情绪对认知损害效应的脑成像研究

本实验方案的总体目标是研究情绪对认知功能产生负面影响的神经相关机制，重点关注工作记忆过程。通过让参与者在执行工作记忆任务的同时接受功能性磁共振成像（fMRI）扫描，记录其脑部活动，从而实现这一目标。在基本工作记忆任务建立后，于记忆项目与探测刺激之间的延迟间隔期间引入情绪性干扰刺激。干扰刺激的选择取决于具体研究目标和目标人群。例如，若无特定情绪类型作为研究目标，则可采用能够诱发普遍情绪反应（无论是积极或消极）的情绪性刺激材料。

而如果针对特定情绪（如恐惧）的影响，则可以在健康个体或临床参与者中使用诱发恐惧的干扰刺激。接下来，分析参与者在伴随干扰执行工作记忆任务时收集到的行为和脑成像数据，以识别情绪干扰对工作记忆表现的不同影响及其相关的神经活动特征。研究结果揭示了与情绪干扰对工作记忆表现产生负面影响相关的脑活动模式，以及与应对情绪干扰能力相关的脑区活动。通常关注的目标脑区包括与保持注意力相关的大脑区域，这些区域属于所谓的背侧执行神经网络，图中以蓝色表示；以及参与运动信息处理的脑区，这些区域属于腹侧效应网络，图中以红色表示。

该技术的意义在于有助于理解和可能诊断焦虑症（如创伤后应激障碍），因为它能够识别与情绪干扰引起的异常反应相关的改变。相较于现有方法（例如同时呈现与目标相关的信息和与任务无关的情绪干扰刺激），该技术的主要优势在于，能够更有效地将情绪干扰所引发的神经相关活动与持续进行的认知过程相关的神经活动区分开来。此外，该范式不仅使我们能够研究认知干扰的神经相关机制，还能研究应对情绪干扰的神经反应。

本方案的基本任务是一种延迟反应工作记忆任务，在记忆项目与探测项目之间的延迟间隔期间，呈现新颖的情绪性和非情绪性刺激作为任务无关的干扰物。可使用经过打乱处理的刺激作为感知控制，这些打乱刺激在空间频率和亮度等基本属性上与实际干扰物相同。此外，也可使用无干扰条件的试验作为基础对照。

需要注意的是，情绪性和非情绪性干扰刺激应在不同的试验中使用。此外，为了增强效果，建议将具有相似情绪和语义特性的干扰刺激配对使用。原始设计中所展示的情绪性和中性干扰刺激可从国际情绪图片系统中选取，但使用其他作为干扰刺激有效的新型刺激也可获得类似效果。

例如，呈现愤怒表情的面孔可能引发特定的情绪反应（如社交焦虑），因此可用于研究短暂性焦虑诱导的分心对工作记忆的影响。类似地，对于临床受试者（如创伤后应激障碍患者），可通过呈现与创伤相关的刺激来增强分心的特异性。例如，在患有创伤后应激障碍的战争退伍军人中使用与战斗相关的图片。

若使用诱发焦虑的面部刺激以增强效果，我们建议采用此处所示的动态融合方式呈现，而非静态图像。使用选定的刺激呈现软件，将该任务设置为事件相关设计，在工作记忆任务中呈现三张面部图像，随后呈现新的干扰刺激。应指导参与者在持续处理干扰刺激的同时，将注意力保持在记忆项上，并通过按响应按钮对单个面部探测刺激做出快速且准确的反应：按按钮“1”表示“旧”或“已记住”，按按钮“2”表示“新”。此外，还可引入其他提高工作记忆任务敏感性的操作，例如评估参与者对其反应的信心程度，以检测行为差异。

请注意，本示例仅用于说明目的，并不涉及任务的真实时间安排。最后，可通过调整记忆材料中颜色的存在与否、额外的面部特征，以及受试者到达时面孔之间的相似性，来改变工作记忆任务的难度。务必获取书面的知情同意，并进行MRI安全性筛查。

同时评估当前的情绪状态以及焦虑和情绪反应性等个性特征。请您填写几份评估当前情绪状态的问卷。好的，这些问卷在扫描前大约需要10分钟完成。

向受试者详细说明扫描流程，并针对行为任务提供具体指导，以避免不适感，并增加其对任务的熟悉程度。同时，让受试者进行一次简化的练习流程。现在将受试者带入扫描室，指导其仰卧于扫描床之上。

在扫描期间提供听力保护装置以及用于通信的隔离耳机，并在头部周围放置额外的缓冲垫，以确保扫描过程中的舒适性并尽量减少头部移动。此外，可将一段胶带的非黏性面轻轻缠绕在受试者的前额。为进一步减少头部移动，应将受试者的右手舒适地放置在反应盒上，并确保反应按钮正常工作。

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仪时能够及时示意；最后，在将受试者送入扫描仪之前，确保其能清晰看到屏幕投影，以正确呈现刺激内容。接下来，获取高分辨率T1加权结构像，例如SPGR或MP-RAGE图像。然后，设置功能扫描序列，确保覆盖全脑。

在我们最初使用4特斯拉扫描仪的研究中，采用逆螺旋脉冲序列获取了30个功能切片的轴向序列，体素大小为4×4×4毫米，参数如下：重复时间（TR）为2000毫秒，回波时间（TE）为31毫秒，视野（FOV）为256×256毫米。最近，我们还对该实验范式进行了调整，适用于1.5特斯拉扫描仪，参数如下：采用回波平面成像序列（Echo Plano sequence）轴向获取28个功能切片，体素大小为4×4×4毫米，TR为2000毫秒，TE为40毫秒，视野为256×256毫米。在功能成像开始前告知受试者即将开始，并提醒其注意当前任务，随后同步启动扫描仪与实验范式。扫描完成后，协助受试者离开扫描仪，并进行行为评估，通过评定干扰刺激的情绪强度以及受试者主观感知的分心程度，来确定其对干扰物的敏感性。这些评分中的个体差异可用于探究其对情绪损害认知功能的神经机制的影响，或用于识别参与应对情绪干扰的大脑区域。

最后，务必感谢受试者参与实验。数据采集完成后，可使用任何功能性磁共振成像（fMRI）处理软件包进行分析，例如常用的统计参数映射（Statistical Parametric Mapping，简称 SPM）。本实验室将该软件与自主开发的基于 MATLAB 的工具结合使用。

预处理包括典型的步骤，如质量评估、图像配准、运动校正、共配准、标准化以及使用8毫米核进行空间平滑。在使用SPM时，采用一般线性模型来评估每种感兴趣条件下的记录数据与预设的血流动力学响应函数的拟合程度。或者，也可以对每种条件下的数据进行选择性平均，以观察与各条件相关的原始fMRI信号，而无需对血流动力学响应函数的形状做出预先假设。

感兴趣的对比可揭示与刺激前、基线状态相比的变化，以及一种条件与另一种条件之间的差异。采用本实验方案时，我们建议使用能够逐时间点评估FMR信号变化的分析工具。个体和群体水平的统计分析包括根据干扰类型对脑活动进行比较。此外，还需将脑成像数据与分心易感性的主观或客观测量指标及相关评分进行相关性分析。

也可以进行人格测量，以研究大脑活动如何与这些测量中个体差异共同变化。本文以大脑活动与分心程度主观评分之间的被试间相关性为例，说明识别脑-行为关系的基本步骤。首先，计算每个被试的分心程度个体得分。

其次，计算这些相关性时，可以基于体素逐个进行，也可以从特定感兴趣区域（ROI）提取fMRI信号来进行。随后，在所有采用该方案的研究中，我们通常会绘制出这些相关性的第三个散点图，分析重点通常是评估在干扰刺激呈现期间的延迟间隔内所观察到的fMRI信号变化，但也可以分析与其他事件（如探测刺激）时间锁定的脑活动。本文以我们最初的一项研究为例，说明使用来自国际情绪图片系统（International Affective Picture System）选取的情绪性和中性干扰刺激所获得的主要研究结果。

中央面板显示了最具干扰性与最不具干扰性条件之间直接对比的激活图，叠加于右半球外侧视图的高分辨率脑图像上。重点是干扰物呈现期间延迟间隔阶段记录的脑活动。背侧执行神经系统的活动以蓝色显示，腹侧效应系统的活动以红色显示。

脑图像底部的彩色水平条表示激活图T值的梯度。侧面图显示了在伴有干扰的工作记忆任务期间大脑活动变化的时间进程，其中上方图显示背侧执行区域（如背外侧前额叶皮层和外侧顶叶皮层）的活动，下方图显示腹侧效应系统区域（如腹外侧前额叶皮层）或易受情绪调节影响的区域（如梭状回）的活动。蓝色时间进程代表打乱的无意义干扰刺激，红色时间进程代表情绪性干扰刺激，黄色时间进程代表在存在无意义干扰的情况下中性干扰刺激。

持续的活动出现在背侧执行系统的区域。情绪性干扰的存在增强了腹侧效应系统区域的活动，同时减弱了背侧系统的活动，并损害了工作记忆表现，这与行为影响相平行；而中性干扰物的存在则在这两个系统中均产生中等水平的活动。这种背侧-腹侧的分离效应已被系统性地重复验证，并被证明特异性地由情绪性干扰引起。

该实验范式还可用于识别参与应对情绪干扰的大脑区域。例如，对大脑区域活动与情绪干扰存在敏感性之间的相关性分析发现，腹外侧前额叶皮层中的某些区域，其活动水平与情绪干扰物的情绪干扰性指标呈负相关，但与中性干扰物无关。具体而言，该区域活动水平较高的参与者，会将情绪干扰物感知并评价为较不具干扰性。

这些发现为此脑区在应对干扰性情绪中的作用提供了证据。该实验范式的建立，为情绪与认知交互领域研究人员探索健康人群和临床人群中应对情绪干扰的神经相关机制铺平了道路。观看本视频后，您应能充分理解如何利用该方案研究情绪干扰引起的认知干扰的神经相关机制，并掌握如何根据自身的实验需求对其进行调整。