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情绪调节神经机制的脑成像研究

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DOI：

10.3791/2430

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2011年8月26日

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1Department of Psychology, University of Illinois, Urbana-Champaign, 2Department of Computing Science, University of Alberta, Edmonton, 3Department of Psychiatry, University of Alberta, Edmonton, 4Department of Psychology, University of Alberta, Edmonton, 5Centre for Neuroscience, University of Alberta, Edmonton, 6Neuroscience Program, University of Illinois, Urbana-Champaign, 7Beckman Institute, University of Illinois, Urbana-Champaign

本文内容

摘要

我们提出了一种利用功能磁共振成像研究刻意与自动情绪调节神经相关机制的实验方案。该方案可用于健康受试者（包括年轻人和老年人），也可用于临床患者。

摘要

调控情绪的能力是在面对情绪压力情境时一种重要的应对机制。尽管在理解有意识/刻意的情绪调节（ER）方面已取得显著进展，但关于无意识/自动的情绪调节及其相关的神经机制，目前所知仍较为有限。这部分归因于自动加工与意识加工这一类单一化概念本身所存在的问题。1在此，我们介绍一种利用功能性磁共振成像（fMRI）研究情绪调节（ER）中刻意与自动神经相关机制的实验方案。该方案为探究情绪调节的多个方面开辟了新的研究途径。例如，实验设计可操控情绪调节目标（有意识 vs. 无意识）以及情绪挑战的强度（高 vs. 低）。此外，该方案还允许考察情绪调节策略对情绪加工的即时效应（情绪感知）和长期效应（情绪记忆）。因此，本方案有助于深入理解健康行为中情绪调节的神经机制，并为揭示抑郁症和焦虑症等情绪障碍中情绪调节缺陷的可能成因提供洞见。 功能障碍调控异常通常是导致功能严重受损的核心特征之一。

方案

1. 任务设计、刺激材料与实验方案

总体实验方案包括对图片情绪评分的评估（立即 影响）以及记忆
这些图片（长期 影响），这是由于诱导了调节情绪反应的目标。调节目标的诱导 明确地 或 隐式地，通过比较情绪调节（ER）操控前基线阶段（pre-ER induction baseline）所呈现图片的评分及记忆表现，评估其即时与长期影响；整体实验设计示意图见图1。下文将详细介绍上述各个方面的具体内容。

情绪评分实验示意图；意识性与无意识性任务；延迟识别记忆。
图1. 实验流程示意图。 每位参与者均接受情绪调节（ER）目标的意识性/明确性诱导和无意识性/隐性诱导，但诱导顺序在不同参与者之间有所不同并进行交叉平衡——即在第一阶段接受明确性情绪调节的参与者，在第二阶段完成隐性操纵，反之亦然；每次操纵前均设有独立的基线运行阶段。有关评分任务和记忆任务的详细描述，请见下文。

情绪调节操控

  1. 明确的情绪调节。在明确的情绪调节条件下，情绪评分任务之前会给予指导语，要求抑制情绪体验及情绪反应的表达。先前的研究证据表明，明确的情绪调节策略能够可靠地影响情绪反应2。
  2. 隐含的情绪调节操作。为此，采用 Scrambled Sentence Task（SST）3 的一种改编形式，以无意识地诱发情绪调节的目标。在此任务中，参与者需从五个单词的乱序组合中构建出20个语法正确的四词句子，其中嵌入了传达情绪控制概念的词汇（例如“restrains”、“stable”、“covered”），从而促使参与者抑制其情绪反应4。这些情绪控制相关词汇来自以往研究4，并通过向本科生提问“当你想到‘情绪控制’这一概念时，脑海中出现的前20个词是什么？”进行筛选和确认。
  3. 需要注意的是，为了在两种情绪调节条件下保持任务结构的一致性，在明确情绪调节条件下也会进行SST任务，但此时参与者面对的是20个仅包含与情绪控制目标无关的中性词汇的句子。

评估内质网操控的即时影响：情绪评分任务

  1. 刺激材料的选择。刺激材料由来自国际情感图片系统（International Affective Picture System, IAPS）5的情感性和中性图片组成，选择依据为其在情绪效价和唤醒度上的标准化评分。应特别注意在所有实验轮次中均衡图片的情绪内容，从而避免因这些基本属性的可能差异所导致的混淆效应。
  2. 任务时序。每张图片在屏幕上呈现4秒，随后移除，以尽量减少因长时间扫描图像所引起的与眼动相关的混淆效应6；每张图片后呈现一个持续12秒的注视十字。参与者需观看图片，并使用8点量表对图片引发的主观情绪体验进行评分（1 = 中性，8 = 极度负性）。为避免情绪诱导效应，图片采用伪随机排列，确保相同效价的图片连续呈现不超过三张。

评估内质网调控的长期影响：记忆提取任务

  1. 一周后，参与者观看相同数量的 衰老 （在扫描仪中观察到）和 新 图片（从未见过的），以黑白形式呈现，以防止达到表现上限。随后 旧/新 根据在扫描过程中是否记得看到过图片做出判断，参与者还需在3点量表上对其回答的信心进行评分（1 = 低；2 = 中；3 = 高信心）。

2. 扫描前受试者的准备

所有参与者在开始实验方案前均须签署书面知情同意书，该方案已获得伦理委员会批准。同时告知参与者，许多图片包含令人不安的事件，例如暴力或创伤场景，并向其提供代表性图片的纸质示例以作参考。

扫描前

  1. 扫描当天，需评估参与者当前的心理状态7，以控制情绪状态对情感体验及情绪调控能力的影响。结合扫描后的评估结果，这些初步评价还可用于筛查参与研究导致的情绪变化。此外，还可对人格特质进行评估，例如反映习惯性使用情绪调节策略的指标8，以探究其对情绪调节操纵效果及其相关神经机制的可能影响。
  2. 扫描前，研究人员将向参与者详细说明扫描流程，并提供行为任务的具体指导。为避免不适感并提高对任务的熟悉程度，参与者还将接受简化版的情绪评分任务和SST的练习环节。

在扫描室中

  1. 受试者需仰卧于扫描床上，头部可额外加垫以确保扫描期间的舒适性并尽量减少移动。可用一段胶带的非黏性面轻轻缠绕在受试者前额，以进一步减少头部运动。同时为受试者提供耳部保护装置及隔离式耳机，以便在磁共振成像（MRI）扫描过程中与实验人员进行沟通。
  2. 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进行其他测量（如皮肤电导反应）。在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。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材料的屏幕投影，并确认反应按钮正常工作。
  3. 研究分为多个试验轮次/区块，以便为受试者提供休息时间，并在设备出现故障时避免大量数据丢失。不同受试者的轮次顺序采用交叉平衡设计，每一轮次开始前均包含六秒的注视点呈现，以确保磁共振信号达到稳定状态。

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扫描仪采集了24名年轻健康受试者的MRI数据。我们的解剖图像为三维MPRAGE解剖序列（重复时间（TR）= 1600 ms，回波时间（TE）= 3.82 ms；切片数量 = 112；体素大小 = 1×1×1 mm）。功能图像由28个功能切片序列组成（体素大小 = 4×4×4 mm），采用轴向回波平面序列采集（TR = 2000 ms；TE = 40 ms；视野FOV = 256×256 mm），从而实现全脑覆盖。

数据分析

我们结合使用统计参数映射（SPM：http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/）和基于MATLAB的自主开发工具。预处理包括常规步骤：质量控制、TR对齐、运动校正、配准、标准化和空间平滑（8 mm3核）9。个体和组水平的统计分析可能涉及根据情绪调节操作（情绪调节 vs. 基线任务；见图2）、情绪效价（负性 vs. 中性）、唤醒度（低 vs. 高）以及记忆表现（记住 vs. 遗忘）对脑活动进行比较。还可以进行脑成像数据与行为数据（例如图片评分）和/或反映人格特征的评分（例如反映习惯性使用情绪调节策略的人格特质）之间的相关性分析，以探讨脑活动如何随行为和人格的个体差异而变化。

4. 代表性结果：

fMRI脑活动比较；条形图结果；情绪调节研究；信号变化分析。
图2. 情绪调节（ER）操作后杏仁核活动降低及前额叶皮层活动增强。 诱导情绪调节（ER）目标与情绪加工相关脑区活动降低相关，包括杏仁核（a）；同时与认知控制及情绪调节相关脑区活动增强相关10，包括腹外侧前额叶皮层（PFC）（b）、背外侧PFC（d）和内侧PFC（c）11,12。如显示腹外侧PFC（vlPFC）活动的条形图所示，外显和内隐情绪调节与相似的反应模式相关，提示这些变化反映了外显与内隐情绪调节的共同作用。图中“激活图谱”叠加于高分辨率脑图像的冠状面视图上；颜色条表示基于组水平统计结果（N = 24）的激活图谱中 t 值梯度，反映因情绪调节操作而表现出活动降低（左图）或增强（右图）的体素中的脑活动。需注意，PFC中的激活簇可能覆盖更广泛的区域，具体如下：腹外侧PFC/岛叶（b）以及背侧前扣带回皮层/前运动皮层（c）。条形图展示了对情绪性（Emo）和中性（Neu）图片刺激在诱导情绪调节目标前后（即基线阶段BaseRuns，以及情绪调节诱导后阶段，包括外显与内隐情绪调节合并平均后的Combined ER、外显ER和内隐ER）的百分比信号变化，数据提取自显示情绪调节前后差异的体素。L = 左侧；R = 右侧。

实验结果表格；图片情感评分；情绪性与中性分析；心理学研究。
表1. 情绪调节（ER）操纵后情绪评分降低。 与fMRI结果类似，在实施情绪调节（ER）后，情绪评分有所下降，该效应源于显式和隐式情绪调节后评分的共同降低。重要的是，在对照组中，参与者在经历相似延迟后执行相同任务，但未接受情绪调节目标诱导，其情绪评分未发生显著变化。为支持上述结论，对实验组*数据进行2（操纵：基线 vs. ER诱导）×2（效价：情绪性 vs. 中性）重复测量方差分析，结果显示操纵的主效应显著（F[1, 19] = 11.21, p < 0.002），且操纵与效价的交互作用显著（F[1, 19] = 3.02, p < 0.05）；而对对照组（N = 9）数据进行类似的双因素方差分析未发现延迟（基线 vs. 延迟运行）的主效应显著，也未发现延迟与效价的交互作用显著。这些结果表明，实验组情绪评分的下降源于情绪控制目标的诱导，而非因反复暴露于情绪刺激所导致的习惯化。*由于常见原因（如技术故障）导致数据缺失，实验组的行为分析基于20名参与者的数据。

综上所述，这些行为学和脑成像研究结果验证了当前的实验设计，该设计可用于比较情绪调节目标的外显与内隐诱导。需要指出的是，本报告强调的是外显与内隐情绪调节操控共同作用所产生的结果，但这并不排除二者在行为和/或脑水平上产生分离效应的可能性。

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讨论

我们描述了一种通过明确和隐含地操控目标来调节情绪的实验方案，并可用于研究其相关的神经机制。该设计有助于推进我们对大脑如何调节情绪的理解，尤其适用于对明确情绪调节（explicit ER）与隐含情绪调节（implicit ER）进行比较，后者是无意识发生的，可在参与者无觉察和无意识的情况下进行13,14。因此，该方案特别适用于研究习惯性相反情感偏向，例如在健康老龄化中观察到的“积极情绪”偏向（positivity bias15）和抑郁症中的“消极情绪”偏向（negativity bias16），这些偏向分别与情绪调节机制的自动激活增强（老年人17,18）以及情绪调节能力受损（抑郁症患者19,20）相关。

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披露

未声明任何利益冲突。

致谢

本研究得到了精神分裂症与抑郁症国家研究联盟青年研究者奖和加拿大精神病学研究基金会CPRF奖（授予FD）的资助。作者感谢Trisha Chakrabarty和Peter Seres在fMRI数据采集方面的协助，以及Kristina Suen在数据分析方面的帮助。

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参考文献

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