经颅磁刺激左VLPFC或右DLPFC可促进工作记忆中的遗忘

辽宁师范大学的高贺明教授团队再发高分SCI!该团队在Psychological Medicine(IF=5.5)发表了名为 Transcranial magnetic stimulation to left VLPFC or right DLPFC promotes forgetting in working memory 的文章。

一、研究背景
工作记忆(WM)是一种暂时存储和处理有限容量信息的系统,有意遗忘任务相关信息可以减少WM负荷,促进任务相关信息的加工。
一些研究开发了工作记忆导向遗忘(WM - DF)范式,以研究WM中任务相关和任务无关信息的处理方式。受试者被要求记住一些项目,然后给他们一个回忆/遗忘提示,表明这些项目是要记住的(TBR)还是要忘记的(TBF)。结果显示,被试对TBR条目的记忆优于TBF条目,存在DF效应(即指通过主动控制机制在工作记忆中抑制或清除不相关信息的认知过程)。
同时,为了研究前额叶皮层激活对记忆调节的不同影响,采用高频重复经颅磁刺激(rTMS)分别刺激左侧VLPFC(参与思想替代机制)和右侧DLPFC(参与直接抑制过程)。本研究假设使用rTMS激活右侧DLPFC会通过增强直接抑制过程来损害TBF项目的记忆,从而为抑制理论提供支持。


二、研究方法
1、实验程序
受试者进行WM-DF任务的练习(32个试次)。短暂休息(5分钟)后,受试者接受约12.2 min的高频rTMS。之后,受试者执行约45分钟的WM-DF任务。

对于WM-DF任务,每次试验开始时固定500毫秒。然后,在固定的左右两侧分别呈现两个项目,持续1000 ms。在500 ms空白后,在注视的一侧呈现一个提示,持续500 ms。在4000毫秒的空白之后,搜索数组将呈现长达5000毫秒的时间,并在受试者按键后消失。在1000毫秒的空白之后,进行记忆测试,并在2000毫秒进行反应(图1)。正式实验包括240个试次(每种情况40个试次)。每组60个试次后,受试者进行短暂休息(2分钟)。


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图1 实验设计和程序。
注:经颅磁刺激分别作用于左腹外侧前额叶皮层(VLPFC)、右背外侧前额叶皮层(DLPFC)和顶点区。利用SimNIBS软件对模拟电场进行了图示。红色方块在IR条件下作为有意TBR项目,在IF条件下作为替代TBR项目。紫色五角形作为被动TBF或主动TBF项目。

2、WM-DF任务
本研究采用一种改进的WM-DF任务(图1)在这项任务中,受试者最初被要求记住两个项目,其中一个随后被提示在IR(提示记住与任务相关的信息而忘记与任务无关的信息)或IF条件(忘记与任务无关的信息,同时记住与任务有关的信息)下记住或忘记。最终得到了四种类型的项目,即有意TBR和被动TBF(IR条件),替代TBR和主动TBF(IF条件)。(注:红色方块在IR条件下作为有意TBR项目,在IF条件下作为替代TBR项目。紫色五角形作为被动TBF或主动TBF项目。)
然后,通过视觉搜索任务来评估与TBR或TBF项目相关的记忆痕迹强度。在视觉搜索任务中,受试者被要求通过按键盘上的“Z”或“M”键来区分嵌入在物体中的目标黑线的方向(左或右)。根据干扰物匹配类型,将实验分为两类,即干扰物匹配和不匹配实验。在干扰物匹配实验中,搜索数组中的一个对象与记忆项目的颜色和形状都匹配。在干扰物不匹配的实验中,搜索数组中没有一个对象与记忆对象有任何相同的特征。根据线索类型和干扰物匹配类型的组合,得到了6种条件:有意TBR匹配实验、被动TBF匹配实验、替代TBR匹配实验、主动TBF匹配实验、IR不匹配实验和IF不匹配实验。
TBR/TBF项目在搜索数组中充当干扰。与不存在干扰物的情况相比,存在干扰物的情况(与TBR/TBF项目相匹配的干扰物)的反应时更长,说明存在干扰物的注意捕获效应(ACE)(注:指环境中某些突显的、任务无关的刺激自动吸引注意力的心理现象)。干扰物的记忆痕迹越强,ACE的程度越高。

3、记忆测试

在记忆测试中,受试者被要求通过按键盘上的“Z”或“M”来反应所呈现的项目是否与TBR项目相同。记忆测试只测试TBR(有意TBR和替代TBR)项的记忆。


4、TMS刺激方案
使用经颅磁刺激仪(M-100 Ultimate,深圳英智科技有限公司,中国深圳)的八字形线圈(BY-90A)进行10Hz的高频刺激,刺激强度设置为110%的静息运动阈值(RMT)。
线圈的位置根据国际10-20 EEG系统确定,其中F4为右侧DLPFC的位置,F7为左侧VLPFC刺激的位置,Cz代表顶点,由于顶点刺激对正在进行的任务相关过程的影响最小,因此本研究中用作控制条件。
经颅磁刺激分别作用在左腹外侧前额叶皮层(VLPFC)、右背外侧前额叶皮层(DLPFC)和顶点区。利用SimNIBS软件对模拟电场进行了图示(图1)。一共进行了33次刺激,每次持续3秒,每次刺激间隔20s,在12.2 min内的脉冲总数为990次。

5、数据分析
对于视觉搜索任务,分别以搜索类型(有意TBR匹配、被动TBR匹配、替代TBR匹配、主动TBR匹配、IR不匹配和IF不匹配)和刺激位置组(右DLPFC、左VLPFC和顶点)作为被试间因素对搜索精度和logRT进行重复测量方差分析。不同项目类型的ACE是通过从匹配试验中减去不匹配试验的logRT来计算的。
对于ACE,以项目类型(有意TBR、被动TBF、替代TBR和主动TBF)作为被试内变量,以组为被试间变量,进行重复测量方差分析。


三、研究结果
1、视觉搜索任务的结果
对于检索精度,方差分析显示实验类型是主要影响因素。两两比较显示:
(1)与替代TBR匹配和主动TBR匹配实验相比,IF不匹配的准确性更高。
(2)被动TBF匹配试验的准确性高于非IR匹配试验;在有意TBR匹配试验和IR非匹配试验之间没有发现准确性差异。各组主效应和实验类型与组间交互作用均不显著。

简单效应分析显示:
(1)三组中,与IR不匹配的试验(即有意TBR项目的ACE)相比,有意TBR匹配的logRT更长。
(2)在左侧VLPFC组中,被动TBF匹配组的logRT(即被动TBF项目的ACE)比IR不匹配组更长,而在顶点组和右侧DLPFC组中则没有。
(3)与IF不匹配试验相比,三组替代TBR匹配和主动TBF匹配实验(即替代TBR和主动TBF项目的ACE)的logRT均较长。(表1)


ACE项目类型与组交互作用显著。简单效应分析结果表明:
(1)三组TBR(有意TBR和替代TBR)项目的ACE均大于TBF(被动TBF和主动TBF)项目;
(2)顶点组替代TBR的ACE大于有意TBR项目,而右DLPFC组和左VLPFC组的ACE均大于有意TBR项目;顶点组主动TBF的ACE大于被动TBF,但右DLPFC组和左VLPFC组的ACE均大于被动TBF ;
(3)对于有意TBR,与顶点组相比,右侧DLPFC 和左侧VLPFC的ACE均增加。右侧DLPFC组与左侧VLPFC组间无差异;
(4)对于替代TBR,左侧VLPFC组和顶点组的ACE均大于右侧DLPFC组和顶点组。左侧VLPFC与顶点组间无差异;
(5)对于被动TBF,左侧VLPFC与顶点组相比ACE值较大,但与右侧DLPFC组相比ACE值较小,右侧DLPFC与顶点组之间无差异;
(6)与顶点组相比,右侧DLPFC组和左侧VLPFC组的ACE均有所降低。右侧DLPFC组和左侧VLPFC组间无显著差异(图2)。

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表1 不同组中不同搜索类型的平均搜索RT


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图2 在顶点、右侧背外侧前额叶皮层和左侧腹外侧前额叶皮层组中,有意TBR、被动 TBF、替代TBR和主动TBF项目的注意捕获效应(ACE)。


2、记忆测试的结果
在不同条件下,记忆测验的准确率均在93.45%以上。方差分析的结果显示,主效应和项目类型×组交互作用均不显著;这些结果表明,在不同条件下和三组之间,记忆测试的准确性没有显著差异。



四、研究结论
除了右侧DLPFC和顶点组的被动TBF项目外,所有项目类型的反应时都比干扰物匹配实验(即ACE)更长。这些记忆项目作为搜索数组中的干扰物捕获了受试者的注意力,表明这些项目被保存在工作记忆中。更重要的是,与 TBF 项目相比,TBR 项目在所有组中都表现出更高的 ACE 值,这表明 TBR 项目在记忆痕迹方面优于 TBF 项目(即 DF 效应)。这些发现表明,受试者能够根据线索成功地操纵工作记忆中存储的信息。
刺激右DLPFC或左VLPFC能够促进主动遗忘。右侧DLPFC的激活可能会改善主动忘记(TBF)项目的直接抑制,从而促进在涉及明确记忆线索的条件下对要记住(TBR)项目的选择性重复。左侧VLPFC的激活可以改善思维替代过程,在与明确遗忘提示有关的条件下增强对TBR项目的记忆和对TBF项目的记忆抑制。遗忘是一个主动的过程,可以通过非侵入性的大脑刺激来调节。

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