与焦虑表达有关的新兴脑机制研究
文：心仪脑
来源：心仪脑（ID:psytech_xinyi)
01
背景介绍
目前大量研究证明大脑中存在大规模与焦虑表达有关的网络，此外，焦虑患者表现出的广泛症状也可能涉及多个神经回路与神经区域之前或之间的表达。已有研究证明背外侧前额叶（dlPFC）对人体自上而下，尤其是焦虑的调节很重要。例如，受到威胁时，dlPFC的反应与主观焦虑呈负相关，与高任务要求时被试的表现呈正相关，被试执行涉及dlPFC激活的任务可以降低焦虑带来的恐惧感。这些结果表明：增强dlPFC的活动，可以减少焦虑表达。
然而，以上这些发现并没有反映在利用rTMS治疗焦虑的应用中。目前的临床rTMS方案更多的是降低右半球dlPFC的兴奋性。因此，为了探索治疗可能性，本实验采用10Hz rTMS刺激该区域，在Sterberg工作记忆范式的维持间隔期间进行刺激，研究dlPFC在焦虑表达中的作用。
02
实验方法
被试
19名被试参与实验，其中女性10名，平均年龄28.42岁。
实验流程
首先对被试进行MRI扫描，并在扫描期间以及TMS刺激期间进行Sternberg工作记忆任务测试，MRI扫描获得的影像数据将被用来进行TMS定位，如图2A，并使用电厂模型来计算偏倚矢量，如图2B。
使用中性/可预测/不可预测（NPU）威胁任务评估被试接受rTMS刺激前后的焦虑状态。具体范式如图1所示。
NPU条件设计：
在中性Block期间，被试没有受到电击的风险；在可预测Block期间，只有当屏幕显示形状提示时，被试才有被电击的风险；在不可预测Block期间，被试在整个实验过程中都有被电击的风险。在可预测和不可预测的条件下，电击都会出现三次。被试需要在实验过程中，通过呈现在屏幕上的量表，对他们的焦虑程度从0（不焦虑）到10（极度焦虑）进行打分，如图1B。
Sternberg工作记忆测试：
向被试依次展示一系列5或8个字母。在分类试验（5个字母）中，被试需要按照字母顺序重新排列字母，在维持试验（低=5个字母；高=8个字母），被试只需记住字母，无需重新排序。在刺激材料呈现完毕后，会有短暂的延迟间隔，之后进入反应试验，会向被试呈现一个字母和一个数字，被试需要回忆字母在序列中的位置并是否与所给数字匹配。在MRI扫描期间，共进行了48次试验（半匹配，半不匹配）。在TMS刺激过程中，共进行了42次试验，TMS刺激时间每次为4s，10Hz。试验嵌套在刺激过程中，在维持试验期间进行TMS刺激。字母序列呈现时间为2.5-5.5s，延迟间隔时间为2.5-6.5s，ITI为3-8s，试验开始提示与反应时间分别为1和3s，如图1C。
记录左侧眼部肌电图以反映被试的惊恐程度。
03
实验结果
对Sternberg工作记忆测试
对准确性和反应时间进行3（刺激：MRI扫描前 vs. 真实刺激 vs. 假刺激）*3（认知负荷：低 vs. 高 vs. 排序）重复测量方差分析，见表1。
表1. Sternberg工作记忆测试结果
准确性：
认知负荷（f(2,36)=19.022; p＜0.001;η2 = 1.056）与刺激条件（f(2,36)=6.601; p=0.004;η2 = 0.366）对准确性均有显著影响；认知负荷与刺激条件交互作用显著（f(4,72)=4.025; p=0.005;η2 = 0.224）。
为检查刺激效果，对刺激前-刺激条件（真实刺激/假刺激）计算差异分数，并针对认知负荷条件进行成对样本t检验。结果发现与真刺激相比，假刺激条件下，低和排序的认知负荷在准确性方面有更大的改善效果（Low:t(18)=-1.766;p=0.094; Cohen’s d=0.402; High:t(18)=-1.837;p=0.083;Cohen’s d=0.426）。高认知负荷则有着相反的趋势（High:t(18)=1.811;p=0.087;Cohen’s d=0.415）。
反应时间：
认知负荷对反应时间具有显著影响（f(2,36)=13.084; p＜0.001;η2 = 0.727）；认知负荷和刺激条件交互作用具有显著影响（f(4,72)=2.665; p=0.039;η2 = 0.148）。
同样的，对刺激前-刺激（真实刺激/假刺激）创建差异分数，并针对认知符合条件进行成对样本t检验，结果发现在所有的认知负荷条件下，真实刺激均比假刺激的反应时间（Low:t(18)=1.793;p=0.090;Cohen’s d=0.411; High:t(18)=1.414;p=0.174;Cohen’s d=0.324; Sort:t(18)=1.251;p=0.227;Cohen’s d=0.287）长。
NPU测试
焦虑等级：对于NPU实验前事先收集到的测量结果进行2（时间点：刺激前 vs. 刺激后）*2（刺激：真实刺激 vs. 假刺激）*3（NPU：中性 vs. 可预测 vs. 不可预测）*2（时期：提示出现时 vs. ITI时期）多因素重复测量方差分析。
结果发现NPU对被试的焦虑状态具有显著影响，相较于中性条件，可预测和不可预测条件时被试的焦虑感明显上升（f(2,36)=40.2; p<0.001;η2 = 2.233）。
时间点对被试焦虑状态具有显著影响，被试在进行TMS刺激后，均报告焦虑感减少（f(1,18)=8.723; p=0.009;η2 = 0.485）。
时间点和时期二者交互作用显著（f(1,18)=22.525; p<0.001;η2 = 1.25）；时间点和NPU以及时期三者交互作用显著（f(2,36)=7.027; p=0.003;η2 = 0.391）。
为进一步检查交互作用，对所有的刺激情况进行了平均，并对每个NPU*时期条件下的刺激前后对比进行成对样本t检验，如图3。
结果发现，对于大多数的刺激情况，时间点的前后差异显著（N Cue:t(18)=2.916;p=0.009;Cohen’s d=0.669；U Cue:t(18)=2.719;p=0.014;Cohen’s d=0.624; N ITI:t(18)=3.215;p=0.005;Cohen’s d=0.738; P ITI:t(18)=2.821;p=0.011;Cohen’s d=0.648; U ITI:t(18)=3.026;p=0.007;Cohen’s d=0.694）。被试主观报告接受刺激后，焦虑程度降低。
图3
惊吓效应
为了量化焦虑增强惊吓效应（APS）和恐惧增强惊吓效应（FPS），创建一种差值算法（APS=U ITI-N ITI; FPS=P Cue-P ITI）。对于APS和FPS结果进行2（刺激：真实刺激 vs. 假刺激）*2（时间点：刺激前 vs. 刺激后）重复测量方差分析。
对于APS，如图4A，刺激与时间点的交互作用显著（f(1,1)=4.988; p=0.039;η2 = 1.672）。同样的，对真实刺激/假刺激和时间点进行了成对样本t检验，结果发现，真实rTMS刺激后，APS显著增强（t(18)=-2.346;p=0.031;Cohen’s d=0.538）。
对于FPS，如图4B，刺激与时间点的交互作用显著（f(1,1)=7.108; p=0.016;η2 = 1.072），对真实刺激/假刺激和时间点进行了成对样本t检验，结果发现，真实刺激后FPS增强，但效果并不显著（t(18)=-1.092;p=0.289;Cohen’s d=0.251）。
图4
04
结论
对健康志愿者的右侧dlPFC进行10Hz的rTMS刺激，能够增强他们的焦虑增强惊吓效应，这为右侧dlPFC和焦虑表达生理机制之间提供了一种新的联系。这些结果支持当前的前额叶不对称情感模型，并且为进一步探索介导焦虑的皮层机制奠定了基础，为焦虑症治疗提供了一个新的方向。