træt”) får en score på niveau 1, mens score på niveau 2 i stedet afspejler følelsesrelaterede handlinger (f.eks. “slå”) eller simple valensdiskrimineringer (f.eks. “dårlig”, “god”), der har et iboende undgåelses- eller tilnærmelsesrelateret indhold. Niveau 3-score gives til enkelte følelsesbegrebstermer (f.eks. “glad”, “trist”). Niveau 4 scores gives, når mindst 2 ord fra niveau 3 anvendes i det samme emne (dvs. når de giver større følelsesmæssig differentiering end et af ordene alene). De selv- og andrerelaterede svar scorer særskilt for hvert emne som beskrevet ovenfor (dvs. med en værdi på 0-4). Der gives også en “samlet” score for hvert af de 20 LEAS-emner; denne score repræsenterer den højeste af de selv- og andrerelaterede scores, medmindre der gives en score på 4 for begge. Når dette sker, gives der en samlet score på 5 for punktet, så længe de selv- og andrerelaterede svar er i stand til at blive differentieret (for yderligere oplysninger, se ref.29). (Bemærk: LEAS-scorerne fra dette datasæt er tidligere blevet offentliggjort i forbindelse med andre neuroimaging-data21,40,41. Deres relation til billeddannelsesdata fra denne EWM-opgave er imidlertid ny for det nuværende manuskript).

Som et andet mål for EA gennemførte deltagerne også Frith-Happé-Animations Task (AT;42). Denne opgave blev oprindeligt designet til at måle teori om sind mere generelt; den er imidlertid også for nylig blevet brugt i nogle få undersøgelser i forbindelse med LEAS-scoresystemet for at give en supplerende måling af EA, der ikke afhænger af sprogbaserede opfordringer eller kræver, at deltagerne forestiller sig detaljerede scenarier (f.eks. se refs43,44,45). Som anvendt i denne undersøgelse bestod AT af 12 animationer af enkle bevægelige figurer (dvs. 2 trekanter), der blev præsenteret på en computerskærm (hver af dem varede 34-45 sekunder). Disse 12 animationsklip faldt i 3 kategorier, der hver omfattede 4 animationer: 1) en kategori “tanker/følelser” (TF) med animationer, der fremmede opfattelsen af overbevisninger, ønsker og følelser i trekanterne; 2) en kategori “enkle interaktioner” (SI) med animationer, der fremmede opfattelsen af enkle målrettede bevægelser (f.eks. en trekant “følger” en anden); og 3) en kategori “tilfældig bevægelse” (RM), som omfattede animationer af trekanterne, der drev rundt på skærmen uden noget meningsfuldt mønster. Inden de så animationerne (der blev præsenteret i modbalanceret rækkefølge på tværs af deltagerne), blev deltagerne informeret om de tre kategorier af animationer og fik vist en eksempelanimation af hver type. De blev derefter bedt om at slappe af og se hver animation og “beskrive, hvad der skete i animationen” ved at skrive en beskrivelse i en tekstboks på computeren umiddelbart efter at have set hvert klip. Halvdelen af animationerne (to fra hver kategori) blev indledt med et verbalt cue, der informerede dem om animationstypen (dvs. TF, SI eller RM), mens den anden halvdel ikke blev indledt med denne information.

For at evaluere EA blev hver af de skriftlige animationsbeskrivelser kodet og scoret i henhold til kriterierne for scoring af LEAS (f.eks. som også gjort i refs43,44), ved hjælp af det tidligere validerede automatiske LEAS-scoringsprogram39. En forskningsassistent undersøgte også efterfølgende de skriftlige beskrivelser og de automatiske scoringer og korrigerede eventuelle falske positive eller falske negative resultater i det automatiske programs output (i henhold til LEAS-scoringsmanualen). Da der imidlertid ikke var nogen “selv” og “anden” i animationerne, blev der ikke givet en score på niveau 5 for hver skriftlig beskrivelse. Hver animationsbeskrivelse fik derfor en EA-niveau score på 0-4, og disse scores blev derefter summeret over de 12 animationsbeskrivelser for hver person. Denne anden metode til evaluering af følelsesmæssig bevidsthed anvendte stimulusprompts, der var visuelle i modsætning til de sprogbaserede prompts, der beskriver sociale scenarier, der anvendes af LEAS, og kan derfor være mindre forvirret af individuelle forskelle i sproglige eller fantasirelaterede kapaciteter.

Neuroimagingmetoder

En 3T Siemens Skyra-scanner (Siemens, Erlangen, Tyskland), med en 32-kanals hovedspole, blev brugt til at udføre neuroimaging. T1-vægtede strukturelle 3D MPRAGE-billeder blev erhvervet (TR/TE/flipvinkel = 2,1 s/2,33 ms/12 grader), der dækkede 176 sagittale skiver (256 × 256) og havde en skiftetykkelse på 1 mm (voxelstørrelse = 1 × 1 × 1 × 1). Funktionelle T2*-vægtede scanninger blev erhvervet over 32 tværgående skiver (2,5 mm tykkelse). Hvert volumen blev opsamlet ved hjælp af en interleaved sekvens (TR/TE/flipvinkel = 2,0 s/25 ms/90 grader). Voxelstørrelsen i T2*-sekvensen var 2,5 × 2,5 × 3,5 mm. Synsfeltet (FOV) var 240 mm.

Billedbehandling

Forbehandlingstrin samt efterfølgende statistiske analyser blev udført ved hjælp af SPM12 (Wellcome Department of Cognitive Neurology, London, UK; http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm) for alle MRI-scanninger. Ved hjælp af standardalgoritmer blev rå funktionelle billeder omjusteret, unwarped og coregisteret til hver persons MPRAGE-billede. Billederne blev derefter normaliseret til Montreal Neurological Institute (MNI) koordinatrum, rumligt udglattet til 6 mm (fuld bredde ved halvt maksimum) og resliced til 2 × 2 × 2 × 2 mm voxels. Den standardkanoniske hæmodynamiske responsfunktion i SPM blev anvendt, og lavfrekvente forstyrrelser blev minimeret med et 128-sekunders højpasfilter. Seriel autokorrelation blev yderligere korrigeret ved hjælp af AR(1)-funktionen. Artifact Detection Tool (ART; http://www.nitrc.org/projects/artifact_detect/) blev også brugt til at regressere ud scanninger som generende kovariater i analysen på første niveau (tærskel: 3 SD i gennemsnitlig global intensitet og scanning-til-scan-bevægelse, der oversteg 1.0 mm).

Statistisk analyse

For hver deltager blev der specificeret en generel lineær model for at kontrastere aktivering i vedligeholdelsesperioden mellem “Emotion”, “Billede” og “Hvile” betingelser. Kontraster, der involverer “Body” -betingelsen, vil blive rapporteret i et separat manuskript (under forberedelse). Hvert forsøg blev modelleret som et 5-sekunders interval. Bevægelsesregressorer (genereret af ART – se billedbehandling ovenfor) blev også tilføjet til hvert af disse 1st-level designs. Disse kontrastbilleder blev derefter indtastet i SPM-analyser på andet niveau (T-tests med én stikprøve) for at vurdere hovedvirkningen af hver kontrast af interesse. Den første kontrast var “Emotion > Image”, som skulle fremhæve alle regioner, der aktiveres ved at opretholde følelser, som ikke også aktiveres ved at opretholde visuelle oplysninger. Den anden kontrast var “Emotion > Rest”, som skulle fremhæve alle regioner, der aktiveres ved at opretholde ens egne følelser (dvs. i forhold til en periode, der ikke involverer nogen WM-vedligeholdelse). Den tredje kontrast var “Image > Rest”, som skulle fremhæve alle regioner, der blev aktiveret ved at vedligeholde de visuelle billeder (dvs. i forhold til ingen WM-vedligeholdelse). De to sidstnævnte kontraster og deres omvendte blev analyseret for at muliggøre en mere grundig fortolkning af den primære “Emotion > Image” -kontrast, som i sig selv replikerer de kontraster, der er foretaget mellem følelsesfokuseret og visionsfokuseret opmærksomhed (f.eks. ref.13) og WM20 i tidligere undersøgelser. Endelig blev der udført konjunkturanalyser (inden for en fleksibel faktoriel model i SPM12) for at bekræfte aktiveringsregioner, der er fælles for (1) “Emotion > Rest” og “Image > Rest” -kontrasterne og (2) “Rest > Emotion” og “Rest > Image” -kontrasterne. Disse konjunktionsanalyser blev udført ved hjælp af SPM12’s “konjunktion nul”-funktion46.

For disse analyser indstillede vi en helhjerne peak-signifikancetærskel på p < 0.001 (ukorrigeret) og en klyngeudbredelsestærskel på p < 0.05 (false discovery rate korrigeret). Den første egenvariat på tværs af emner blev også ekstraheret fra dACC-klyngen fundet i “Emotion > Image” -kontrasten (ved hjælp af SPM12’s indbyggede volume-of-interest-tidsserieudtrækningsværktøj; se resultatafsnittet), der var tættest på den region, der blev observeret i tidligere EA-undersøgelser32,33, og dette var korreleret med vores to EA-målinger (beskrevet yderligere nedenfor). Klyngeidentifikation/-mærkning blev udført i forbindelse med det automatiserede atlas for anatomisk mærkning (AAL) i SPM1247.