情绪性自传体记忆的神经相关性脑成像研究

摘要

我们介绍了一种利用功能磁共振成像研究回忆情绪性自传体记忆神经相关机制的实验方案。该方案可用于健康个体和临床受试者。

摘要

回忆情感性自传体记忆（AMs）对健康的认知和情感功能具有重要意义¹——回忆积极的自传体记忆与个体幸福感和自尊水平的提升相关²，而反复回忆和沉思消极的自传体记忆则可能导致情感障碍³。尽管在理解自传体记忆提取的脑机制方面已取得显著进展（综述见^4,5），但关于情绪对自传体记忆主观再体验的影响及其相关的神经基础，目前仍知之甚少。部分原因在于，与针对实验室条件下微小事件记忆的情绪效应研究（综述见^6,7-9）不同，许多自传体记忆研究往往未明确聚焦于回忆个人事件时的情绪特征（但参见¹⁰）。本文介绍了一种利用功能性磁共振成像（fMRI）研究回忆情感性自传体记忆神经相关性的实验方案。这些记忆的提示线索在扫描前通过自传体记忆问卷（AMQ）收集，从而可根据其现象学特性（即情绪强度、生动性和个人意义）对情感性自传体记忆进行恰当筛选。该方案适用于健康人群和临床人群。

方案

1. 记忆的收集与选择、成像任务及实验方案

情绪 AMs 的采集

1. 在进行fMRI扫描前的访谈中，从每位参与者处收集个人记忆，该方法类似于用于非情绪性自传体记忆（例如^{11, 12}）的研究流程。与大多数以往技术不同，我们的自传体记忆问卷（AMQ）专门设计用于评估情绪性个人经历及其回忆特性。行为研究中常用并在神经影像研究中加以改进的方法是Crovitz和Schiffman技术^13-15，即受试者根据提示词回忆特定的个人经历事件。此外，照片范式也被用于在fMRI研究中更受控的条件下考察自传体记忆^{16, 17}。然而，这些方法通常并未针对在回忆特征上相匹配的自传体记忆的情绪成分进行专门考察。
2. 我们的AMQ包含一份由115个描述不同生活事件的词语提示组成的列表（例如，家庭成员的出生、亲人的去世），该列表综合并扩展了先前研究中使用的清单^{18, 19}。对于每个提示词，要求参与者回忆自己生活中发生在特定时间与地点的独特事件（例如，某一次参加特定篮球比赛的经历），而非泛化或重复性事件（如高中时期打篮球的经历）。重要的是，这些记忆必须包含个人亲身参与的回忆，而不是从他人处听闻的事件。
3. 在回忆后，要求参与者对记忆内容进行简要描述（见图1），该描述将在fMRI扫描期间作为个性化的记忆提示使用（参与者对扫描前访谈的具体目的保持盲态）。
4. 每段记忆还需标注发生日期，并在六个李克特量表上进行评分^{20, 21}，以评估其现象学特征（见图1）。我们的量表包括情绪效价（采用7点量表：-3 = 非常负面，0 = 中性，+3 = 非常正面）、情绪强度、个人意义、情境细节量、视觉感知细节量（即生动性），以及回忆频率（后五项均采用7点量表：1 = 完全没有，7 = 极其强烈）。

图1. 自传体记忆问卷（AMQ）施测示意图。 针对每个提示词，参与者需回忆并简要描述一个特定事件，然后对该事件进行日期标注，并在6个维度上进行评分。

高情绪性 AM 的选择

5. 接下来，根据参与者在自传体记忆问卷（AMQ）上的评分（即分别评分为2或3以及-2或-3的项目），为每位参与者选取最具情绪性的40个记忆（20个正性记忆和20个负性记忆）。随后，将正性和负性自传体记忆在记忆年龄和现象学特征方面进行匹配，以确保回忆过程中脑活动的任何差异不会受到这些基本属性差异的干扰。
6. 如有必要，可对所选记忆线索的描述进行轻微调整，使其在长度和语法复杂性上尽可能匹配；同时建议额外选择若干记忆用于练习。

fMRI 任务

7. 设计该 fMRI 任务旨在将 AM 任务与语义记忆（SM）控制任务进行比较；AM 和 SM 提取试验具有相似的整体结构（见图 2A）。我们在 MR 扫描仪中使用 CIGAL（http://www.nitrc.org/projects/cigal/）进行刺激呈现，但也可使用其他刺激呈现软件。
8. AM 任务基于扫描前收集的个性化线索。每个试验以一个触发 AM 回忆的线索开始，参与者通过按键表示回忆启动。随后，参与者继续回忆该事件的细节，直到再次提示对所回忆的记忆进行评分（图 2B）。
9. SM 任务要求参与者从不同语义类别中生成实例（例如，乐器、体育项目），与 AM 提取类似，该过程涉及记忆中的搜索及较长的提取时间²²（图 2B）。在提示一个语义类别后，参与者一旦开始回忆该类别的实例即刻按键，并继续回忆，直到再次提示进行记忆评分。

图 2. fMRI 试次的结构。 A. 试次的总体结构。B. 自主记忆（AM）和情景记忆（SM）试次的具体结构。

10. 除了对自主记忆（AM）和语义记忆（SM）试验进行基本比较外，还可引入其他操作。例如，可通过引导参与者关注所回忆事件的情绪性或非情绪性方面来操控AM提取的焦点（图2B）。该操作可用于探究提取焦点如何影响AM的体验过程，以及相关神经关联物的任何变化。
11. 每次AM或SM试验后均会呈现评分界面，顺序采用交叉平衡设计，使用5点李克特量表进行评分（见图2B）。
12. 实验被划分为若干试验组（run/区块），既为参与者提供休息时间，也可在设备发生故障时避免数据丢失。不同参与者之间的试验组顺序采用交叉平衡设计。每个试验组开始时均包含6秒的注视期，以确保磁共振信号稳定。AM与SM条件以随机顺序呈现，各试验间间隔时长不固定（5–9秒，平均为7秒）。

2. 扫描前受试者的准备

所有参与者在进行实验方案前均需签署书面知情同意书，该实验方案已获得伦理委员会批准。通常，为了排除大脑激活偏侧化的混杂因素，接受扫描的参与者均为右利手。

进入扫描室之前

1. 扫描当天，需评估参与者当前的情绪状态²³，以控制情绪状态对情感性自传体记忆（AM）回忆的影响。结合扫描后的评估，这些初步评估还可用于筛查参与研究导致的情绪变化，并在fMRI分析中作为协变量，以探究受当前状态影响的脑区激活情况。同样，也可进行人格特质评估（例如神经质），以研究其对AM任务²⁴及相应神经相关物可能存在的偏差影响。
2. 扫描前，向参与者详细说明扫描流程，并提供行为任务的具体指导说明。参与者还需完成一次简短的练习环节，以熟悉任务内容。

进入扫描室

3. 受试者需仰卧于扫描床上，并提供额外的头部垫枕，以确保扫描期间的舒适性并尽量减少移动。为进一步减少头部运动，可用胶带的非黏性面轻轻缠绕于受试者前额。同时为受试者提供听力保护装置以及与实验人员在磁共振扫描期间进行沟通的隔音耳机。
4. 将受试者右手舒适地放置在反应盒上，以便左手可用于支撑或其他测量（例如，皮肤电导反应）。附近放置一个紧急停止按钮，以便受试者在需要立即停止扫描时使用。
5. 在开始数据采集前，必须确保受试者能够清晰看到用于呈现刺激的屏幕投影，并确认反应按钮正常工作。

3. 数据记录与处理

扫描参数

我们使用1.5特斯拉西门子Sonata扫描仪采集MRI数据。结构像采用三维MPRAGE解剖序列（重复时间（TR）= 1600 ms，回波时间（TE）= 3.82 ms；切片数 = 112；体素大小 = 1×1×1 mm），功能像采用轴向回波平面序列采集28层功能切片（TR = 2000 ms；TE = 40 ms；视野FOV = 256×256 mm；体素大小 = 4×4×4 mm），从而实现全脑覆盖。

数据分析

我们采用了统计参数映射（SPM：http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm）并结合自主开发的基于Matlab的工具。预处理包括常规步骤：质量评估、TR对齐、运动校正、配准、标准化和 smoothing（8 mm³ 核）。

4. 典型结果

图3. 自传体记忆提取的神经相关性。 为验证本实验方案，自传体记忆（AM）的提取在已知的AM提取神经网络^{4, 25}中引起活动增强，包括参与一般记忆提取的海马区（a）、与个体情感投入相关的内侧前额叶皮层（b）、参与视觉-空间表征加工的楔叶/楔前叶区域及顶枕交界区（c, e，分别为）、以及参与情绪性自传体记忆提取的额颞交界区（d）；在杏仁核中也观察到与后者相似的激活效应（未显示）。"激活图"叠加于高分辨率脑图像之上，分别以冠状面（左图）和矢状面（中图与右图）显示；彩色标尺表示激活图的t值梯度（p < 0.005，10个连续体素²⁶），反映与记忆线索起始时间同步的脑活动变化。线图展示了每种试验类型在每个TR时间点的fMRI信号时间进程（信号变化百分比），其中1 TR = 2秒。L = 左侧；R = 右侧。

讨论

本文介绍的实验设计可用于研究回忆情绪性自传体记忆时的神经相关机制。该设计有助于推进我们对大脑如何在回忆个人记忆时产生情感偏向（积极或消极）的理解，并揭示这些偏向如何受到回忆焦点（情绪性或非情绪性方面）的调节。该方案的另一优势在于，它还可应用于临床人群（例如抑郁症和创伤后应激障碍患者），从而能够研究自传体记忆提取过程中与负性情感偏向相关的异常表现（例如反复沉思负性经历，以及对创伤事件的无法控制的回忆）。总体而言，该实验设计的成功依赖于严谨的自传体记忆采集与筛选，以及恰当的实验操控。