Rola przyśrodkowej kory przedczołowej w utrzymywaniu w pamięci roboczej własnych reakcji emocjonalnych

Uczestnicy

We recruited twenty-six adults (13 female; mean age = 23.12 ± 4.03) from the general population (using flyers and internet advertisements) to participate in the current study. Kryteria wykluczenia obejmowały wszelkie historie zaburzeń psychiatrycznych lub neurologicznych (oceniane za pomocą kwestionariusza telefonicznego opartego na kryteriach zawartych w Diagnostic and Statistical Manual for Mental Disorders, 4th edition; DSM-IV-TR). Wszyscy uczestnicy wyrazili pisemną świadomą zgodę przed przystąpieniem do jakichkolwiek działań związanych z badaniem. Wszyscy uczestnicy otrzymali również rekompensatę finansową za udział w badaniu. Institutional Review Board of the University of Arizona przejrzała i zatwierdziła protokół badawczy niniejszego badania, a wszystkie metody przeprowadzono zgodnie z odpowiednimi wytycznymi i przepisami.

Zadanie pamięci roboczej

Po wypełnieniu świadomej zgody uczestnikom przedstawiono pisemne instrukcje (na komputerze przenośnym) dotyczące sposobu wykonania zadania WM (zadanie to zilustrowano na rycinie 1). Instrukcje te mówiły, że „zostanie Ci pokazana seria obrazków, które zazwyczaj wywołują reakcje emocjonalne” oraz „w każdej próbie zostanie Ci pokazany jeden obrazek i otrzymasz instrukcję, abyś zwrócił uwagę na coś konkretnego”. Następnie instrukcja informowała uczestników, że po obejrzeniu obrazka nastąpi przerwa (w czasie której pokazywany był tylko czarny ekran), podczas której będą musieli utrzymać w pamięci element, na który zwrócili uwagę. Następnie uczestnicy zostali poinformowani, że po przerwie na ekranie pojawią się trzy opcje i że zostaną poproszeni o naciśnięcie jednego z trzech odpowiadających im przycisków w celu sprawdzenia ich pamięci.

Przed każdą próbą pojawiała się instrukcja (w pseudolosowej kolejności) mówiąca o „Emocji”, „Obrazie”, „Ciele” lub „Odpoczynku”. Poinformowano ich, że instrukcja „Emocje” oznacza, że „powinieneś zwrócić uwagę na swoją własną emocjonalną reakcję na obrazek i zachować to emocjonalne uczucie w pamięci” podczas pauzy. Uczestnicy zostali poinformowani, że kiedy trzy opcje pojawią się na ekranie po przerwie, dwie opcje będą słowami emocji (w tym: zły, zdegustowany, szczęśliwy, neutralny, przestraszony lub smutny). Trzecią opcją będzie „ani jedno, ani drugie”. Zostali poinstruowani, aby wybrać opcję (poprzez naciśnięcie przycisku), która najlepiej odpowiadała reakcji emocjonalnej, którą przechowywali w pamięci. Powiedziano im, że instrukcja „Obraz” oznacza, że „powinieneś zwracać uwagę na rzeczy na obrazie i mieć ten obraz w pamięci” podczas pauzy. Uczestników poinformowano, że gdy po przerwie na ekranie pojawią się trzy opcje, dwie z nich będą słowami z kategorii (w tym: człowiek, zwierzę, dziecko, dorosły, mężczyzna, kobieta, żywy lub tylko nieżywy). Trzecią opcją było „ani”. Zostali poinstruowani, aby wybrać opcję (przez naciśnięcie przycisku), która najlepiej odpowiada ich pamięci tego, co było na obrazie. Powiedziano im, że instrukcja „Ciało” oznacza, że „powinieneś zwrócić uwagę na swoją fizyczną, cielesną reakcję na obraz i zachować to cielesne odczucie w pamięci” podczas pauzy. Uczestnicy zostali poinformowani, że kiedy trzy opcje pojawią się na ekranie po przerwie, dwie opcje będą odpowiadały miejscom na ich ciele, w których mogli odczuć zmianę (w tym: serce, żołądek, ramiona, twarz, gardło lub brak zmiany). Trzecią opcją było „ani jedno, ani drugie”. Zostali oni poinstruowani, aby wybrać opcję (przez naciśnięcie przycisku), która najlepiej odpowiadała ich pamięci najbardziej widocznego regionu, w którym czuli zmianę w swoim ciele. Wreszcie, powiedziano im, że instrukcja „Odpoczywaj” oznacza, że „nie musisz nic pamiętać” podczas przerwy. Uczestników poinformowano, że kiedy po przerwie na ekranie pojawią się trzy opcje, dwie z nich będą mówiły „nie naciskaj”, a trzecia „naciśnij”. Poinstruowano ich, by w każdej próbie wybierali opcję (poprzez naciśnięcie przycisku) z napisem „Pchaj”. Warunek ten działał jak warunek kontrolny, w którym nic nie było przechowywane w WM podczas okresu utrzymywania, ale w którym wszystkie warunki bodźcowe były identyczne.

Na koniec, badani byli instruowani, by używać określonych strategii podczas okresu pauzy dla każdego typu próby. W przypadku warunku „Emocje” proszono ich o „utrzymanie w pamięci uczucia emocjonalnego w celu przypomnienia sobie, jaka to była emocja”. W przypadku warunku „Obraz” proszeni byli o „utrzymanie w umyśle wizualnego obrazu obrazu w celu przypomnienia sobie, co na nim było”. W przypadku warunku „Ciało” poproszono ich o „utrzymanie w umyśle uczucia cielesnego, aby przypomnieć sobie, gdzie czuliście reakcję swojego ciała”. Powiedziano im również, aby „postarali się jak najlepiej NIE trzymać w umyśle jakiegoś słowa” (np. powtarzając „zwierzę, zwierzę, zwierzę” lub „smutny, smutny, smutny” lub „żołądek, żołądek, żołądek” w celu zapamiętania). Miało to na celu uniknięcie stosowania słuchowej strategii WM w każdym warunku (np. tak, aby uczestnicy faktycznie mieli na myśli pojęcie emocji w warunku „Emocje”, obraz wizualny w warunku „Obraz”, itd.) Po przeczytaniu tych instrukcji uczestnicy mieli możliwość zadawania pytań, a następnie mogli przećwiczyć zadanie na laptopie przez kilka prób. Ten okres praktyki dawał dwie ekspozycje na każdy typ instrukcji. Po tym okresie praktyki uczestnicy mogli ponownie zadać wszelkie pytania wyjaśniające, jeśli coś nadal nie było w pełni zrozumiałe.

Uczestnicy zostali następnie zabrani do skanera rezonansu magnetycznego (MRI) na Uniwersytecie w Arizonie, gdzie przeszli funkcjonalne skanowanie MRI (zobacz Metody neuroobrazowania poniżej) podczas wykonywania zadania WM. Przed rozpoczęciem skanowania otrzymali oni również niewielką liczbę prób treningowych, aby przyzwyczaić się do wykonywania zadania w środowisku skanera.

W zadaniu wykorzystano normatywne bodźce emocjonalne pozyskane z Międzynarodowego Systemu Obrazowania Afektywnego (IAPS). Na podstawie danych normatywnych IAPS (zarówno dla mężczyzn, jak i dla kobiet) dostarczonych przez Lang i wsp.38 przy użyciu 9-punktowej skali ocen wybierano obrazy dla każdej walencji (nieprzyjemne (U) = Mwalencja < 4,0, neutralne (N) = 4,0 < Mwalencja < 6,0, przyjemne (P) = Mwalencja > 6,0). Zadanie było równoważone w największym możliwym stopniu w odniesieniu do wszystkich zmiennych bodźców i warunków. Obejmowało to zapewnienie, że każda opcja odpowiedzi była pokazywana w przybliżeniu równoważną liczbę razy. Obejmowało to również zapewnienie, że każdy warunek zadania zawierał równoważną liczbę obrazów w każdej kategorii walencji (tj. każdy z czterech warunków uwagi/pamięci obejmował prezentację 10 nieprzyjemnych obrazów, 5 przyjemnych obrazów i 5 neutralnych obrazów w pseudolosowej kolejności), a także, że obrazy te były dopasowane pod względem treści we wszystkich warunkach w największym możliwym stopniu. Większa liczba normatywnie nieprzyjemnych obrazków została włączona, ponieważ istnieje większa liczba nieprzyjemnych podstawowych kategorii emocji (tj. „smutny”, „bojaźliwy”, „zły” i „zdegustowany” w porównaniu z tylko „szczęśliwym” i „neutralnym”). Stworzono również dwie równoważne wersje zadania, zamieniając używane obrazy między warunkami „Emocje” i „Obraz” oraz między warunkami „Ciało” i „Odpoczynek”. Każdy uczestnik wykonywał jedną z tych równoważnych wersji zadania (tzn. połowa uczestników otrzymywała wersję 1, a połowa wersję 2). W ten sposób, jakikolwiek potencjalny wpływ różnych obrazów widzianych w ramach każdego z warunków powinien zostać zniesiony w ramach analiz grupowych.

Długość zadania (20 minut) pozwalała na wykonanie 20 prób w ramach każdego z 4 warunków. W każdej próbie, czas był następujący: Trial Instruction = 3 s, Image = 2 s, Maintenance Period = 5 s, Decision Period (wyświetlanie trzech opcji) = 3 s. Po okresie decyzyjnym występowała również przerwa między próbami o zmiennej długości (wyświetlanie krzyżyka), która była rozrzedzana tak, aby trwała albo 0,5 s, 2 s, albo 3.5 s.

Po zakończeniu skanowania uczestnicy zostali następnie odprowadzeni z powrotem do laboratorium, usadzeni przy laptopie i poproszeni o wypełnienie kilku dodatkowych pomiarów.

Środki wtórne

Środki świadomości emocjonalnej

Podjęto dwie miary EA. Po pierwsze, uczestnicy wypełnili internetową wersję skali poziomów świadomości emocjonalnej (LEAS) (www.eleastest.net), która wykorzystuje zatwierdzony program automatycznej punktacji39. LEAS obejmuje prezentację 2-4 zdaniowych opisów 20 sytuacji społecznych, z których każda dotyczy 2 osób. Opisy sytuacji są zaprojektowane tak, aby wywołać cztery kategorie emocji (smutek, szczęście, złość i strach) na 5 poziomach złożoności. Na każdej prezentowanej elektronicznie stronie przedstawiona jest jedna sytuacja, po której następują dwa pytania: „Jak byś się czuł?” i „Jak by się czuła druga osoba?”. Do wpisania odpowiedzi na każde z pytań służą osobne pola odpowiedzi. Uczestnicy proszeni są o wpisywanie swoich odpowiedzi z wykorzystaniem takiej ilości miejsca, jaka jest potrzebna do udzielenia odpowiedzi. Są również poinformowani, że muszą używać słowa „czuć” w swoich odpowiedziach.

Punktacja na poziomieEA jest przypisana na podstawie słów, które uczestnicy wpisują w swoich odpowiedziach. Najniższy możliwy wynik przyznawany jest słowom, które nie wywołują uczucia (Poziom 0). Słowa związane z doznaniami fizjologicznymi (np. „zmęczony”) otrzymują wynik na poziomie 1, podczas gdy wyniki na poziomie 2 odzwierciedlają działania związane z uczuciami (np. „uderzenie”) lub proste rozróżnienia walencji (np. „zły”, „dobry”), które mają nieodłączną treść związaną z unikaniem lub podejściem. Wyniki na poziomie 3 są przyznawane dla pojedynczych pojęć emocji (np. „szczęśliwy”, „smutny”). Wynik na poziomie 4 jest przyznawany, gdy co najmniej 2 słowa z poziomu 3 są użyte w tej samej pozycji (tj. przekazują większe zróżnicowanie emocjonalne niż każde z tych słów osobno). Odpowiedzi dotyczące siebie i innych są punktowane oddzielnie dla każdej pozycji, jak opisano powyżej (tj. z wartością 0-4). Wynik „całkowity” jest również podany dla każdej z 20 pozycji LEAS; ten wynik reprezentuje wyższy z wyników związanych z samym sobą i innymi, chyba że wynik 4 jest podany dla obu. Kiedy to się zdarza, całkowita punktacja 5 jest dana dla pozycji, tak długo jak odpowiedzi „ja” i „inne” są w stanie być zróżnicowane (dla więcej szczegółów, zobacz ref.29). (Uwaga: Wyniki LEAS z tego zestawu danych zostały wcześniej opublikowane w połączeniu z innymi danymi neuroobrazowania21,40,41. Ich związek z danymi obrazowymi z tego zadania EWM jest jednak nowością w niniejszym manuskrypcie).

Jako drugą miarę EA, uczestnicy wypełnili również zadanie Frith-Happé-Animations Task (AT;42). Zadanie to zostało pierwotnie zaprojektowane do bardziej ogólnego pomiaru teorii umysłu; jednak ostatnio było ono również wykorzystywane w kilku badaniach, w połączeniu z systemem punktacji LEAS, w celu zapewnienia uzupełniającej miary EA, która nie zależy od podpowiedzi opartych na języku ani nie wymaga od uczestników wyobrażania sobie szczegółowych scenariuszy (np. patrz ref. 43,44,45). W tym badaniu AT składała się z 12 animacji prostych ruchomych kształtów (np. 2 trójkątów), które były prezentowane na ekranie komputera (każda z nich trwała 34-45 sekund). Te 12 animacji podzielono na 3 kategorie, po 4 animacje w każdej: 1) kategoria „myśli/uczucia” (TF), z animacjami, które promowały percepcję przekonań, pragnień i emocji w obrębie trójkątów; 2) kategoria „proste interakcje” (SI), z animacjami, które promowały percepcję prostego ruchu ukierunkowanego na cel (np. jeden trójkąt „podążający” za drugim); oraz 3) kategoria „ruch losowy” (RM), która zawierała animacje trójkątów dryfujących po ekranie bez żadnego znaczącego wzoru. Przed obejrzeniem animacji (prezentowanych w kolejności równoważnej dla wszystkich uczestników), uczestnicy byli informowani o trzech kategoriach animacji i pokazywano im po jednej przykładowej animacji z każdego rodzaju. Następnie polecono im zrelaksować się i obejrzeć każdą z animacji oraz „opisać, co działo się w animacji” poprzez wpisanie opisu do pola tekstowego umieszczonego na komputerze bezpośrednio po obejrzeniu każdego klipu. Połowa animacji (po dwie z każdej kategorii) była poprzedzona słowną wskazówką informującą o typie animacji (tj. TF, SI lub RM), podczas gdy druga połowa nie była poprzedzona taką informacją.

Aby ocenić EA, każdy z pisemnych opisów animacji został zakodowany i oceniony zgodnie z kryteriami punktacji LEAS (np. jak również w ref. 43,44), przy użyciu uprzednio zwalidowanego automatycznego programu punktacji LEAS39. Asystent badawczy również następnie zbadał pisemne opisy i automatyczne wyniki i skorygował wszelkie fałszywe pozytywy lub fałszywe negatywy w danych wyjściowych automatycznego programu (zgodnie z podręcznikiem punktacji LEAS). Jednakże, ponieważ w animacjach nie było „ja” i „inny”, poziom 5 punktacji dla każdego pisemnego opisu nie został zapewniony. Każdy opis animacji otrzymał więc ocenę poziomu EA w skali 0-4, a wyniki te zostały następnie zsumowane dla 12 opisów animacji dla każdej osoby. Ta druga metoda oceny świadomości emocjonalnej używała podpowiedzi bodźców, które były wizualne, w przeciwieństwie do podpowiedzi opartych na języku, opisujących scenariusze społeczne używane w LEAS, i dlatego może być mniej zakłócona przez indywidualne różnice w zdolnościach językowych lub związanych z wyobraźnią.

Metody neuroobrazowania

Skaner 3T Siemens Skyra (Siemens, Erlangen, Niemcy), z 32-kanałową cewką nagłowną, został użyty do wykonania neuroobrazowania. Strukturalne trójwymiarowe obrazy T1-ważone MPRAGE (TR/TE/kąt odwracania = 2,1 s/2,33 ms/12 stopni) obejmowały 176 warstw strzałkowych (256 × 256) i miały grubość warstwy 1 mm (rozmiar woksela = 1 × 1 × 1). Funkcjonalne skany T2*-ważone zostały pozyskane na 32 poprzecznych plasterkach (grubość 2,5 mm). Każda objętość została zebrana przy użyciu sekwencji interleaved (TR/TE/flip angle = 2,0 s/25 ms/90 stopni). Rozmiar woksela w sekwencji T2* wynosił 2,5 × 2,5 × 3,5 mm. Pole widzenia (FOV) wynosiło 240 mm.

Przetwarzanie obrazów

Preprocessing kroki, jak również późniejsze analizy statystyczne, zostały wykonane przy użyciu SPM12 (Wellcome Department of Cognitive Neurology, Londyn, Wielka Brytania; http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm) dla wszystkich skanów MRI. Używając standardowych algorytmów, surowe obrazy funkcjonalne zostały wyrównane, odkształcone i współrejestrowane do obrazu MPRAGE każdego podmiotu. Obrazy zostały następnie znormalizowane do przestrzeni współrzędnych Montreal Neurological Institute (MNI), przestrzennie wygładzone do 6 mm (pełna szerokość przy połowie maksimum) i przekrojone do wokseli 2 × 2 × 2 mm. Zastosowano standardową kanoniczną funkcję odpowiedzi hemodynamicznej w SPM, a zakłócenia o niskiej częstotliwości zostały zminimalizowane 128-sekundowym filtrem górnoprzepustowym. Szeregowa autokorelacja została dodatkowo skorygowana przy użyciu funkcji AR(1). Narzędzie do wykrywania artefaktów (ART; http://www.nitrc.org/projects/artifact_detect/) zostało również użyte do regresji skanów jako uciążliwych zmiennych w analizie pierwszego poziomu (próg: 3 SD w średniej globalnej intensywności i ruch między skanami, który przekroczył 1,0 mm).

Analiza statystyczna

Dla każdego uczestnika określono ogólny model liniowy, aby skontrastować aktywację w okresie utrzymania między warunkami „Emocje”, „Obraz” i „Odpoczynek”. Kontrasty dotyczące warunku „Ciało” zostaną przedstawione w oddzielnym manuskrypcie (w przygotowaniu). Każda próba była modelowana jako 5-sekundowy interwał. Regresory ruchu (wygenerowane przez ART – patrz przetwarzanie obrazu powyżej) zostały również dodane do każdego z tych projektów pierwszego poziomu. Te obrazy kontrastowe zostały następnie wprowadzone do analiz SPM drugiego poziomu (jednopróbkowe testy T), aby ocenić główny efekt każdego interesującego nas kontrastu. Pierwszym kontrastem był „Obraz Emocji >”, który powinien uwypuklić wszystkie regiony aktywowane przez utrzymywanie emocji, które nie są również aktywowane przez utrzymywanie informacji wizualnej. Drugi kontrast to „Emocje > Odpoczynek”, który powinien uwypuklić wszystkie regiony aktywowane przez podtrzymywanie własnych emocji (tj. w stosunku do okresu bez podtrzymywania WM). Trzecim kontrastem był „Obraz > Odpoczynek”, który powinien uwypuklić wszystkie regiony aktywowane przez podtrzymywanie obrazów wizualnych (tj. w stosunku do okresu bez podtrzymywania WM). Dwa ostatnie kontrasty i ich odwrotności były analizowane w celu umożliwienia dokładniejszej interpretacji podstawowego kontrastu „Emocje > Obraz”, który sam w sobie replikuje kontrasty dokonane między uwagą skoncentrowaną na emocjach i uwagą skoncentrowaną na wzroku (np. ref.13) a WM20 w poprzednich badaniach. Wreszcie, przeprowadzono analizy koniunkcji (w ramach modelu Flexible Factorial w SPM12) w celu potwierdzenia regionów aktywacji wspólnych dla (1) kontrastów „Emocje > Odpoczynek” i „Obraz > Odpoczynek” oraz (2) kontrastów „Odpoczynek > Emocje” i „Odpoczynek > Obraz”. Te analizy koniunkcji zostały wykonane przy użyciu funkcji „conjunction null” SPM1246.

Dla tych analiz ustawiliśmy próg istotności szczytów całego mózgu na p < 0,001 (nieskorygowany), a próg zasięgu klastra na p < 0,05 (skorygowany współczynnik fałszywego odkrycia). Pierwszy zmienny własny dla wszystkich badanych został również wyodrębniony z klastra dACC znalezionego w kontraście „Emocje > Obraz” (przy użyciu wbudowanego w SPM12 narzędzia do ekstrakcji serii czasowych objętości zainteresowania; patrz sekcja wyników), który był najbliższy regionowi zaobserwowanemu w poprzednich badaniach EA32,33, i był skorelowany z naszymi dwoma miarami EA (opisanymi dalej). Identyfikację/oznakowanie klastrów przeprowadzono w połączeniu z atlasem Automated Anatomical Labeling (AAL) w ramach SPM1247.

.