The role of medial prefrontal cortex in working memory maintenance of one’s own emotional responses

Participants

本研究に参加する成人26人(女性13、平均年齢23.12 ± 4.03) を一般集団(チラシやインターネット広告)から公募しました。 除外基準には,精神疾患や神経疾患の既往歴を含む(Diagnostic and Statistical Manual for Mental Disorders, 4th edition; DSM-IV-TR内の基準に基づき,電話スクリーニング質問票で評価した)。 すべての参加者は、研究に関連する活動に従事する前に、書面によるインフォームド・コンセントを提供した。 また、すべての参加者は、参加に対して金銭的補償を受けた。 アリゾナ大学の施設審査委員会が本研究の研究計画を審査・承認し、すべての方法が関連するガイドラインと規則に従って実施された。

Working Memory Task

インフォームドコンセントが完了すると、参加者にはWM課題(この課題は図1に図示)の実施方法についての書面による説明(ノートパソコン上)が示された。 この指示書には、”典型的な感情反応を引き起こす一連の絵を見せます”、”各試行で1枚の絵を見せ、特定のものに注意を払うよう指示を与えます “と書かれていた。 そして、指示書には、絵を見た後に一時停止(黒い画面だけが表示される)があり、その間に参加した項目を記憶に留めておくことが要求されることが告げられた。

Figure 1

4つの課題条件の図解です。 各指示の出現後、感情的に快、不快、または中立の画像(International Affective Picture Systemより)が提示され、その後、維持時間が設けられた。 この原稿で報告するすべての対比は、「感情」、「画像」、「休息」条件間の5秒間の維持時間を比較したものである。 身体」条件の解析は別稿で紹介する予定である。 その後に続く判断時間では、3つの選択肢(その条件に関連する指示によって正解が異なる)を含む簡単な識別判定を記憶から行う。 参加者は、ある試行でどのような条件別の選択肢が提示されるかを知らないが、その試行で利用可能な選択肢が両方とも不正解であった場合、「どちらでもない」を選択できた。

各試行の前に、「感情」「イメージ」「身体」「休息」のいずれかを示す指示が(疑似ランダムで)表示された。 Emotion」の指示は、「絵に対する自分の感情的な反応に注意を払い、この感情的な感覚を心に留めておくこと」を意味すると告げられました。 参加者は、一時停止の後、画面に3つの選択肢が表示されたとき、2つの選択肢は感情語(怒り、嫌悪、幸せ、中立、恐れ、悲しみを含む)であると告げられた。 3つ目の選択肢は “どちらでもない “である。 彼らは、自分が記憶している感情反応に最もよく対応する選択肢を(ボタンを押すことで)選ぶように指示された。 イメージ」の指示は、ポーズの間、「イメージの中にあるものに注意を払い、イメージを心に留めておくこと」を意味すると告げた。 一時停止後、画面に3つの選択肢が表示されたとき、2つの選択肢はカテゴリー語(人間、動物、子供、大人、男性、女性、生きている、生きていない、だけを含む)であることが参加者に告げられた。 3つ目の選択肢は “どちらでもない “である。 そして、その画像に写っているものの記憶に最も近い選択肢を(ボタンを押すことで)選ぶように指示された。 身体」の指示は、「画像に対する自分の身体的反応に注意を払い、その身体的感覚を心に留めておくこと」を意味すると告げられ、間を置いた。 一時停止後、画面に3つの選択肢が表示されたとき、2つの選択肢は、体の中で変化を感じた可能性のある場所(心臓、胃、腕、顔、喉、変化なしなど)に対応するものであることが参加者に告げられた。 3つ目の選択肢は「どちらでもない」。 そして、最も顕著に体の変化を感じた部位の記憶に最も近い選択肢を(ボタンを押すことで)選ぶように指示されました。 最後に、「休め」の指示は、休止の間「何も覚えなくてよい」という意味であることを告げた。 参加者は、一時停止後に3つの選択肢が画面に表示されたとき、2つの選択肢は “押すな”、3つ目の選択肢は “押せ “と言うことを告げられた。 参加者は各試行で “Push “と書かれた選択肢を(ボタンを押すことで)選択するように指示された。 この条件は、維持期間中はWMに何も保持されないが、すべての刺激条件は同じである対照条件として機能した。

最後に、各試行タイプについて、休止期間中に特定の戦略を使用するように指示した。 感情」条件では、「どのような感情であったかを思い出すために、その感情を心に留めておく」ように指示された。 イメージ」条件では、「絵の中にあるものを思い出すために、その絵の視覚的なイメージを心に留めておく」よう指示した。 身体」条件では、”身体が反応した場所を思い出すために、身体の感覚を心に留めておく “ように言われました。 また、「思い出すために、”動物、動物、動物”、”悲しい、悲しい、悲しい”、”胃、胃、胃 “と繰り返すなど、単純に言葉を思い浮かべないように頑張ってください」と言われた。 これは、各条件で聴覚的なWM戦略が使われないようにするためである(例えば、参加者が実際には、「感情」条件では感情概念、「イメージ」条件では視覚的イメージなどを心に留めているようにするため)。 これらの指示を読んだ後、参加者には質問の機会が与えられ、その後、ノートパソコンで数試行の課題練習をさせた。 この練習時間では、各指示の種類を2回ずつ体験させた。

その後、参加者はアリゾナ大学の磁気共鳴イメージング(MRI)スキャナに運ばれ、WM課題をこなしながら機能的MRIスキャン(下記の神経画像法参照)を受けた。 また、スキャニング開始前に、スキャナ環境下での課題遂行に慣れるための練習試行を少量行った。

課題には、国際感情画像システム(IAPS)から得られた規範的な感情刺激を用いた。 Langら38が提供したIAPS規範データ(男性・女性とも)をもとに、9段階評価で各価値の画像を選択した(不快(U)=Mvalence<7009> 4.0、中立(N)=4.0<7009> Mvalence<7009> 6.0、快(P)=Mvalence<1258> 6.0). 課題は、すべての刺激と条件変数に関して、可能な限りカウンターバランスさせた。 これには、各回答選択肢の表示回数がほぼ等しいことを保証することも含まれる。 また、各課題条件には、各価値カテゴリーの絵の数が等しいこと(すなわち、4つの注意・記憶条件のそれぞれには、10枚の不快な絵、5枚の楽しい絵、5枚の中立の絵が疑似ランダムな順序で提示される)、およびこれらの絵が条件間で内容をできる限り一致させることが含まれていた。 不快な絵が多く含まれるのは、不快な基本感情カテゴリーの数が多いためである(すなわち、「幸せ」と「中立」のみに対して、「悲しい」、「怖い」、「怒り」、「嫌だ」である)。 また、「感情」条件と「イメージ」条件、「身体」条件と「休息」条件で使用する絵を入れ替え、2種類のカウンターバランス課題版を作成した。 各被験者は、これらの等価なタスクバージョンのうちの1つを実行した(すなわち、半数の被験者がバージョン1を、半数の被験者がバージョン2を実行した)。

課題時間(20分)は、4条件それぞれで20回の試行を可能にした。 各試行でのタイミングは以下の通りであった。 試行指示=3秒、画像=2秒、維持期間=5秒、決定期間(3つの選択肢を表示)=3秒。決定期間の後、可変長の試行間隔(十字を表示)があり、これは0.5秒、2秒、3秒のいずれかにジッターで変化させることができた。

スキャン終了後、参加者は実験室に戻され、ラップトップに座らされ、いくつかの追加測定に答えるよう求められた。

二次測定

感情認識測定

EAに関する2つの測定が行われた。 まず、参加者は検証された自動採点プログラムを利用したオンライン版の感情認識尺度(LEAS)(www.eleastest.net)を記入した39。 LEASは、2人が関与する20の社会的状況について、2~4文の説明を提示するものである。 状況の説明は、4つの感情カテゴリー(悲しみ、幸福、怒り、恐怖)を5段階の複雑さで引き出すように設計されている。 各ページに1つの状況が提示され、その後に2つの質問があります。 「自分ならどう感じるか」「相手ならどう感じるか」という2つの質問です。 それぞれの質問に対する答えを入力するための回答欄が別に用意されています。 参加者は、必要なだけ、あるいは少ないスペースで、回答を入力するよう求められています。

EA levelのスコアは、参加者が回答に書いた言葉に基づいて割り当てられます。 最も低い得点は、感じない言葉(レベル0)に与えられます。 生理的感覚に関連する言葉(例:「疲れた」)にはレベル1のスコアが与えられ、レベル2のスコアは代わりに、回避や接近に関連する内容を内在する、感情に関連する行動(例:「殴る」)や単純な価の識別(例:「悪い」「良い」)を反映したものとなっている。 レベル3は、単一の感情概念用語(例:”うれしい”、”悲しい”)に与えられたスコアである。 レベル4は、レベル3の単語が2つ以上同じ項目で使われている場合(つまり、どちらかの単語だけよりも大きな感情の差別化を伝えている場合)である。 自己関連と他者関連の回答は、上記のように項目ごとに別々に採点される(つまり、0~4の値で採点される)。 この得点は、自己と他者に関連する得点のうち高いほうを表すが、両方に 4 点が与えられる場合はこの限りではない。 この場合、自己と他者に関連する回答が区別できる限り、その項目には合計5点が与えられる(詳細は参考文献29を参照)。 (注)このデータセットのLEASスコアは、他の神経画像データ21,40,41と組み合わせて以前に発表されている。 しかし、このEWM課題からの画像データとの関連は、本論文では新規のものである)

EAの第二の指標として、参加者はFith-Happé-Animations課題(AT;42)も完了させた。 この課題は、もともとより一般的な心の理論を測定するために考案されたが、最近、いくつかの研究で、LEASスコアリングシステムと併用して、言語ベースのプロンプトに依存せず、参加者に詳細なシナリオを想像させないEAを補完する尺度として用いられている(例えば、参考文献43、44、45を参照されたい)。 本研究で使用したATは、コンピュータ画面上に提示された単純な図形(すなわち、2つの三角形)の12のアニメーション(各34~45秒)で構成されていた。 これらの12個のアニメーションは、それぞれ4個ずつのアニメーションを含む3つのカテゴリーに分類された。 1)「思考・感情」(TF)カテゴリー:三角形の信念、欲求、感情の知覚を促すアニメーション、2)「単純相互作用」(SI)カテゴリー:単純な目標指向の動き(例えば、ある三角形が別の三角形を「追う」)の知覚を促すアニメーション、3)「ランダム運動」(RM)カテゴリー:三角形が画面の周りを無意味に漂っているアニメーション、であった。 アニメーションを見る前に、参加者は3種類のアニメーションについて説明を受け、それぞれのアニメーションの例を1つずつ見せられました(参加者間で順序を入れ替えた)。 そして、リラックスして各アニメーションを見るように指示され、各クリップを見た後、コンピュータに用意されたテキストボックスに説明を入力して、「アニメーションで何が起こっていたかを説明する」ように指示された。 EAを評価するために、記述されたアニメーションのそれぞれは、以前に検証されたLEAS自動採点プログラム39を用いて、LEASの採点基準(例えば、参考文献43,44でも行われているように)に従ってコード化し、採点された。 また、研究助手がその後、記述と自動採点を検討し、自動採点プログラムの出力に偽陽性や偽陰性があれば修正した(LEAS採点マニュアルに従う)。 しかし、アニメーションの中に「自分」と「他者」がないため、それぞれの記述に対してレベル5のスコアは提供されなかった。 そこで、各アニメーションの説明文に0〜4のEAレベルスコアを与え、このスコアを各個人の12個のアニメーション説明文について合計した。 この第二の感情認識評価法は、LEASで用いられた社会的シナリオを記述する言語ベースのプロンプトとは対照的に、視覚的な刺激プロンプトを用いたので、言語や想像力に関連する能力の個人差による混乱が少ない可能性がある<3748><8613>神経画像法<2202><2114>32チャンネル頭部コイルを備えた3T Siemens Skyra scanner(Siemens, Erlangen, Germany)を使用して神経画像を行った。 T1強調構造3次元MPRAGE画像(TR/TE/flip angle = 2.1 s/2.33 ms/12 degree)は176矢状断(256 × 256)をカバーし,スライス厚1mm(voxel size = 1 × 1 × 1)で取得された。 機能的T2*強調スキャンは32枚の横方向スライス(2.5 mm厚)にわたって取得された。 各ボリュームはインターリーブシーケンス(TR/TE/flip angle = 2.0 s/25 ms/90 degree)を用いて収集された。 T2*シーケンスのボクセルサイズは2.5×2.5×3.5mmであった。

画像処理

前処理工程およびその後の統計解析は、すべてのMRIスキャンについてSPM12(英国ロンドン、ウェルカム認知神経科、http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm)を用いて実施した。 標準的なアルゴリズムを用いて、生の機能画像を各被験者のMPRAGE画像に再整列、アンワープ、およびコアジスタリングした。 その後,画像はMNI(Montreal Neurological Institute)座標空間に正規化し,6mm(半値全幅)に空間的に平滑化し,2×2×2mmボクセルに再スライスした. SPMの標準的な血行動態応答関数を使用し、128秒のハイパスフィルタで低周波の交絡を最小化した。 さらにAR(1)関数を用いて系列自己相関を補正した. また,Artifact Detection Tool(ART;http://www.nitrc.org/projects/artifact_detect/)を使用して,第1水準解析における迷惑な共変量としてのスキャンを回帰除去した(閾値.

統計解析

各参加者について、一般線形モデルを指定し、「感情」「画像」「休息」条件間の維持期間中の活性化を対比させた。 体」条件との対比は別稿で報告する(準備中)。 各試行は5秒間隔としてモデル化した。 また、これらの第1水準デザインそれぞれに、動きリグレッサー(ARTで生成、上記画像処理参照)が加えられた。 これらのコントラスト画像を第2レベルのSPM分析(1標本T検定)に入力し、関心のある各コントラストの主効果を評価した。 最初のコントラストは「感情>画像」であり、視覚情報の維持によっても活性化されない、感情の維持によって活性化されるすべての領域を強調するはずであった。 第二の対照は、「感情<1258>休息」であり、自分自身の感情を維持することによって(すなわち、WMの維持を伴わない期間と比較して)活性化されるすべての領域を強調するはずであった。 3つ目のコントラストは「イメージ<1258>休息」で、これは視覚的イメージを維持することによって活性化されるすべての領域を強調するものである(すなわち、WMの維持がない場合との相対比較)。 後者の2つの対比とその逆は、主要な「感情<1258>画像」対比をより詳細に解釈できるようにするために分析され、それ自体は、以前の研究で感情焦点型と視覚焦点型注意(例えば文献13)とWM20の間で行われた対比を再現している。 最後に、(1)「感情<1258>休息」対照と「画像<1258>休息」対照、(2)「休息<1258>感情」対照と「休息<1258>画像」対照に共通する活性化領域を確認するために、連関分析を行った(SPM12のFlexible Factorial model内)。 これらの連関解析はSPM12の「連関NULL」機能46を用いて行った。

これらの解析では、全脳ピーク有意閾値をp < 0.001 (補正なし)、クラスタ範囲閾値をp < 0.05 (誤発見率補正)と設定した。 また、被験者間の第一固有値は、「感情<1258>画像」コントラスト(SPM12内蔵の関心量時系列抽出ツールを使用;結果の項参照)で見つかったdACCクラスターのうち、過去のEA研究で観察された領域に最も近いものを抽出し、これは我々の二つのEA指標(以下にさらに記述)と相関があった。 クラスターの同定/ラベリングは、SPM1247内のAutomated Anatomical Labeling (AAL) atlasと連携して行われた<3748>。

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