基于β爆發(fā)的時間點(diǎn)對前額皮層進(jìn)行精確干預(yù)可損害動作停止功能

1. 研究背景

先行研究認(rèn)為，人類的行為停止功能依賴于前額葉-基底節(jié)-丘腦皮質(zhì)網(wǎng)絡(luò)，而右下額葉皮質(zhì)（rIFC）在該功能執(zhí)行的早期階段起著關(guān)鍵作用。本研究旨在以健康人群為對象，為該觀點(diǎn)提供因果證據(jù)。

2. 研究方法

2.1 被試

研究共有21名被試，其中女性11人，平均年齡為19 ± 0.4歲。

2.2 實(shí)驗(yàn)任務(wù)

首先白色方形注視點(diǎn)在屏幕中央呈現(xiàn)500 ± 50 ms，隨后出現(xiàn)白色箭頭狀的命令提示：向左的箭頭需要被試伸出右手食指作出按鍵反應(yīng)，而向右的箭頭則需要用小指作出按鍵反應(yīng)。被試需要在命令提示呈現(xiàn)的1s內(nèi)作出反應(yīng)，否則屏幕上就會出現(xiàn)“太慢”的反饋。以上命令提示出現(xiàn)的試次為“Go”試次，占總試次數(shù)的75%。在剩下25%的試次中，白色箭頭會在一定的停止信號延遲（SSD: stop signal delay）后變紅，被試需要克制自己的反應(yīng)。SSD會隨著被試的抑制反應(yīng)的結(jié)果而變化，每當(dāng)抑制成功時，SSD會增加50ms，反之則減少50ms。試次間的間隔為2.5 - 4.5 s。

圖1. Stop Signal Task的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)及TMS刺激模擬畫面

記錄的被試的EMG活動。將停止成功的試次中停止信號出現(xiàn)的時間點(diǎn)與EMG活動開始減弱的時間點(diǎn)之間的時間間隔記為取消時間（CancelTime），作為停止延遲（stopping latency）的指標(biāo)之一。

圖2. CancelTime的界定說明圖

2.2 實(shí)驗(yàn)流程

共有12個block，6個block中施加真實(shí)的TMS刺激，6個block中施加偽裝的TMS刺激，每個block中有96個trial。實(shí)驗(yàn)3個block一組進(jìn)行，兩種刺激條件交替出現(xiàn)。在50%的Go試次和所有的Stop試次中施加TMS刺激，Stop試次中刺激的施加時間為停止信號出現(xiàn)后80ms，Go試次中刺激施加的時間點(diǎn)與最近的Stop試次相同。

2.4 刺激參數(shù)

對被試的右側(cè)島蓋部進(jìn)行3次單脈沖TMS刺激(PowerMag Lab 100, MAG&More GMBH, Munich, Germany)，刺激間隔為5s，刺激強(qiáng)度為120%RMT。

在本研究的其他實(shí)驗(yàn)中，還記錄了被試的腦電信號，確定了β爆發(fā)的開始時間，基本在停止信號出現(xiàn)后125ms之后，因此決定在停止信號出現(xiàn)后80ms時施加TMS刺激，使得刺激能稍早于β爆發(fā)。

3. 研究結(jié)果

當(dāng)施加真實(shí)的TMS刺激時，會顯著增加停止延遲指標(biāo)之一的取消時間。且TMS刺激的施加時間越靠接近取消時間的結(jié)尾，需要的取消時間越長，該相關(guān)關(guān)系顯著。

圖3. a) 相較于偽裝的TMS刺激，真實(shí)的TMS刺激引起的各指標(biāo)的變化比例；b) TMS刺激的施加時間點(diǎn)與取消時間變化比例之間的相關(guān)關(guān)系

4. 結(jié)論

本研究證實(shí)了在β爆發(fā)前施加TMS刺激右側(cè)島蓋部會影響動作停止過程，導(dǎo)致停止延遲期變長。這些結(jié)果有助于驗(yàn)證動作停止的神經(jīng)結(jié)構(gòu)和時間動力學(xué)模型。此外，本研究還強(qiáng)調(diào)了前額葉β爆發(fā)與停止功能的子過程之一——取消時間之間的關(guān)系，該子過程可能有助于解釋個體內(nèi)和個體間沖動控制水平的差異。

5. 文獻(xiàn)名稱及DOI號

Hannah, R., Muralidharan, V., Sundby, K. K., & Aron, A. R. Temporally-precise disruption of prefrontal cortex informed by the timing of beta bursts. Networks, 85, 355-363.

Doi: 10.1016/j.neuroimage.2020.117222