1. Projekt eksperymentalny, kwestie metodologiczne i bodźce
SMP składa się z dwóch zadań: zadania kodowania oraz zadania wydobywania informacji, a rejestracja aktywności mózgu może odbywać się podczas zadania kodowania lub podczas obu zadań – kodowania i wydobywania (schemat ilustrujący strukturę SMP przedstawiono na Rysunku 1).

Rycina 1. Ogólny schemat projektu SMP. Obszary mózgu, w których aktywność podczas kodowania jest większa dla elementów zapamiętanych niż dla zapomnianych (R > F), są powiązane z sukcesem kodowania (ES). Podobnie, jeśli ta różnica w pamięci (Dm) 3 jest mierzona na podstawie porównania aktywności mózgu zarejestrowanej podczas przypominania (Hits > Misses), identyfikuje ona obszary powiązane z sukcesem przypominania (RS).
W badaniach wykorzystujących SMP z bodźcami emocjonalnymi należy wziąć pod uwagę kilka istotnych aspektów:
- Ważne jest kontrolowanie właściwości emocjonalnych bodźców, takich jak walencja emocjonalna oraz pobudzenie/intensywność, ponieważ mają one różny wpływ na percepcję emocjonalną, a tym samym na pamięć emocjonalną10, 26, 27. Powszechnie stosowanymi bodźcami emocjonalnymi są obrazy z International Affective Picture System (IAPS)23 oraz słowa z Affective Norms for English Words (ANEW)24. Obrazy IAPS i słowa ANEW są kontrolowane pod kątem dwóch głównych wymiarów afektywnych (tj. walencji – stopnia przyjemności lub nieprzyjemności oraz pobudzenia – intensywności emocjonalnej), które definiują właściwości emocjonalne bodźca (patrz 25). Inną kategorią bodźców często wykorzystywaną w badaniach nad emocjami są ludzkie twarze z ekspresjami emocjonalnymi, takich jak te z zestawów Pictures of Facial Affect (http://www.paulekman.com) oraz NimStim (http://www.macbrain.org/).
- Inne czynniki, których manipulacje mogą również wpływać na funkcjonowanie pamięci, a zatem przyczyniać się do wszechstronności tego protokołu, obejmują: a. zmienność rodzaju zastosowanego zadania kodowania (tj. kodowanie przypadkowe 11, 13, 19 lub intencjonalne 8, 20), b. koncentrację podczas kodowania w odniesieniu do treści emocjonalnej bodźców (tj. z aspektami emocjonalnymi 8, 11 lub nieemocjonalnymi jako głównym punktem uwagi 13, 19) oraz c. rodzaj zastosowanego zadania wydobywania informacji (tj. przypominanie 8, 11 lub rozpoznawanie 12, 20). Ponadto czas trwania bodźca również wpływa na funkcjonowanie pamięci 21, dlatego należy go również wziąć pod uwagę wraz z czynnikami wymienionymi powyżej.
- Należy również kontrolować inne możliwe zmienne zakłócające, takie jak obecność ludzi oraz złożoność wizualna obrazów emocjonalnych i neutralnych 11.
- Kluczowe jest, aby wyniki pamięciowe dla analizowanych warunków mieściły się w rozsądnych zakresach, które pozwalają na rzetelne porównania statystyczne zarówno danych behawioralnych, jak i obrazowania mózgu. Na przykład w naszych zadaniach przypominania z podpowiedzią proporcja prób zapamiętanych i zapomnianych wynosiła około 50% 8, 11. Jednakże, ponieważ w zadaniach rozpoznawania z dwiema opcjami poziom ten byłby bliski przypadkowi, oczekiwany jest wyższy ogólny poziom wyników. W takim przypadku rzetelne porównanie między warunkami zapamiętania i zapomnienia można osiągnąć poprzez losowy wybór mniejszej liczby prób zapamiętanych, aby wyrównać liczbę prób zapomnianych. Dodatkowo w danych behawioralnych powinien być obecny efekt wzmocnienia pamięci przez emocje, objawiający się większą proporcją prób zapamiętanych dla elementów emocjonalnych niż dla neutralnych.
- Zaleca się również unikanie indukcji nastroju, ponieważ może ona również wpływać na wyniki 22. Można to osiągnąć poprzez pseudolosowanie bodźców emocjonalnych, aby upewnić się, że nie więcej niż 2-3 bodźce o tej samej walencji są prezentowane następstwem po sobie 11.
2. Przygotowanie obiektu do skanowania
Wszyscy uczestnicy przekazali pisemną świadomą zgodę przed rozpoczęciem protokołu eksperymentalnego, który został zatwierdzony przez Komisję Etyczną.
Przed wejściem do pomieszczenia skanowania
- Na około 45 minut przed skanowaniem każdy badany wypełnia kwestionariusze służące do oceny ogólnego stanu emocjonalnego i poziomu lęku 28, 29. Te wstępne oceny są wykorzystywane w połączeniu z ocenami po sesji w celu wykrycia zmian w nastroju/lęku będących wynikiem udziału w badaniu.
- Po wypełnieniu kwestionariuszy badany zostaje poinformowany o procedurach skanowania i otrzymuje szczegółowe instrukcje dotyczące zadania behawioralnego. Badany przeprowadza również krótką sesję treningową, aby zapoznać się z zadaniem.
Wejście do pomieszczenia skanującego
- Osobę badaną instruuje się, aby położyła się na plecach na stole do skanowania, z dodatkowym podparciem dla głowy, a następnie przekazuje jej ochronniki słuchu. Ponadto, aby pomóc zminimalizować ruchy, wokół czoła badanej osoby można lekko owinąć odcinek taśmy stroną nieklejącą.
- Przed rozpoczęciem skanowania prawą dłoń badanej osoby umieszcza się na przycisku odpowiedzi, a następnie sprawdza działanie przycisku. Przed rozpoczęciem zbierania danych należy również upewnić się, że badany wyraźnie widzi projekcję na ekranie. Przycisk zatrzymania awaryjnego umieszcza się w zasięgu wolnej ręki badanej osoby, aby mogła ona zasygnalizować każdą pilną potrzebę zatrzymania skanera.
- W naszych badaniach bodźce prezentowano za pomocą CIGAL, wewnętrznego programu komputerowego do prezentacji danych 30, jednak dostępne jest również inne oprogramowanie, w tym E-prime, SuperLab, Presentation oraz oparta na Matlab Psychtoolbox.
- Na podstawie naszych badań zalecamy, aby czas trwania skanowanych zadań obejmujących stymulację emocjonalną nie przekraczał 1h, a całkowity czas skanowania nie przekraczał 2 hrs; ponadto, jeśli to możliwe, ten drugi czas powinien być skrócony w grupach klinicznych 17.
3. Rejestracja i przetwarzanie danych
Parametry skanowania
W oryginalnym badaniu Dolcosa i współpracowników 11 dane MRI zbierano za pomocą skanera GE o natężeniu pola 1,5 Tesli. Pełny obraz mózgu uzyskano poprzez 34 następujące po sobie obrazy echoplanarne gradientowe (EPI) wrażliwe na kontrast zależny od poziomu utlenowania krwi (BOLD), zdefiniowane równolegle do płaszczyzny AC-PC w płaszczyźnie osiowej (TR = 3000ms; TE = 40ms; FOV = macierz obrazu 642; FA = 90°; grubość przekroju = 3,75 mm). Zastosowane tutaj parametry skanowania dobrze nadają się do identyfikacji aktywacji w strukturach przyśrodkowego płata skroniowego (MTL), jednak można również zastosować inne parametry skanowania zoptymalizowane pod kątem wyższej rozdzielczości przestrzennej 33-35.
Procedury po skanowaniu
- Badany wypełnia kwestionariusze w celu oceny aktualnego nastroju i poziomu lęku; jeśli nie zostało to przeprowadzone przed sesją skanowania, można również zebrać dane dotyczące cech osobowości (np. neurotyzmu, pobudliwości emocjonalnej).
- Jeśli aktywność przypominania nie jest rejestrowana podczas sesji skanowania, zadanie przypominania może zostać wykonane po zakończeniu skanowania lub w późniejszym terminie. Jeżeli nie wykonano tego w skanerze, można zastosować zadanie oceny emocjonalnej, aby ocenić odpowiedź emocjonalną badanego na bodźce. W ten sposób rozdzielenie kategorii emocjonalnych i neutralnych może odbyć się na podstawie ocen uczestników, a nie na podstawie wyników normatywnych. Zadanie to powinno być jednak wykonane po zadaniu przypominania.
- Aby zmaksymalizować wpływ emocji na pamięć, między kodowaniem a przypominaniem musi upłynąć co najmniej ~20 minut 18. Opóźnienie to może być jednak znacznie dłuższe – od kilku minut do dni, tygodni i miesięcy, ponieważ wpływ emocji na pamięć może być długotrwały, a wspomnienia emocjonalne mają tendencję do utrzymywania się w czasie w porównaniu ze wspomnieniami neutralnymi 12, 13.
Zadanie pamięciowe
Głównym celem niniejszego protokołu są wyniki badania z wykorzystaniem testu pamięci z przypominaniem za pomocą wskazówek 11, w którym uczestnikom dostarczano wskazówek słownych do każdego obrazka, a oni musieli pisemnie podać szczegóły dotyczące obrazków, które zapamiętali. Można jednak stosować również inne zadania wydobywania informacji. Szczególne znaczenie ma tak zwany paradygmat R-K 31, czyli zadanie rozpoznawania w pamięci, w którym uczestnicy kategoryzują każdy wydobyty element na podstawie tego, czy przypominają sobie konkretne szczegóły kontekstowe z etapu kodowania (reakcje typu „pamiętam” – Remember), czy mają jedynie poczucie znajomości danej treści (reakcje typu „wiem” – Know). Zastosowanie tego zadania w połączeniu z fMRI i bodźcami emocjonalnymi pozwala nie tylko na rozdzielenie neuronalnych korelatów wydobywania informacji opartego na przypominaniu względem tego opartego na poczuciu znajomości 32, ale także na identyfikację różnic w wpływie emocji na te dwa typy wydobywania informacji oraz powiązanych z nimi korelatów neuronalnych 12.
Analiza danych fMRI
Do analizy danych wykorzystano Statistical Parametric Mapping (SPM: (http://www.fil.ion.uc.uk/spm/) w połączeniu z wewnętrznymi narzędziami opartymi na środowisku Matlab. Przetwarzanie wstępne zazwyczaj obejmuje: kontrolę jakości, wyrównywanie obrazów, korekcję ruchu, korejestrację, normalizację oraz wygładzanie (jądro 8 mm3), jednak w przypadku analiz obejmujących anatomicznie zdefiniowane obszary zainteresowania (ROI), większą specyficzność przestrzenną uzyskuje się, gdy dane nie są wygładzane i normalizowane (patrz 11). Statystyczne analizy na poziomie indywidualnym i grupowym obejmują porównania aktywności mózgu podczas kodowania/przywoływania w zależności od późniejszego wyniku pamięciowego. Modulujący wpływ emocji na aktywność związaną z pamięcią można zaobserwować w obszarach wykazujących większą aktywność ES / Dm lub RS dla bodźców emocjonalnych niż dla neutralnych (patrz Rycina 2). Badania ukierunkowane na aktywność MTL pozwalają na identyfikację dysocjacji funkcjonalnych, które są powiązane z treścią emocjonalną bodźców (pamięć emocjonalna vs neutralna; 11), badanym typem pamięci (pamięć elementów vs pamięć źródłowa; 19) lub rodzajem zadania przywoływania (oparte na przypominaniu vs na poczuciu znajomości; 12, 36). Badania regionów mózgu poza MTL koncentrują się w szczególności na obszarach kory przedczołowej (PFC), które w różny sposób uczestniczą w pamięci emocjonalnej i neutralnej 10, 20.

Rycina 2. Identyfikacja aktywności mózgu związanej z pamięcią, podatnej na modulację emocjonalną. Oprócz umożliwienia identyfikacji aktywności mózgu związanej z pamięcią, która jest wrażliwa na modulację emocjonalną (EmoDm / RS > NeuDm / RS; tj. wykazującą interakcje emocji x pamięci), schemat ten pozwala również na identyfikację obszarów mózgu, których aktywność odzwierciedla wpływ emocji na przetwarzanie ogólne/percepcyjne [(Emotion R + Emotion F) > (Neutral R + Neutral F ); tj. wykazującą główne efekty emocji), a także ogólne efekty pamięci [(Emotion R + Neutral R) > (Emotion F + Neutral F); tj. wykazującą główne efekty pamięci].
4. Reprezentatywne wyniki:
Wykorzystanie SMP w badaniach nad pamięcią emocjonalną okazało się skuteczne w wyjaśnianiu neuronalnych korelatów efektu wzmacniania pamięci przez emocje. Dostarczając silnych dowodów na poparcie hipotezy modulacyjnej 37, 38, badania nad kodowaniem pamięci dostarczyły dowodów wspierających teorię, że emocje wzmacniają pamięć poprzez wpływ modulujący ciała migdałowatego – obszaru mózgu zaangażowanego w przetwarzanie emocji – na aktywność w regionach mózgu związanych z pamięcią, takich jak przyśrodkowy płat skroniowy (MTL 11, patrz Rysunek 3) oraz kora przedczołowa (PFC10). Ponadto badania nad wydobywaniem informacji z pamięci dostarczają dalszych dowodów na to, że hipoteza modulacyjna odnosi się również do procesu przypominania, a różne obszary MTL są w różny sposób zaangażowane w wydobywanie wspomnień emocjonalnych opartych na przypominaniu (recollection) w stosunku do tych opartych na poczuciu znajomości (familiarity) 12.

Rysunek 3. Dowody na hipotezę modulacji. Wspierając hipotezę modulacji, efekt wzmacniania pamięci przez emocje był powiązany ze
zwiększoną aktywnością ES/Dm (A) w obrębie oraz interakcjami (B) pomiędzy ciałem migdałowatym a systemem pamięci MTL (zilustrowano w C i D). Wykresy słupkowe porównują procentową
zmianę sygnału dla emocjonalnych i neutralnych ES / Dm, wyodrębnioną z przekroju o szczytowej aktywacji i uśrednioną dla obu półkul. Wykresy rozrzutu przedstawiają współzmienność
aktywności ES / Dm w ciele migdałowatym i korze entorynalnej dla obrazów emocjonalnych i neutralnych. ES / Dm = Encoding Success / Difference due to Memory.
Za Dolcos i wsp. 11, za zgodą autorów.