遼寧師范大學(xué)的高賀明團隊在Journal of Cognitive Neuroscience發(fā)表了名為 High-frequency Repetitive Transcranial Magnetic Stimulation over the Left Dorsolateral Prefrontal Cortex Can Improve Attentional Control Under Stress: Behavioral and Electrophysiological Evidence的文章。

一、研究背景

壓力會影響執(zhí)行控制，迫使注意力轉(zhuǎn)向與壓力有關(guān)的信息。左側(cè)DLPFC（背外側(cè)前額葉）在保持工作記憶中的行為目標(biāo)和協(xié)調(diào)必要的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來處理目標(biāo)相關(guān)信息方面發(fā)揮著重要作用，因此，在壓力調(diào)節(jié)和注意力控制中起著至關(guān)重要的作用。

以往的研究已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，左側(cè)DLPFC是無創(chuàng)腦刺激的目標(biāo)區(qū)域，刺激DLPFC不僅可以減弱壓力反應(yīng)，還可以增強認(rèn)知控制。本研究使用rTMS來探索左側(cè)DLPFC激活是否可以增強壓力調(diào)節(jié)和注意控制。

二、研究方法

1、實驗程序

如圖1A所示，受試者到達(dá)實驗室后會先休息20分鐘。在休息時間的最后5分鐘，使用積極和消極情緒量表（PANAS）和狀態(tài)-特質(zhì)焦慮量表(SAI)評估受試者的情緒狀態(tài)和焦慮水平。同時進行腦電圖準(zhǔn)備。在TSST（T1）前收集第一次唾液樣本和自我報告壓力（SR）問卷（Likert量表），建立基線。隨后，受試者進行了15分鐘的TSST或安慰劑TSST。在TSST （T2）后立即采集第二組唾液樣本并收集問卷（SR、PANAS、SAI）數(shù)據(jù)。接下來休息10 min（rest 1），在這個階段對受試者進行重復(fù)經(jīng)顱磁刺激，并在之后采集第三份唾液樣本和SR。接下來是4個額外獨特刺激任務(wù)，每個大約持續(xù)7分鐘。在T4和T5采集唾液樣本和SR。在第二次休息15分鐘（rest 2）后，進行第三次SAI和PANAS問卷調(diào)查（T6）。

圖1 實驗過程

特里爾社會壓力任務(wù)

特里爾社會壓力任務(wù)（Trier Social Stress Task， TSST）被用來誘發(fā)強烈的社會心理壓力，在該任務(wù)中，受試者需要在觀眾面前演講并做數(shù)學(xué)計算。

在壓力組的TSST任務(wù)中，受試者通過5分鐘的求職演講來介紹自己，說服委員會他們能夠勝任這份工作。每位受試者有5分鐘的準(zhǔn)備時間。演講結(jié)束以后，受試者需要花5分鐘完成一個計算任務(wù)。

在對照組的TSST任務(wù)中，受試者被要求在一個空房間里做一個關(guān)于電影、小說或旅行的5分鐘主題演講，有5分鐘的準(zhǔn)備時間。在演講結(jié)束以后，受試者會完成一個計算任務(wù)。

額外獨特刺激任務(wù)

目標(biāo)刺激加工和干擾刺激加工通常通過額外獨特刺激任務(wù)（The additional singleton task）進行研究。

如圖2B所示，每個搜索陣列由10個環(huán)繞成一圈的形狀刺激組成。形狀刺激為菱形和圓形，有紅色或綠色的輪廓。在每個形狀刺激中有一條橫或縱的灰色線，所有的刺激都呈現(xiàn)在黑色背景上。目標(biāo)刺激是在形狀上與其他9個形狀刺激不同的刺激（即圖2中的綠色菱形）。受試者被要求判斷目標(biāo)形狀中包含的線段的方向，如果這條線是橫向的，就用左手食指按“F”鍵，如果這條線是縱向的，就用右手食指按“J”鍵。在九個形狀相同的刺激中，干擾刺激（即圖1B中的紅色圓圈）的顏色與其他所有刺激都不同。

根據(jù)搜索陣列中的目標(biāo)-干擾物類型，得到了5種條件。(1)在縱向目標(biāo)-橫向干擾條件（LD-VT）下，目標(biāo)刺激出現(xiàn)的方向是縱向，而干擾刺激紅色圓圈則是橫向；(2)橫向目標(biāo)-縱向干擾（LT - VD）條件下，目標(biāo)刺激出現(xiàn)的方向是橫向，而干擾刺激紅色圓圈則是縱向；(3)側(cè)邊目標(biāo)-無干擾（LT-ND）條件下，在側(cè)邊位置只有綠色菱形出現(xiàn)，而沒有任何干擾刺激；(4)在側(cè)邊目標(biāo)-對側(cè)干擾（LT-CD）條件下，目標(biāo)和干擾刺激分別出現(xiàn)在陣列的兩側(cè)；(5)在側(cè)邊目標(biāo)-同側(cè)干擾（LT-ID）條件下，目標(biāo)和干擾刺激出現(xiàn)在同一側(cè)。

在完成這個任務(wù)的同時采用 actiCHamp Plus 64 放大器（德國Brain Products公司生產(chǎn)，深圳瀚翔腦科學(xué)股份有限公司全國總代理）記錄腦電信號。原始EEG數(shù)據(jù)使用Brain Vision Analyzer Version 2.1 進行離線處理。

圖2 額外獨特刺激任務(wù)和TMS電場示意圖

ERP數(shù)據(jù)分析

對于搜索陣列誘發(fā)的ERP，在220 - 300ms的時間窗內(nèi)，以組（對照、壓力）為被試間變量，目標(biāo)-干擾物（LD-VT、LT-VD、LT-ND、LT-ID和LT-CD）和電極側(cè)性（同側(cè)、對側(cè)）為被試內(nèi)變量，進行重復(fù)測量方差分析。

N2pc是指在視覺搜索任務(wù)中，當(dāng)目標(biāo)刺激出現(xiàn)在視野的一側(cè)時，大腦對側(cè)后部區(qū)域（通常是枕葉和頂葉）在刺激呈現(xiàn)后約200-300毫秒（ms）出現(xiàn)的一個負(fù)向腦電成分。通常與選擇性注意、空間注意等能力有關(guān)。

N2pc效應(yīng)是通過從同側(cè)條件中減去對側(cè)條件的平均振幅來計算的。然后，對N2pc效應(yīng)進行重復(fù)測量方差分析，以組（壓力、對照）為被試間變量，目標(biāo)-干擾物類型（LD-VT、LT-VD、LT-ND、LT-ID和LT-CD）為被試內(nèi)變量。

RTAC效應(yīng)分析

RTAC效應(yīng)即反應(yīng)時的的注意捕獲效應(yīng)，是指在實驗任務(wù)中，由于干擾刺激自動吸引了注意，導(dǎo)致被試對目標(biāo)刺激的反應(yīng)時延長，這種現(xiàn)象反映了注意系統(tǒng)的自動性和選擇性。RTAC效應(yīng)是通過從LD-VT、LT-VD、LT-ID和LT-CD條件中減去LT-ND條件的平均RT來計算的。

TMS刺激方案

TSST任務(wù)結(jié)束之后，在rest 1階段對受試者進行重復(fù)經(jīng)顱磁刺激。分別在控制頂葉組（完成控制組的TSST任務(wù)并進行頂葉rTMS）和壓力頂葉組（完成壓力組的TSST任務(wù)并進行頂葉rTMS）的頂葉區(qū)域和壓力DLPFC組（完成壓力組的TSST任務(wù)并進行左背外側(cè)前額葉rTMS）的左DLPFC進行重復(fù)經(jīng)顱磁刺激。

使用經(jīng)顱磁刺激儀（M-100 Ultimate，深圳英智科技有限公司，中國深圳）的八字形線圈（BY-90A）對所有受試者進行高頻rTMS，靜息運動閾值設(shè)置為110%。

本研究使用的rTMS方案內(nèi)容如下：使用20 Hz的高頻進行rTMS刺激，每次刺激包括40個脈沖，持續(xù)2秒，間隔12秒，一共進行了40次刺激，總計1600個脈沖，總刺激時間為548秒。根據(jù)國際10-20系統(tǒng)，壓力DLPFC組刺激點定位在F3，壓力頂葉組和對照頂葉組刺激點定位在Cz點。

三、研究結(jié)果

1、行為學(xué)的結(jié)果

如圖3所示，壓力DLPFC組的RT（反應(yīng)時）均比壓力頂點組（p < 0.001）和對照頂葉組（p = 0.012）更短；壓力頂葉組與對照頂葉組的RT無顯著差異（p = .396）。

壓力頂葉組RTAC效應(yīng)高于控制頂葉組（p = 0.008），壓力DLPFC組RTAC效應(yīng)低于壓力頂葉組（p = 0.024），而壓力DLPFC組與對照頂葉組RTAC效應(yīng)無顯著性差異（p = 0.681）。

圖3 不同條件下的RTAC效應(yīng)。

2、ERP的結(jié)果

如圖4所示，壓力頂葉組的ERPs在各試驗類型中均高于對照頂葉組（ps < 0.030）。在同側(cè)條件中，在LT-VD （p = 0.018）、LD-VT （p = 0.023）、LT-ND （p = 0.026）、LT-ID （p = 0.010）和LT-CD （p = 0.027）條件中，壓力DLPFC組的ERP高于對照頂葉組。在對側(cè)條件中，壓力- DLPFC組的ERP在LD-VT （p = 0.040）和LT-ID （p = 0.047）中高于對照頂葉組，而在LT-VD （p = 0.083）、LT-ND （p = 0.096）和LT-CD （p = 0.096）中則沒有。

各壓力DLPFC組與壓力頂葉組之間的ERP沒有顯著差異（p < 0.05）。

圖4 平均ERP圖。N2pc（220- 300毫秒的時間窗口）部分用黃色突出顯示。紅色和黑色的線代表在LT-VD、LT-ND、LT-ID和LT-CD條件中的對側(cè)或同側(cè)的目標(biāo)或在LD-VT試驗中的干擾刺激的ERP。負(fù)值向上，刺激發(fā)生在0毫秒，并以y軸為索引。

3、其他結(jié)果

對于N2pc效應(yīng)，如圖5所示，壓力頂葉組的N2pc效應(yīng)強度在LD-VT條件中較對照頂葉組更強（p = 0.029）。

與壓力頂葉組相比，壓力DLPFC條件的N2pc效應(yīng)比LT-ND條件（p = 0.002），LT-ID條件（p = 0.028）和LT-CD條件（p < 0.001）更強（p < 0.001） 。

與對照組相比，LT-VD、LT-ND、LT-ID和LT-CD條件中壓力DLPFC的N2pc效應(yīng)顯著增加（p < 0.001），而LD-VT條件中N2pc效應(yīng)不顯著（p = 0.090）。

與其他各條件相比，LT-CD條件N2pc效應(yīng)的強度降低（ps < 0.002）。

在對照頂葉組和壓力頂葉組中，LT-ID條件的N2pc效應(yīng)強度均高于LT-VD、LT-ND和LT-CD條件（ps < 0.001），但低于LD-VT條件(ps < 0.085）。

圖5 N2pc效應(yīng)（ERP同側(cè)減去ERP對側(cè)）的大小。

四、研究結(jié)論