2017年7月19日
本方案展示了如何在斯特恩伯格工作记忆范式期间测量焦虑增强的惊吓反应。
本实验方案的总体目标是通过结合斯特恩伯格工作记忆任务与电击威胁范式,来考察工作记忆过程与焦虑之间的关系。该方法有助于回答关于焦虑与认知之间关系的关键科学问题。该技术的主要优势在于,可将其灵活应用于多种其他认知任务中。
首先将受试者带入测试室。在安放电极之前,清洁受试者的皮肤区域。在左手掌心相距约两厘米处放置两个一次性11毫米银/氯化银电极,用于监测皮肤电导。
接下来,在左手内侧手腕处放置两个一次性11毫米的银/氯化银电极,电极间距约为3厘米,用于施加电刺激。然后,在左臂内侧肘部上方放置一个一次性11毫米的银/氯化银电极,在右锁骨下方放置另一个一次性电极,用于监测心率。将两个4毫米的银/氯化银杯状电极贴附在左侧眼轮匝肌的下侧,以测量惊吓反应。
然后,使用医用胶带固定所有电极。接着,将导线连接到手掌上的电极,并插入生理心理监测设备的皮肤电活动(EDA)通道。将导线连接到手腕上的电极,并插入电刺激装置。
然后,将导联连接到手臂和锁骨处的电极上,并插入生理心理监测设备的心电图(ECG)通道。将连接至眼轮匝肌的杯状电极插入生理心理监测设备的肌电图(EMG)通道。检查EMG电极的阻抗,确保其低于10千欧姆。
最后,通过耳机呈现九次无信号提示的白噪声探测刺激,以使惊吓反应产生习惯化。开始进行电击校准程序时,要求受试者对一系列持续100毫秒的示例性电刺激进行评分,以确定一个令人不悦且不适但不引起疼痛的刺激强度水平。然后使用实验软件向手腕施加一系列持续100毫秒的电击刺激。
每次刺激后,要求参与者口头对每次刺激进行评分,评分范围为1到10分,其中1分表示完全不感到不适,10分表示感到不适但不疼痛。接着,使用电击装置的毫安刻度逐步增加电击强度,并持续进行一系列刺激,直到受试者将刺激强度评为10分。最后,记录该强度值,用于后续实验流程中。
接下来,在实验软件中,将被试编号、平衡条件和运行次数输入到运行框中。然后,点击生理心理监测记录的开始按钮。随后,调整显示器位置,使其位于被试正前方。
在实验软件的提示框中按回车键以开始实验。让受试者完成四轮实验,在每轮实验中,如果字母和位置数字与当前试次序列匹配或不匹配,受试者应分别按下右侧或左侧箭头键。每轮结束后,让受试者口头评定他们在刚刚完成的实验轮次中“安全”和“威胁”阶段的焦虑水平,评分范围为0到10分,其中0分表示完全不焦虑,10分表示极度焦虑。
最后,要求受试者使用初始校准程序中相同的0到10级评分标准,口头评价在上一轮实验中所接受电击的强度。首先打开生理心理学分析软件,准备用于分析的原始肌电(EMG)数据。选择“变换”→“数字滤波器”→“FIR”→“带通”,应用30至300赫兹的数字带通滤波,并对原始EMG通道进行平滑处理。
接下来,选择分析、肌电图和衍生的平均整流肌电图,以对平滑后的肌电图信号进行整流,使用20毫秒的时间窗均值。然后,选择分析、刺激-反应和数字输入至刺激事件,以标记对应于每种试验类型的数字输入的刺激事件。为了提取每个刺激事件周围的眨眼幅度,选择分析、刺激-反应、刺激-反应分析,并指定通道的均值,以在白噪声开始前-50至0毫秒的固定时间窗内提取平均基线活动。
然后,选择分析模块中的“刺激-反应”(Stim-Response),进入“刺激-反应分析”(Stim-Response Analysis),并指定最大通道,以在白噪声刺激 onset 后 20 至 100 毫秒的固定时间窗内识别眨眼的起始点和峰值。最后,检查 EMG 信号中与刺激事件相关的伪迹,并剔除含有伪迹的试验数据。该实验方案可产生三种主要数据类型:准确性、反应时间(RT)以及焦虑增强的惊跳反应(APS)。
在准确性方面,参与者在低负荷试验中的表现通常优于高负荷试验。然而,准确性通常不会因电击威胁的存在与否而发生显著变化。在反应时(RT)方面,参与者在低负荷试验中的反应时通常快于高负荷试验,且在威胁区组中的反应时快于安全区组。
最后,APS 有两个实验性操控因素,即负荷和惊跳刺激的时机。通常情况下,当惊跳探针在维持间隔期间呈现时,参与者在低负荷试次中的 APS 显著大于高负荷试次;然而,当惊跳探针在ITI期间呈现时,该效应不成立。
一旦掌握,若操作得当,该实验可在两小时内完成。在进行此操作时,重要的是要牢记正确清洁并固定电极。在此操作基础上,可调整其他认知任务,以回答更多问题,例如如何启动电击效应对持续性注意力、记忆及编码的影响。
本方案演示了如何在斯特恩伯格工作记忆范式期间测量焦虑增强的惊吓反应,旨在探讨工作记忆过程与焦虑之间的关系。
本方案可实现对认知负荷对焦虑生理影响的机制性探究,有助于神经精神类药物研发中的靶点验证。通过在受控的工作记忆负荷下量化焦虑增强的惊吓反应,该方法为降低靶向中枢神经系统化合物的风险提供了一种可转化的生物标志物。该策略通过将认知调节与情感状态测量相联系,提高了早期药物发现的预测可信度。
将该方法定位为一种发现生物学工具,通过对抗焦虑相关靶点进行机制性去风险化,从而指导先导化合物的识别。