De rol van mediale prefrontale cortex in het werkgeheugen van de eigen emotionele reacties

Deelnemers

We rekruteerden zesentwintig volwassenen (13 vrouwen; gemiddelde leeftijd = 23,12 ± 4,03) uit de algemene bevolking (met behulp van flyers en internetadvertenties) om deel te nemen aan de huidige studie. Exclusiecriteria waren onder meer een voorgeschiedenis van psychiatrische of neurologische stoornissen (beoordeeld via een telefonische screeningsvragenlijst op basis van criteria van de Diagnostic and Statistical Manual for Mental Disorders, 4th edition; DSM-IV-TR). Alle deelnemers gaven schriftelijke geïnformeerde toestemming voordat ze deelnamen aan enige studie-gerelateerde activiteiten. Alle deelnemers ontvingen ook een financiële vergoeding voor hun deelname. De Institutional Review Board van de Universiteit van Arizona beoordeelde en keurde het onderzoeksprotocol van de huidige studie goed, en alle methoden werden uitgevoerd in overeenstemming met de relevante richtlijnen en voorschriften.

Working Memory Task

Nadat de geïnformeerde toestemming was voltooid, kregen de deelnemers schriftelijke instructies (op een laptopcomputer) voor het uitvoeren van de WM-taak (deze taak wordt geïllustreerd in Fig. 1). Deze instructies luidden: “U krijgt een reeks plaatjes te zien die typisch emotionele reacties oproepen” en “Bij elke proef krijgt u één plaatje te zien en krijgt u instructies om op iets specifieks te letten.” De instructies deelden de deelnemers vervolgens mee dat er na het zien van de afbeelding een pauze zou volgen (waarin alleen een zwart scherm werd getoond), waarin zij het bijgewoonde item in het geheugen zouden moeten vasthouden. Vervolgens werd de deelnemers verteld dat er na de pauze drie opties op het scherm zouden verschijnen en dat hen gevraagd zou worden op een van de drie overeenkomstige knoppen te drukken om hun geheugen te testen.

Vóór elke proef verscheen er een instructie (in pseudo-willekeurige volgorde) met de tekst “Emotie”, “Beeld”, “Lichaam” of “Rust”. Hen werd verteld dat de instructie “Emotie” betekende dat “je aandacht moet besteden aan je eigen emotionele reactie op het plaatje en dit emotionele gevoel in gedachten moet houden” tijdens de pauze. De deelnemers werd verteld dat, wanneer de drie opties op het scherm verschenen na de pauze, twee opties emotiewoorden zouden zijn (waaronder: boos, walgend, blij, neutraal, bang, of verdrietig). De derde optie zou “geen van beide” zijn. Zij werden geïnstrueerd om de optie te kiezen (door op de knop te drukken) die het best overeenkwam met de emotionele reactie die zij in het geheugen hadden. Hun werd verteld dat de instructie “beeld” betekende dat “je aandacht moet schenken aan de dingen in het beeld en het beeld in gedachten moet houden” tijdens de pauze. De deelnemers werd verteld dat, wanneer de drie opties op het scherm verschenen na de pauze, twee opties categorie woorden zouden zijn (inclusief: mens, dier, kind, volwassene, man, vrouw, levend, of alleen niet-levend). De derde optie zou “geen van beide” zijn. Zij werden geïnstrueerd om de optie te kiezen (door op de knop te drukken) die het beste overeenkwam met hun herinnering van wat er in het beeld was. Hun werd verteld dat de instructie “lichaam” betekende dat “je aandacht moet schenken aan je eigen lichamelijke reactie op het plaatje en dit lichamelijke gevoel in gedachten moet houden” tijdens de pauze. De deelnemers kregen te horen dat, wanneer de drie opties na de pauze op het scherm verschenen, twee opties overeen zouden komen met plaatsen op hun lichaam waar ze een verandering hadden gevoeld (waaronder: hart, buik, armen, gezicht, keel, of geen verandering). De derde optie was “geen van beide”. Zij werden geïnstrueerd om de optie te kiezen (door op de knop te drukken) die het beste overeenkwam met hun herinnering aan de meest prominente regio waar zij een verandering in hun lichaam hadden gevoeld. Ten slotte werd hen verteld dat de instructie “Rust” betekende dat “u zich niets hoeft te herinneren” tijdens de pauze. De deelnemers kregen te horen dat, wanneer de drie opties na de pauze op het scherm verschenen, twee opties “niet duwen” zouden luiden en de derde optie “duwen”. Ze werden geïnstrueerd om bij elke proef de optie te kiezen (door op de knop te drukken) waarop “Duwen” stond. Deze conditie fungeerde als een controleconditie waarin niets in het geheugen werd vastgehouden tijdens de onderhoudsperiode, maar waarin alle stimuluscondities identiek waren.

Ten slotte werden ze geïnstrueerd om bepaalde strategieën te gebruiken tijdens de pauzeperiode voor elk trial type. Voor de “Emotie” conditie, werd hen gevraagd om “het emotionele gevoel in gedachten te houden om te herinneren welke emotie het was.” Voor de “Beeld”-conditie werd hen gevraagd “het visuele beeld van het plaatje in gedachten te houden om zich te herinneren wat erin zat”. Voor de conditie “Lichaam” werd hen gevraagd om “het lichamelijke gevoel in gedachten te houden om je te herinneren waar je je lichaam voelde reageren”. Er werd ook gezegd dat ze “hun best moesten doen om in plaats daarvan NIET gewoon een woord in gedachten te houden” (zoals het herhalen van “dier, dier, dier” of “droevig, droevig, droevig” of “maag, maag, maag” om zich dat te herinneren). Dit werd gedaan om het gebruik van een auditieve WM-strategie in elke conditie te vermijden (bijvoorbeeld, zodat deelnemers daadwerkelijk een emotieconcept in gedachten hielden in de conditie “Emotie”, een visueel beeld in de conditie “Beeld”, etc.). Na het lezen van deze instructies kregen de deelnemers de gelegenheid om vragen te stellen, en daarna mochten ze de taak een aantal keer oefenen op de laptop. Deze oefenperiode gaf twee blootstellingen aan elk instructietype. Na deze oefenperiode konden deelnemers opnieuw verduidelijkende vragen stellen als ze iets nog niet helemaal begrepen hadden.

Deelnemers werden vervolgens naar de magnetic resonance imaging (MRI) scanner van de Universiteit van Arizona gebracht, waar ze functionele MRI-scans ondergingen (zie Neuroimaging Methods hieronder) terwijl ze de WM-taak voltooiden. Voordat het scannen begon, kregen ze ook een klein aantal oefenproeven om gewend te raken aan het uitvoeren van de taak in de scanneromgeving.

De taak maakte gebruik van normatieve emotionele stimuli verkregen uit het International Affective Picture System (IAPS). Op basis van de IAPS normatieve gegevens (zowel mannelijk als vrouwelijk) verstrekt door Lang et al.38 met behulp van een 9-punts beoordelingsschaal, werden beelden voor elke valentie geselecteerd (onaangenaam (U) = Mvalentie < 4,0, neutraal (N) = 4,0 < Mvalentie < 6,0, aangenaam (P) = Mvalentie > 6,0). De taak werd zo veel mogelijk gecompenseerd met betrekking tot alle stimulus- en conditievariabelen. Dit hield in dat ervoor gezorgd werd dat elke antwoordoptie een ruwweg gelijk aantal keren werd getoond. Ook werd ervoor gezorgd dat elke taakconditie een gelijk aantal plaatjes in elke valentiecategorie bevatte (d.w.z. elk van de vier aandacht/geheugen condities omvatte de presentatie van 10 onprettige plaatjes, 5 prettige plaatjes, en 5 neutrale plaatjes in pseudo-willekeurige volgorde), en dat deze plaatjes qua inhoud zo veel mogelijk overeenkwamen tussen de condities. Een groter aantal normatief onaangename plaatjes werd opgenomen omdat er een groter aantal onaangename basis emotie categorieën zijn (d.w.z., “verdrietig,” “bang,” “boos,” en “walging” vs. alleen “blij” en “neutraal”). Twee tegengestelde taakversies werden ook gecreëerd, door het verwisselen van de gebruikte afbeeldingen tussen de “Emotie” en “Beeld” condities en tussen de “Lichaam” en “Rust” condities. Elke deelnemer voerde een van deze equivalente taakversies uit (d.w.z. de helft van de deelnemers kreeg versie 1 en de andere helft kreeg versie 2). Op die manier werd verwacht dat een mogelijke invloed van de verschillende afbeeldingen binnen elke conditie binnen de groepsanalyses teniet zou worden gedaan.

De taakduur (20 minuten) liet 20 proeven toe binnen elk van de 4 condities. Op elke proef was de timing als volgt: Trial Instruction = 3 s, Image = 2 s, Maintenance Period = 5 s, Decision Period (het tonen van de drie opties) = 3 s. Na de beslissingsperiode, was er ook een variabele lengte inter-trial interval (het tonen van een crosshair), die zo werd gejitterd dat het ofwel 0,5 s, 2 s, of 3.5 s.

Na het scannen werden de deelnemers teruggebracht naar het lab, waar ze achter een laptop plaatsnamen, en gevraagd werden enkele aanvullende metingen in te vullen.

Secundaire metingen

Metingen van emotioneel bewustzijn

Twee metingen van EA werden gedaan. Ten eerste vulden de deelnemers een on-line versie van de levels of emotional awareness scale (LEAS) in (www.eleastest.net) die gebruik maakt van een gevalideerd automatisch scoringsprogramma39. De LEAS omvat de presentatie van beschrijvingen in 2-4 zinnen van 20 sociale situaties waarbij telkens 2 personen betrokken zijn. De situatiebeschrijvingen zijn ontworpen om vier emotiecategorieën (droefheid, blijdschap, woede en angst) op te roepen op 5 niveaus van complexiteit. Op elke elektronisch gepresenteerde pagina wordt één situatie gepresenteerd, gevolgd door twee vragen: “Hoe zou u zich voelen?” en “Hoe zou de andere persoon zich voelen?” Er zijn aparte antwoordvakken voorzien om de antwoorden op elke vraag in te typen. De deelnemers wordt gevraagd hun antwoorden in te typen met zo veel of zo weinig ruimte als nodig is om te antwoorden. Er wordt hen ook verteld dat ze het woord “gevoel” in hun antwoorden moeten gebruiken.

EA-niveauscores worden toegekend op basis van de woorden die deelnemers in hun antwoorden schrijven. De laagst mogelijke score wordt gegeven aan niet-voelende woorden (niveau 0). Woorden die verband houden met fysiologische gewaarwordingen (bv. “moe”) krijgen een niveau 1-score, terwijl niveau 2-scores in plaats daarvan gevoelsgerelateerde acties (bv. “slaan”) of eenvoudige valentiediscriminaties (bv. “slecht”, “goed”) weergeven die inherent vermijdings- of toenaderingsgerelateerde inhoud hebben. Niveau 3 scores worden gegeven aan enkelvoudige emotie concept termen (b.v., “blij,” “verdrietig”). Niveau 4 scores worden gegeven wanneer minstens 2 woorden van niveau 3 worden gebruikt in hetzelfde item (d.w.z. die een grotere emotionele differentiatie overbrengen dan een van beide woorden alleen). De zelf- en anders-gerelateerde antwoorden worden voor elk item afzonderlijk gescoord zoals hierboven beschreven (d.w.z. met een waarde van 0-4). Voor elk van de 20 LEAS-items wordt ook een “totaalscore” gegeven; deze score is de hoogste van de zelf- en de andergerelateerde scores, tenzij voor beide een score van 4 wordt gegeven. In dat geval wordt een totaalscore van 5 gegeven voor het item, zolang de zelf- en anders-gerelateerde antwoorden maar kunnen worden onderscheiden (zie ref.29 voor meer details). (Opmerking: De LEAS-scores van deze dataset zijn eerder gepubliceerd in samenhang met andere neuro-imaging gegevens21,40,41. Hun relatie tot beeldvormende gegevens van deze EWM taak is echter nieuw voor het huidige manuscript).

Als een tweede meting van EA, voltooiden de deelnemers ook de Frith-Happé-Animations Taak (AT;42). Deze taak werd oorspronkelijk ontworpen om de theorie van de geest meer in het algemeen te meten; het is echter ook recentelijk gebruikt in een paar studies, in combinatie met het LEAS scoresysteem, om een aanvullende meting van EA te bieden die niet afhankelijk is van taal-gebaseerde prompts of vereist dat deelnemers zich gedetailleerde scenario’s voorstellen (bijv., zie refs43,44,45). Zoals gebruikt in deze studie, bestond de AT uit 12 animaties van eenvoudige bewegende vormen (d.w.z. 2 driehoeken) die werden gepresenteerd op een computerscherm (elk duurde 34-45 seconden). Deze 12 animatiefilmpjes vielen uiteen in 3 categorieën van elk 4 animaties: 1) een “gedachten/gevoelens” (TF) categorie, met animaties die de perceptie van overtuigingen, verlangens en emoties in de driehoeken bevorderden; 2) een “eenvoudige interacties” (SI) categorie, met animaties die de perceptie van eenvoudige doelgerichte beweging bevorderden (bv. een driehoek “volgt” een andere); en 3) een “willekeurige beweging” (RM) categorie, die animaties van de driehoeken omvatte die over het scherm dreven zonder betekenisvol patroon. Voorafgaand aan het bekijken van de animaties (gepresenteerd in een uitgebalanceerde volgorde voor alle deelnemers), werden de deelnemers geïnformeerd over de drie categorieën van animaties, en kregen ze een voorbeeld animatie van elk type te zien. Vervolgens werd hen verteld om ontspannen naar elke animatie te kijken en om “te beschrijven wat er in de animatie gebeurde” door direct na het bekijken van elk fragment een beschrijving in een tekstvak op de computer te typen. De helft van de animaties (twee uit elke categorie) werd voorafgegaan door een verbale cue die hen informeerde over het type animatie (d.w.z. TF, SI, of RM), terwijl de andere helft niet werd voorafgegaan door deze informatie.

Om EA te evalueren, werd elk van de geschreven animatiebeschrijvingen gecodeerd en gescoord volgens de criteria voor het scoren van de LEAS (bv. zoals ook gedaan in refs43,44), met gebruikmaking van het eerder gevalideerde automatische LEAS scoringsprogramma39. Een onderzoeksassistent bekeek vervolgens ook de schriftelijke beschrijvingen en de automatische scores, en corrigeerde eventuele fout-positieven of fout-negatieven in de output van het geautomatiseerde programma (volgens de LEAS scoring manual). Aangezien er echter geen “zelf” en “ander” in de animaties voorkwamen, werd er geen niveau 5 score voor elke geschreven beschrijving gegeven. Elke animatiebeschrijving kreeg daarom een score op EA-niveau van 0-4, en deze scores werden vervolgens opgeteld over de 12 animatiebeschrijvingen van elk individu. Deze tweede methode voor het evalueren van emotioneel bewustzijn gebruikte visuele stimulus prompts in tegenstelling tot de taal-gebaseerde prompts die sociale scenario’s beschreven die gebruikt werden in de LEAS, en kan daarom minder beïnvloed worden door individuele verschillen in taal- of verbeelding-gerelateerde capaciteiten.

Neuroimaging Methods

Een 3T Siemens Skyra scanner (Siemens, Erlangen, Duitsland), met een 32-kanaals hoofdspoel, werd gebruikt om neuroimaging uit te voeren. T1-gewogen structurele 3D MPRAGE beelden werden verkregen (TR/TE/flip hoek = 2,1 s/2,33 ms/12 graad) die 176 sagittale plakjes (256 × 256) en had een slice dikte van 1 mm (voxel grootte = 1 × 1 × 1). Functionele T2*-gewogen scans werden verkregen over 32 transversale doorsneden (2,5 mm dikte). Elk volume werd verzameld met behulp van een interleaved sequentie (TR/TE/flip hoek = 2,0 s/25 ms/90 graden). De voxelgrootte van de T2*-sequentie was 2,5 × 2,5 × 3,5 mm. Het gezichtsveld (FOV) was 240 mm.

Beeldverwerking

De voorbewerkingsstappen, evenals de daaropvolgende statistische analyses, werden uitgevoerd met behulp van SPM12 (Wellcome Department of Cognitive Neurology, Londen, UK; http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm) voor alle MRI-scans. Met behulp van standaard algoritmen, werden ruwe functionele beelden opnieuw uitgelijnd, unwarped, en coregistered aan MPRAGE beeld van elk onderwerp. De beelden werden vervolgens genormaliseerd naar Montreal Neurological Institute (MNI) coördinaten ruimte, ruimtelijk afgevlakt tot 6 mm (full-width at half maximum), en herschikt tot 2 × 2 × 2 mm voxels. De standaard canonieke hemodynamische respons functie in SPM werd gebruikt, en lage-frequentie confounds werden geminimaliseerd met een 128-seconden high-pass filter. Seriële autocorrelatie werd verder gecorrigeerd met behulp van de AR(1) functie. De Artifact Detection Tool (ART; http://www.nitrc.org/projects/artifact_detect/) werd ook gebruikt om scans te regresseren als hinderlijke covariaten in de analyse op het eerste niveau (drempel: 3 SD in gemiddelde globale intensiteit en scan-to-scan beweging van meer dan 1,0 mm).

Statistische analyse

Voor elke deelnemer werd een algemeen lineair model gespecificeerd om activering tijdens de onderhoudsperiode tussen de “Emotie,” “Beeld,” en “Rust” condities te contrasteren. Contrasten met betrekking tot de “Lichaam” conditie zullen worden gerapporteerd in een apart manuscript (in voorbereiding). Elke proef werd gemodelleerd als een 5-seconden interval. Beweging regressoren (gegenereerd door ART – zie beeldverwerking hierboven) werden ook toegevoegd aan elk van deze 1e-niveau ontwerpen. Deze contrastbeelden werden vervolgens ingevoerd in SPM-analyses van het tweede niveau (one-sample T-tests) om het hoofdeffect van elk contrast van belang te beoordelen. Het eerste contrast was “Emotie > Beeld,” dat alle regio’s zou moeten benadrukken die geactiveerd worden door het vasthouden van emoties en niet ook geactiveerd worden door het vasthouden van visuele informatie. Het tweede contrast was “Emotie > Rust”, wat alle regio’s zou moeten benadrukken die geactiveerd worden door het vasthouden van de eigen emoties (d.w.z. in vergelijking met een periode waarin geen WG wordt vastgehouden). Het derde contrast was “Beeld > Rust”, wat alle regio’s zou moeten benadrukken die geactiveerd worden door het vasthouden van de visuele beelden (d.w.z. in vergelijking met geen WW onderhoud). De laatste twee contrasten, en hun inverses, werden geanalyseerd om een meer grondige interpretatie van het primaire “Emotie > Beeld” contrast mogelijk te maken, dat zelf de contrasten repliceert die gedaan zijn tussen emotie-gerichte en visie-gerichte aandacht (bijv. ref.13) en WM20 in eerdere studies. Tenslotte werden conjunctie analyses uitgevoerd (binnen een Flexible Factorial model in SPM12) om regio’s van activatie te bevestigen die gemeenschappelijk zijn aan (1) de “Emotie > Rust” en “Beeld > Rust” contrasten, en (2) de “Rust > Emotie” en “Rust > Beeld” contrasten. Deze conjunctie-analyses werden uitgevoerd met behulp van SPM12’s “conjunction null” functie46.

Voor deze analyses stelden wij een significantiedrempel voor de gehele hersenpiek in van p < 0,001 (ongecorrigeerd), en een drempel voor clustergrootte van p < 0,05 (false discovery rate gecorrigeerd). De eerste eigenvariate over onderwerpen werd ook geëxtraheerd uit de dACC cluster gevonden in de “Emotie > Beeld” contrast (met behulp van SPM12’s ingebouwde volume-of-interest time-series extractie tool; zie resultaten sectie) die het dichtst bij de regio waargenomen in eerdere EA studies32,33, en dit werd gecorreleerd met onze twee EA maatregelen (hieronder verder beschreven). Cluster identificatie / labeling werd gedaan in combinatie met de Automated Anatomical Labeling (AAL) atlas binnen SPM1247.