認知に関する情動の損なう効果の脳イメージング研究

この実験プロトコルの全体的な目的は、ワーキングメモリプロセスに焦点を当て、感情が認知に及ぼす悪影響の神経相関を調査することです。これは、基本的なワーキングメモリタスクを作成した後、記憶項目とプローブの間の遅延区間に感情的な妨害刺激を提示し、参加者がワーキングメモリタスクを実行している間の脳活動をfMRIを用いて記録することで達成されます。妨害刺激は、調査目的および対象集団に従って選択されます。例えば、特定の感情を対象としない場合は、ポジティブまたはネガティブな一般的感情反応を誘発する感情刺激を用いることができます。

一方、恐怖などの特定の感情による影響を標的とする場合は、健常者または臨床的に診断された被験者のいずれに対しても、恐怖を誘発する妨害刺激を用いることができます。次に、被験者が妨害刺激を伴うワーキングメモリ課題を遂行している間に収集された行動データおよび脳画像データを分析し、感情的な妨害がワーキングメモリのパフォーマンスに及ぼす差異的な影響と、それに関連する神経相関を特定します。その結果、感情的な妨害がワーキングメモリのパフォーマンスに及ぼす悪影響に関連する脳活動パターンと、感情的な妨害に対処する能力に関連する脳活動が得られます。代表的な標的脳領域には、集中力を維持する能力に関連する領域（ここでは青色で示されるいわゆる背側実行神経系の一部）と、感情処理に関与する領域（赤色で示される腹側感情系の一部）が含まれます。

この手法の意義は、感情的な注意散漫に対する機能不全的な反応に関連する変化の特定を可能にするため、心的外傷後ストレス障害（PTSD）などの不安障害の理解や診断に寄与することにあります。既存の手法、例えば目標に関連する情報とタスクに関係のない感情的な注意散漫を同時に提示する方法と比較した際の本手法の主な利点は、感情的な注意散漫に対する神経学的相関を、進行中の認知プロセスに関連するものからより適切に分離できる点にあります。さらに、このパラダイムにより、認知干渉の神経学的相関だけでなく、感情的な注意散漫への対処における神経反応を調査することも可能になります。

本プロトコルの基本的なタスクは遅延応答作業記憶タスクであり、記憶刺激（memoranda）とプローブ刺激の間の遅延区間に、タスクに無関係な妨害刺激として、新規の情動的および非情動的刺激が提示されます。空間周波数や輝度などの基本特性が実際の妨害刺激と同一であるスクランブル版を、知覚的コントロールとして使用できます。あるいは、妨害のない試行を基本コントロールとして使用することも可能です。

感情的なディストラクターと非感情的なディストラクターは、異なる試行で使用する必要があることに留意してください。また、効果を高めるために、感情的および意味的な特性が類似したディストラクターを組み合わせて使用することが推奨されます。先に示した元の設計における感情的および中立的なディストラクターは、国際感情画像システム（IAPS）から選択できますが、ディストラクターとして有効な他の新規刺激を用いても同様の効果が得られます。

例えば、怒りの表情を浮かべた顔は、社交不安などの特定の感情反応を誘発する可能性があり、したがって、一時的な不安誘発性の妨害がワーキングメモリに及ぼす影響を調査するのに有効であると考えられます。同様に、心的外傷後ストレス障害（PTSD）患者などの臨床参加者の場合、トラウマに関連する刺激を提示することで、妨害の特異性を高めることができます。例えば、PTSDを患う退役軍人に戦闘に関連する画像を使用する場合などが挙げられます。

影響を強めるために不安を誘発する顔刺激を用いる場合は、静止画として提示するのではなく、ここに示すようにモーフィングさせることを推奨します。選択した刺激提示ソフトウェアを使用して、このタスクをイベント関連デザインとして設定し、ワーキングメモリタスクに3つの顔を配置し、その後に新規の妨害刺激を提示します。参加者には、妨害刺激を処理しながらも標的（meran）への集中を維持し、単一の顔プローブに対して、記憶した古い顔であることを示すボタン1、または新しい顔であることを示すボタン2を押し、迅速かつ正確に回答するように指示してください。さらに、回答に対する参加者の確信度を評価するなど、行動上の差異を検出するためにワーキングメモリタスクの感度を高める操作を実装することも可能です。

なお、例示目的であるため、この例ではタスクの実際のタイミングは反映されていないことに注意してください。最後に、記憶内容における色の有無や追加の顔の特徴、および被験者が到着した際の顔の類似性を操作することで、ワーキングメモリタスクの難易度を調整することが可能です。必ず書面によるインフォームドコンセントを取得し、MRIの安全性スクリーニングを実施してください。

また、現在の感情状態に加え、不安や感情反応性などの性格特性についても評価します。現在の感情状態を評価するためのアンケートにいくつか回答していただきたいと思います。時間はスキャンの前の約10分ほどで完了するはずです。

被験者にスキャン手順の詳細を説明し、不快感を避け、タスクへの習熟度を高めるために、行動タスクの具体的な指示を与えます。また、被験者に短縮版の練習走行を行わせます。次に、被験者をスキャン室に案内し、スキャンベッドの上に仰向けに寝るよう指示します。

スキャン中は、耳栓および通信用のアイソレーションヘッドホンを装着させます。また、スキャン中の快適性を確保し、体動を最小限に抑えるため、頭部の周囲に十分なクッションを配置してください。さらに、テープを適当な長さに切り、粘着面を外側にして参加者の額に軽く巻き付けても構いません。頭部の動きをさらに抑制するため、被験者の右手をレスポンスボックスの上に心地よく配置し、レスポンスボタンが正常に動作することを確認してください。

被験者がスキャナーを停止させる緊急の必要があることを知らせられるよう、近くに非常停止ボタンを設置してください。最後に、被験者をスキャナーに入れる前に、刺激提示用のスクリーン投影がはっきりと見えることを確認します。次に、SPGRやMP rageなどの高解像度のT1強調構造画像を撮影します。続いて、全脳をカバーするように機能的ランの設定を行います。

4 Teslaスキャナーを用いた初期研究では、逆螺旋パルスシーケンスを用い、TR 2000 milliseconds、TE 31 milliseconds、視野（FOV）256 by 256 millimetersのパラメータで、ボクセルサイズ 4 by 4 by 4 millimeterの機能的スライス30枚を軸位断で取得しました。より最近では、このパラダイムを1.5 Teslaスキャナーにも適応させ、エコープラナー（Echo Plano）シーケンスを用いて、TR 2000 milliseconds、TE 40 milliseconds、視野 256 by 256 millimetersのパラメータで、ボクセルサイズ 4 by 4 by 4 millimeterの機能的スライス28枚を軸位断で取得しました。被験者に機能的イメージングが始まることを伝え、タスクの内容を再確認させます。パラダイムと同期してスキャナーを開始してください。スキャン完了後、被験者がスキャナーから出るのを介助し、妨害刺激の感情的な強度と主観的に感じた妨害性を評価させることで、妨害刺激に対する被験者の感受性を判定するための行動アセスメントを実施します。これらの評価における個人差を利用して、感情が認知に及ぼす悪影響を媒介する神経メカニズムへの影響を調査したり、感情的な妨害への対処に関与する脳領域を特定したりすることが可能です。

最後に、実験に協力してくれた被験者に必ず感謝の意を伝えてください。収集したデータは、一般的にSPMとして知られる統計的パラメトリックマッピングなどの、あらゆるfMRI解析ソフトウェアパッケージを使用して解析できます。当研究室では、これを自社開発のMATLABベースのツールと組み合わせて使用しています。

前処理には、一般的なステップである品質保証、画像アライメント、モーション補正、共登録、正規化、および8 mmのカーネルを用いた空間平滑化が含まれます。SPMを使用する場合、一般線形モデルを実装して、関心のある各条件から記録されたデータと、あらかじめ設定された血行動態反応関数との適合性を評価します。あるいは、血行動態反応関数の形状に関する事前の仮定を置かずに、各条件に関連する生のfMRI信号を確認するために、各条件のデータを選択的に平均化することも可能です。

その後、関心のあるコントラストによって、刺激前およびベースラインと比較した変化や、ある条件と別の条件との間の差を明らかにします。この実験プロトコルでは、時点ごとのfMRI信号の変化を個人レベルおよびグループレベルで評価できる解析ツールの使用を推奨します。統計解析では、妨害刺激の種類に応じた脳活動の比較を行います。さらに、脳画像データと、注意散漫性の主観的または客観的な指標およびスコアリング指標との相関を解析します。

脳活動が個々の性格尺度の差とどのように共変動するかを調べるために、パーソナリティ測定を行うことも可能です。ここでは、脳活動と注意散漫性の主観的評価との被験者間相関を用いて、脳と行動の関連性を特定するための基本的な手順を説明します。まず、各被験者の注意散漫性の個別のスコアを算出します。

第二に、脳活動の変化との相関を、ボクセル単位で計算するか、あるいは特定の関心領域（ROI）から抽出したfMRI信号を用いて計算します。第三に、これらの相関の散布図を作成します。本プロトコルを用いた我々のすべての研究における解析では、通常、妨害刺激が提示される遅延期間中に観察されるfMRI信号の変化を評価してきましたが、プローブなどの他のイベントにタイムロックされた活動を調査することも可能です。ここでは、International Affective Picture Systemから選択した感情的および中立的な妨害刺激を用いた、我々の初回研究における主な知見について説明します。

中央のパネルには、最も妨害となる条件と最も妨害とならない条件との直接比較による活性化マップが、右半球を側面から見た高解像度の脳画像に重ねて表示されています。ここでは、妨害刺激が提示された遅延区間に記録された活動に焦点を当てています。背側実行神経系の活動は青色で、腹側情動系の活動は赤色で示されています。

脳画像の底部にあるカラーの水平バーは、活性化マップのT値の勾配を示しています。側面のパネルは、妨害刺激を伴うワーキングメモリタスク中の脳活動の変化のタイムコースを示しており、上段のパネルは背外側前頭前皮質や外側頭頂皮質などの背側実行領域における活動を、下段のパネルは腹外側前頭前皮質などの腹側情動系領域、または紡錘状回などの情動変調を受けやすい領域における活動を示しています。青色のタイムコースは意味のないスクランブル妨害刺激を、赤色のタイムコースは情動的妨害刺激を、そして黄色のタイムコースは意味のない妨害刺激が存在する場合の中立的妨害刺激を表しています。

背側実行系（dorsal executive system）の領域で持続的な活動が認められました。感情的な妨害刺激の存在は、腹側感情系（ventral affect system）の領域における活動を増加させる一方で、背側系の活動を低下させ、行動への影響と並行してワーキングメモリのパフォーマンスを損なわせました。中立的な妨害刺激が存在する場合、両方の系において中程度の活動レベルが示されました。この背側・腹側の解離は系統的に再現されており、感情的な妨害刺激に特異的であることが示されました。

この実験パラダイムにより、感情的な妨害への対処に関与する脳領域を特定することも可能です。例えば、感情的な妨害の存在に敏感な脳領域の活動に関する相関分析により、腹外側前頭前皮質の領域が特定されました。この領域の活動は、中立的な妨害刺激に対してではなく、感情的な妨害刺激に対する感情的な妨害されやすさの指標と負の相関を示しました。具体的には、この領域でより高い活動を示した参加者は、感情的な妨害刺激を妨害程度が低いと認識し、評価していました。

これらの知見は、注意をそらす感情への対処におけるこの領域の役割を裏付ける根拠となります。このパラダイムの開発後、感情と認知の相互作用分野の研究者は、健常者および臨床群の両方において、感情的な妨害への反応および対処の神経相関を研究する道が開かれました。このビデオを視聴することで、感情的な妨害による認知干渉の神経相関を調査するための本プロトコルの使用方法と、それを自身の実験的ニーズに合わせて適合させる方法について十分に理解できるはずです。