遼寧師范大學的高賀明團隊在Journal of Cognitive Neuroscience發表了名為 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

壓力會影響執行控制，迫使注意力轉向與壓力有關的信息。左側DLPFC（背外側前額葉）在保持工作記憶中的行為目標和協調必要的神經網絡來處理目標相關信息方面發揮著重要作用，因此，在壓力調節和注意力控制中起著至關重要的作用。

以往的研究已經發現，左側DLPFC是無創腦刺激的目標區域，刺激DLPFC不僅可以減弱壓力反應，還可以增強認知控制。本研究使用rTMS來探索左側DLPFC激活是否可以增強壓力調節和注意控制。

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-特質焦慮量表(SAI)評估受試者的情緒狀態和焦慮水平。同時進行腦電圖準備。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）數據。接下來休息10 min（rest 1），在這個階段對受試者進行重復經顱磁刺激，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，每個大約持續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問卷調查（T6）。

圖1 實驗過程

特里爾社會壓力任務

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

在壓力組的TSST任務中，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分鐘的準備時間。演講結束以后，受試者需要花5分鐘完成一個計算任務。

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

額外獨特刺激任務

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

如圖2B所示，每個搜索陣列由10個環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，所有的刺激都呈現在黑色背景上。目標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。

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

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

圖2 額外獨特刺激任務和TMS電場示意圖

ERP數據分析

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

N2pc是指在視覺搜索任務中，當目標刺激出現在視野的一側時，大腦對側后部區域（通常是枕葉和頂葉）在刺激呈現后約200-300毫秒（ms）出現的一個負向腦電成分。通常與選擇性注意、空間注意等能力有關。

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

RTAC效應分析

RTAC效應即反應時的的注意捕獲效應，是指在實驗任務中，由于干擾刺激自動吸引了注意，導致被試對目標刺激的反應時延長，這種現象反映了注意系統的自動性和選擇性。RTAC效應是通過從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任務結束之后，在rest 1階段對受試者進行重復經顱磁刺激。分別在控制頂葉組（完成控制組的TSST任務并進行頂葉rTMS）和壓力頂葉組（完成壓力組的TSST任務并進行頂葉rTMS）的頂葉區域和壓力DLPFC組（完成壓力組的TSST任務并進行左背外側前額葉rTMS）的左DLPFC進行重復經顱磁刺激。

使用經顱磁刺激儀（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，靜息運動閾值設置為110%。

本研究使用的rTMS方案內容如下：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。根據國際10-20系統，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、研究結果

1、行為學的結果

如圖3所示，壓力DLPFC組的RT（反應時）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效應高于控制頂葉組（p = 0.008），壓力DLPFC組RTAC效應低于壓力頂葉組（p = 0.024），而壓力DLPFC組與對照頂葉組RTAC效應無顯著性差異（p = 0.681）。

圖3 不同條件下的RTAC效應。

2、ERP的結果

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條件中的對側或同側的目標或在LD-VT試驗中的干擾刺激的ERP。負值向上，刺激發生在0毫秒，并以y軸為索引。

3、其他結果

對于N2pc效應，如圖5所示，壓力頂葉組的N2pc效應強度在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效應顯著增加（p < 0.001），而LD-VT條件中N2pc效應不顯著（p = 0.090）。

與其他各條件相比，LT-CD條件N2pc效應的強度降低（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（ERP同側減去ERP對側）的大小。

四、研究結論