劉 永 陳 紅,3

·研究構(gòu)想(Conceptual Framework)·

超重/肥胖個(gè)體工作記憶的神經(jīng)機(jī)制及干預(yù)*

劉 永1,2陳 紅1,2,3

(1西南大學(xué)心理學(xué)部;2西南大學(xué)認(rèn)知與人格教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;3西南大學(xué)心理學(xué)與社會發(fā)展研究中心, 重慶 400715)

全球超重/肥胖人群增長迅猛, 1997年世界衛(wèi)生組織將肥胖認(rèn)定為全球性流行病。目前, 中國成年人的超重/肥胖發(fā)生率已超過50%, 不健康的飲食行為占肥胖成因的70%。本項(xiàng)目擬從食物特異工作記憶切入, 探明超重/肥胖個(gè)體食物特異工作記憶的神經(jīng)機(jī)制, 以及與一般工作記憶神經(jīng)機(jī)制的差異。再采用前瞻性的研究設(shè)計(jì), 考察食物特異工作記憶與超重/肥胖發(fā)展的漸變關(guān)系, 探索食物特異工作記憶及其神經(jīng)活動對個(gè)體飲食管理和體質(zhì)變化的預(yù)測作用。最后, 采用食物特異抑制控制訓(xùn)練, 提升超重/肥胖個(gè)體的食物特異工作記憶能力, 塑造健康飲食行為。本項(xiàng)目旨在探索塑造健康飲食行為的安全及有效的方法, 為超重/肥胖的預(yù)防和干預(yù)提供理論和實(shí)踐建議, 具有現(xiàn)實(shí)性、前沿性和前瞻性。

工作記憶, 認(rèn)知控制, 超重/肥胖, 認(rèn)知神經(jīng)機(jī)制, 干預(yù)

1 研究意義

我國“十四五”科技規(guī)劃綱要第十三篇《提升國民素質(zhì), 促進(jìn)人的全面發(fā)展》中指出：“廣泛開展全民健身運(yùn)動, 增強(qiáng)人民體質(zhì)”。體質(zhì)健康問題正成為國家和社會重點(diǎn)關(guān)注的問題之一。隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展, 人們物質(zhì)生活水平的迅速提高, 中國人的超重和肥胖發(fā)生率正以令人擔(dān)憂的速度增加。2014年柳葉刀()發(fā)表的關(guān)于中國肥胖現(xiàn)狀與健康關(guān)系的研究報(bào)告顯示, 男性和女性的肥胖發(fā)生率分別為3.8%和5.0%, 肥胖人口僅次于美國(Ng et al., 2014), 2019年中國疾病控制與預(yù)防中心對全國各省份的肥胖發(fā)生率進(jìn)行研究, 發(fā)現(xiàn)成年人全身性肥胖(BMI≥28 kg/m2)的發(fā)生率為14%, 腹部肥胖(男性腰圍≥90 cm; 女性腰圍≥85 cm)的發(fā)生率為31.5% (Meng et al., 2020)。超重/肥胖問題正在給中國的衛(wèi)生系統(tǒng)增加負(fù)擔(dān)。因此, 如何有效控制超重/肥胖的發(fā)生是當(dāng)今中國面臨的一個(gè)嚴(yán)峻而且現(xiàn)實(shí)的問題。健康中國行動推進(jìn)委員會在《健康中國計(jì)劃2020?2030》中明確提出了“合理膳食”行動與“肥胖增長率持續(xù)減緩”的目標(biāo)。合理膳食不僅強(qiáng)調(diào)營養(yǎng)結(jié)構(gòu), 更加側(cè)重健康飲食方式。以往研究顯示肥胖個(gè)體的獎賞相關(guān)腦區(qū)對食物線索有過度激活, 而抑制控制相關(guān)腦區(qū)對食物線索的抑制能力不足(Meng et al., 2020; Stice & Burger, 2019)。系統(tǒng)元分析研究顯示, 肥胖個(gè)體存在普遍的執(zhí)行功能缺陷, 包括抑制控制、工作記憶、認(rèn)知靈活性和決策等, 而超重個(gè)體僅在工作記憶和抑制控制上表現(xiàn)出一定的缺陷(Yang et al., 2018)。所以, 工作記憶和抑制控制可能是檢測體重問題的有效指標(biāo)。

工作記憶是指在短時(shí)間內(nèi)對頭腦中的信息進(jìn)行保持和操作的能力(Diamond, 2013)。工作記憶與成功的自我控制和參與目標(biāo)導(dǎo)向的行為能力密切相關(guān)(Hofmann et al., 2012)。較強(qiáng)的工作記憶能力可以使個(gè)體堅(jiān)持將健康飲食作為長期目標(biāo), 將注意力引導(dǎo)到該目標(biāo)上, 從而抵制短期的誘惑(Dohle et al., 2018)。較強(qiáng)工作記憶與自我報(bào)告食用較多的水果和蔬菜(Allom & Mullan, 2014)以及在實(shí)驗(yàn)任務(wù)中選擇低熱量食物有關(guān)(Whitelock et al., 2018)。所以, 工作記憶在健康飲食行為中起著十分重要的作用。

本項(xiàng)目擬以工作記憶為研究突破口, 聚焦刷新能力, 探明超重/肥胖個(gè)體食物特異工作記憶刷新的神經(jīng)機(jī)制; 并進(jìn)一步通過橫斷和前瞻性研究設(shè)計(jì), 探索食物特異工作記憶刷新及其神經(jīng)基礎(chǔ)與超重/肥胖發(fā)展的漸變關(guān)系; 最后, 采用抑制控制訓(xùn)練, 力圖提升超重/肥胖個(gè)體的食物特異工作記憶刷新能力, 塑造健康飲食行為。本項(xiàng)目具有現(xiàn)實(shí)性、前沿性和前瞻性, 為超重/肥胖的預(yù)防和干預(yù)提供理論和實(shí)踐建議, 對健康中國戰(zhàn)略的順利推進(jìn)有重要的意義。

2 研究現(xiàn)狀及發(fā)展動態(tài)分析

2.1 超重/肥胖個(gè)體的工作記憶

工作記憶是指對頭腦中的信息進(jìn)行保持和操作的能力, 內(nèi)容上分為言語工作記憶和非言語工作記憶, 它對我們理解看似不相關(guān)事物間的聯(lián)系和從整體中分離個(gè)別元素至關(guān)重要(Diamond, 2013)。元分析研究發(fā)現(xiàn), 肥胖會對工作記憶造成損害, 且這種損害具有跨研究的穩(wěn)定性, 而且超重者已表現(xiàn)出工作記憶的受損(Yang et al., 2018), 暗示工作記憶可能是受BMI (Body Mass Index)影響比較靈敏的指標(biāo)。

行為證據(jù)顯示使用多種實(shí)驗(yàn)任務(wù)均發(fā)現(xiàn)超重/肥胖個(gè)體的工作記憶表現(xiàn)顯著差于正常體重個(gè)體(Goldschmidt et al., 2017; Loeber et al., 2012)。關(guān)于工作記憶的事件相關(guān)電位(Event-related potential, ERP)研究主要集中對N2、P3和LPP (Late Positive Potential)等ERP成分的探討。超重/肥胖個(gè)體在食物特異執(zhí)行功能任務(wù)中會誘發(fā)較小的N2, 較大的P3和LPP成分(Liu et al., 2020; Liu, Quan et al., 2019; Liu, Zhao et al., 2019)。此外, 當(dāng)個(gè)體考慮到進(jìn)食高熱量食物的長期結(jié)果時(shí), LPP的振幅則會增大(Meule et al., 2013)。工作記憶任務(wù)中記憶食物線索時(shí)會誘發(fā)較大的P3, LPP和SPCN (Sustained Posterior ContralateralNegativity)反應(yīng), 說明對食物線索的記憶和保持需要分配較多的認(rèn)知資源(Rutters et al., 2015)。食物線索誘發(fā)較大LPP的個(gè)體報(bào)告較多的食物成癮癥狀(Delgado-Rodríguez et al., 2022)。工作記憶的神經(jīng)振蕩研究主要集中對theta (4～8 Hz)、alpha (8～13 Hz)、beta (13～30 Hz)和gamma (>30 Hz)的探討(Miller et al., 2018)。在工作記憶的保持過程中, theta能量隨記憶負(fù)荷的增加而增大, 而且theta能量與記憶的數(shù)量呈正比(Gevins et al., 1997; Raghavachari et al., 2001)。在工作記憶的過程中, alpha節(jié)律主要負(fù)責(zé)抑制無關(guān)刺激的干擾, 隨著工作記憶項(xiàng)目數(shù)量的增加, alpha節(jié)律也會隨之增大, 可能是為了保護(hù)工作記憶目標(biāo)信息免受無關(guān)刺激的干擾(Bonnefond & Jensen, 2012; Jensen et al., 2002; Spitzer et al., 2014)。較低的beta則與工作記憶維持有關(guān)(Kopell et al., 2011; Salazar et al., 2012), 當(dāng)任務(wù)中工作記憶結(jié)束后, 不再要求被試進(jìn)行工作記憶時(shí), 前額葉皮層的beta增大(Lundqvist et al., 2018)。Beta與信息的自上而下的加工和抑制有關(guān), 且beta位于深部腦區(qū)(Miller et al., 2018)。Gamma位于大腦表層腦區(qū), 反映自下而上的信息加工, 與工作記憶中信息輸入的保持有關(guān)。研究顯示gamma、alpha和beta振蕩與感覺皮層和額頂網(wǎng)絡(luò)信息傳遞過程的關(guān)系, 對揭示工作記憶的神經(jīng)機(jī)制起關(guān)鍵的作用(庫逸軒, 2019)。然而, 對超重/肥胖個(gè)體工作記憶(尤其食物特異工作記憶)神經(jīng)振蕩的研究較少。

功能核磁共振(fMRI)研究發(fā)現(xiàn)工作記憶主要依賴于前額葉皮層以及頂葉區(qū), 這些區(qū)域的激活有助于特定內(nèi)容的保持和加工(Cohen et al., 1997; Lamichhane et al., 2020; Li et al., 2017; Miller & Cohen, 2001; Perlstein et al., 2003)。研究發(fā)現(xiàn)后頂葉皮層(posterior parietal cortex)和額葉皮層(prefrontal cortex)分別參與視覺工作記憶中的注意范圍和注意控制, 強(qiáng)調(diào)了額葉和頂葉在視覺工作記憶中的分離作用(Li et al., 2017)。在工作記憶更新任務(wù)中, 超重/肥胖個(gè)體表現(xiàn)出更長的反應(yīng)時(shí)長和更低的正確率, 其右背外側(cè)前額皮層(DLPFC)活動和BMI成正相關(guān), 說明超重/肥胖個(gè)體更差的工作記憶更新表現(xiàn)可能與減弱的抑制控制能力有關(guān)(Stingl et al., 2012)。在執(zhí)行功能任務(wù)中, 超重/肥胖個(gè)體外側(cè)前額葉皮層、腹外側(cè)前額皮層、內(nèi)側(cè)前額皮層、額上回和額中回等控制相關(guān)腦區(qū)的的激活較低(Batterink et al., 2010; Janssen et al., 2017)。當(dāng)超重/肥胖個(gè)體觀看不健康食物廣告時(shí), 其雙側(cè)額中皮層和額下皮層的激活較低, 說明超重/肥胖個(gè)體更易受廣告等誘惑的影響(Bruce et al., 2013)。在靜息狀態(tài)下超重/肥胖個(gè)體右側(cè)角回的活動顯著小于正常體重個(gè)體, 而且超重/肥胖個(gè)體右側(cè)角回與左中側(cè)顳葉皮層的功能連接也顯著小于正常體重個(gè)體(Zhao et al., 2022)。

目前對超重/肥胖個(gè)體工作記憶的研究較多圍繞一般刺激的工作記憶開展, 且有相對統(tǒng)一的結(jié)論：超重/肥胖個(gè)體一般刺激的工作記憶存在普遍下降。但是針對超重/肥胖個(gè)體食物特異的工作記憶研究則相對缺乏。研究顯示得到更多注意的線索, 其工作記憶則較弱(Fu et al., 2021)。由于超重/肥胖個(gè)體對食物線索需要分配更多的注意和認(rèn)知資源, 所以超重/肥胖個(gè)體的食物特異工作記憶是否比一般刺激的工作記憶受損更嚴(yán)重？此外, 現(xiàn)存研究多為行為實(shí)驗(yàn), 超重/肥胖個(gè)體食物特異的工作記憶的神經(jīng)機(jī)制、神經(jīng)基礎(chǔ)還屬于未知。因此, 本項(xiàng)目的第一部分?jǐn)M采用橫斷研究設(shè)計(jì), 結(jié)合腦電技術(shù)從時(shí)間動態(tài)和神經(jīng)振蕩的視角重點(diǎn)探討超重/肥胖個(gè)體食物特異工作記憶刷新的神經(jīng)電生理機(jī)制, 并比較超重/肥胖個(gè)體一般刺激和食物特異的工作記憶刷新是否具有相同的行為和神經(jīng)模式。

2.2 工作記憶對飲食行為和體重管理的預(yù)測

工作記憶刷新是飲食行為的關(guān)鍵因素之一, 有助于個(gè)體堅(jiān)持健康飲食等長期目標(biāo), 從而抵制與長期目標(biāo)不一致的短期愿望。高工作記憶刷新能力可以使個(gè)體有效地表征一個(gè)給定的長期目標(biāo), 通過保持目標(biāo)相關(guān)信息或抑制與長期目標(biāo)不一致的信息, 將注意力從誘人的刺激物轉(zhuǎn)移。所以, 在誘惑的環(huán)境下, 如果長期目標(biāo)得到“保護(hù)”, 誘惑的欲望則會得到有效的下調(diào)(Dohle et al., 2018; Hofmann et al., 2008)。一般線索的視覺空間工作記憶廣度越大, 節(jié)食個(gè)體高熱量食物攝入的比例就越低(Whitelock et al., 2018), 說明一般工作記憶可以促進(jìn)節(jié)食個(gè)體的飲食管理。在有健康飲食目標(biāo)的個(gè)體中, 工作記憶刷新信息的能力與更頻繁地食用水果和蔬菜的健康長期結(jié)果有關(guān)(Allom & Mullan, 2014)。所以, 較強(qiáng)的工作記憶刷新能力可能會促進(jìn)健康飲食行為的養(yǎng)成。因此, 本項(xiàng)目中我們重點(diǎn)考察工作記憶刷新能力(采用n-back任務(wù))與飲食行為的關(guān)系。

Lopez等人使用前瞻性的研究方法, 探索腦區(qū)活動對個(gè)體飲食管理的預(yù)測作用。節(jié)食者完成食物線索的核磁掃描后, 在未來一周里對被試的飲食管理進(jìn)行經(jīng)驗(yàn)抽樣調(diào)查, 每天隨機(jī)選取7個(gè)時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行調(diào)查, 主要對被試當(dāng)前的食物渴求、抵制渴求的程度和進(jìn)食量等進(jìn)行調(diào)查。研究發(fā)現(xiàn)較強(qiáng)獎賞腦區(qū)活動(伏隔核)預(yù)測較差的飲食管理, 而較強(qiáng)的控制腦區(qū)活動(額下回)預(yù)測較成功的飲食管理, 說明獎賞和控制的神經(jīng)活動在現(xiàn)實(shí)生活的誘惑體驗(yàn)中有重要的作用(Lopez et al., 2017; Lopez et al., 2014; Lopez et al., 2016)。對食物線索自上而下的注意可以預(yù)測個(gè)體未來一年體重的變化(Kaisari et al., 2019)。腦島、腹側(cè)被蓋區(qū)、殼核和梭狀回等獎賞相關(guān)腦區(qū)較大的激活預(yù)測超重/肥胖個(gè)體9個(gè)月后較低的體重維持成功率(Murdaugh et al., 2012)。杏仁核和眶額葉皮層等腦區(qū)的活動也可以預(yù)測超重/肥胖個(gè)體未來的體重變化(Killgore et al., 2013; Yokum et al., 2011)。

本項(xiàng)目第二部分使用前瞻性的研究設(shè)計(jì), 從空間大腦激活的視角考察食物特異工作記憶刷新能力及其神經(jīng)基礎(chǔ)與個(gè)體飲食管理和體質(zhì)變化之間的漸變關(guān)系, 探討食物特異工作記憶刷新能力及其神經(jīng)基礎(chǔ)對個(gè)體飲食管理和體質(zhì)變化的預(yù)測作用。

2.3 抑制控制、工作記憶和飲食行為

抑制控制是指個(gè)體抑制自身優(yōu)勢反應(yīng)的一種能力。抑制控制涉及控制個(gè)體的注意、行為、思想或情緒的能力。如果沒有抑制控制, 我們將更加沖動(Diamond, 2013)。此外, 抑制控制有利于工作記憶, 當(dāng)多個(gè)想法或事實(shí)需要同時(shí)陳述時(shí), 就需要把所有的信息進(jìn)行重組, 使用創(chuàng)新的方法進(jìn)行表述。當(dāng)關(guān)注自己關(guān)心的問題時(shí), 就需要抑制內(nèi)外界其他信息的干擾(Allom & Mullan, 2014)。抑制控制可以通過抑制外界想法(抑制不相關(guān)的信息進(jìn)入工作記憶空間中), 也可以通過刪除工作空間中不再有用的信息, 使我們的心理工作空間(mental workspace)保持干凈(Zacks & Hasher, 2006; Hasher & Zacks, 1988)。工作記憶的個(gè)體差異主要反映了個(gè)體控制能力的不同(Barrett et al., 2004; Engle, 2018)。工作記憶與抑制特定信息的能力有關(guān), 這種抑制能力直接決定了復(fù)雜工作記憶任務(wù)的表現(xiàn)(Gazzaley et al., 2005; Vogel et al., 2005), 如果不能有效抑制任務(wù)無關(guān)信息的表征, 工作記憶任務(wù)的表現(xiàn)將受到嚴(yán)重?fù)p害(Gazzaley et al., 2005)。

一項(xiàng)元分析綜述了66項(xiàng)獨(dú)立實(shí)驗(yàn), 覆蓋5787人的數(shù)據(jù), 考察認(rèn)知訓(xùn)練對個(gè)體飲食行為和體重的影響。結(jié)果顯示抑制控制訓(xùn)練(如, 對食物刺激的go/no-go訓(xùn)練)可以有效改善個(gè)體的飲食行為(Yang et al., 2019)。抑制控制訓(xùn)練還可以降低個(gè)體的食物渴求, 食物特異的抑制控制訓(xùn)練可以促進(jìn)對不想要的食物相關(guān)沖動的抑制控制。例如, Houben等人(2015)將被試隨機(jī)分配到食物no-go訓(xùn)練和食物go訓(xùn)練中, 研究發(fā)現(xiàn)食物no-go訓(xùn)練可以顯著降低個(gè)體的進(jìn)食渴望(Houben & Jansen, 2015)。采用食物特異的抑制控制訓(xùn)練和一般刺激的抑制控制訓(xùn)練(每天約10分鐘, 連續(xù)干預(yù)1周)對失敗限制性飲食個(gè)體進(jìn)行干預(yù)發(fā)現(xiàn), 食物特異的抑制控制訓(xùn)練可以顯著降低失敗限制性飲食個(gè)體的對不健康食物的選擇頻率以及對不健康食物自我報(bào)告的吸引力和喜愛程度(劉豫等, 2017)。

由于抑制控制可以有效促進(jìn)工作記憶, 而且食物特異抑制控制訓(xùn)練可以改善個(gè)體的飲食行為。因此, 本項(xiàng)目的第三部分?jǐn)M采用食物特異抑制控制訓(xùn)練的方法, 對超重/肥胖個(gè)體進(jìn)行干預(yù)訓(xùn)練, 以期增強(qiáng)超重/肥胖個(gè)體的食物特異工作記憶, 促進(jìn)其健康飲食行為的養(yǎng)成。

3 問題提出

本項(xiàng)目擬從工作記憶的視角理解超重/肥胖執(zhí)行功能的損傷, 并以此為靶點(diǎn)通過食物抑制控制訓(xùn)練改善超重/肥胖個(gè)體的食物特異工作記憶刷新能力, 從而塑造健康的飲食方式。圍繞此提出以下問題：

第一, 目前關(guān)于超重/肥胖個(gè)體工作記憶的研究大多數(shù)是行為層面的, 仍不清楚超重/肥胖個(gè)體工作記憶刷新的認(rèn)知神經(jīng)機(jī)制。此外, 以往研究主要關(guān)注一般刺激的工作記憶, 食物線索對超重/肥胖個(gè)體工作記憶影響如何尚未探明？一般刺激和食物特異工作記憶刷新在超重/肥胖個(gè)體中是否表現(xiàn)出相同的行為和神經(jīng)模式？基于此問題, 本項(xiàng)目擬首先解決的關(guān)鍵科學(xué)問題是探明超重/肥胖個(gè)體工作記憶刷新的認(rèn)知神經(jīng)機(jī)制。

第二, 一般線索的視覺空間工作記憶廣度越大, 節(jié)食個(gè)體高熱量食物攝入的比例就越低(Whitelock et al., 2018), 說明一般工作記憶可以促進(jìn)節(jié)食個(gè)體的飲食管理。那么食物特異的工作記憶刷新如何影響超重/肥胖個(gè)體未來的飲食管理呢？食物特異的工作記憶刷新又能否預(yù)測超重/肥胖個(gè)體的體質(zhì)變化呢？基于此, 本項(xiàng)目擬解決的第二個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問題是刻畫食物特異工作記憶刷新及其腦活動與超重/肥胖發(fā)展的漸變關(guān)系。

第三, 食物特異的抑制控制訓(xùn)練可以顯著降低失敗限制性飲食個(gè)體的對不健康食物的選擇頻率以及對不健康食物自我報(bào)告的吸引力和喜愛程度(劉豫等, 2017)。抑制控制可以促進(jìn)工作記憶刷新, 那么食物特異的抑制控制訓(xùn)練是否可以顯著提高超重/肥胖個(gè)體食物特異工作記憶刷新, 促進(jìn)其健康飲食行為的養(yǎng)成?；诖? 本項(xiàng)目擬解決的最后一個(gè)關(guān)鍵科學(xué)問題是從食物特異工作記憶刷新的視角, 探討超重/肥胖問題的有效干預(yù)技術(shù)和方法。

綜上, 本項(xiàng)目圍繞“超重/肥胖個(gè)體食物特異工作記憶”展開。研究包含三個(gè)部分。本項(xiàng)目使用n-back任務(wù), 聚焦工作記憶刷新能力。第一部分采用腦電技術(shù)從時(shí)間動態(tài)和神經(jīng)振蕩視角考察超重/肥胖個(gè)體一般和食物特異工作記憶刷新的神經(jīng)電生理機(jī)制, 并探討超重/肥胖個(gè)體一般和食物特異工作記憶刷新是否具有相同的行為和神經(jīng)模式; 在此基礎(chǔ)上, 第二部分采用功能磁共振技術(shù)(fMRI)從大腦空間激活的視角探索食物特異工作記憶刷新及其神經(jīng)基礎(chǔ)與個(gè)體飲食管理和體質(zhì)變化間的漸變關(guān)系; 第三部分基于食物特異抑制控制訓(xùn)練, 以工作記憶為靶點(diǎn), 從應(yīng)用的視角探索食物特異抑制控制訓(xùn)練對超重/肥胖個(gè)體食物特異工作記憶刷新的有效提升作用, 以期為超重/肥胖問題的有效干預(yù)提供科學(xué)和實(shí)踐基礎(chǔ), 明確其轉(zhuǎn)化的應(yīng)用價(jià)值。本項(xiàng)目的研究設(shè)計(jì)環(huán)環(huán)相扣, 研究邏輯層層遞進(jìn)。

4 研究構(gòu)想

本項(xiàng)目擬以工作記憶為研究的突破口, 采用橫斷研究、前瞻性研究和干預(yù)研究相結(jié)合的研究設(shè)計(jì), 聚焦工作記憶刷新, 分別從時(shí)間動態(tài)和神經(jīng)振蕩、大腦空間激活和應(yīng)用的視角開展研究, 旨在：(1)揭示超重/肥胖個(gè)體食物特異工作記憶刷新的認(rèn)知神經(jīng)機(jī)制; (2)揭示食物特異工作記憶刷新及其神經(jīng)活動與個(gè)體飲食管理和體質(zhì)變化間的漸變關(guān)系; (3)探索食物特異抑制控制訓(xùn)練對超重/肥胖個(gè)體食物特異工作記憶刷新的有效提高, 塑造其健康飲食行為習(xí)慣。具體開展以下三個(gè)部分的研究內(nèi)容, 總體框架如圖1所示：

4.1 超重/肥胖個(gè)體工作記憶的神經(jīng)電生理活動

研究1采用腦電技術(shù)從時(shí)間動態(tài)和神經(jīng)振蕩的視角旨在探明超重/肥胖個(gè)體工作記憶刷新的神經(jīng)電生理活動。擬探明超重/肥胖個(gè)體工作記憶刷新的認(rèn)知神經(jīng)機(jī)制。該部分包含1個(gè)腦電實(shí)驗(yàn)(方案1), 采用一般刺激的2-back任務(wù)和食物特異的2-back任務(wù), 考察超重/肥胖個(gè)體一般和食物特異工作記憶刷新的大腦活動時(shí)程特點(diǎn), 并進(jìn)一步探討超重/肥胖個(gè)體一般和食物特異工作記憶刷新是否具有相同的行為和神經(jīng)模式。本研究采用2 (被試類型：超重/肥胖個(gè)體和正常體重個(gè)體) × 3 (刺激類型：高熱量、低熱量食物圖片和一般刺激)混合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。其中被試類型為組間變量, 刺激類型為組內(nèi)變量。食物特異2-back任務(wù)中的高低熱量食物圖片選取自本團(tuán)隊(duì)開發(fā)的食物圖片庫(下同, Kong et al., 2015; Liu, Quan et al., 2019; Liu et al., 2020)。食物2-back任務(wù)前后, 要求所有被試對食物圖片的愉悅度(liking)和渴望度(wanting)進(jìn)行5點(diǎn)主觀評定, 此為了控制任務(wù)前后被試的食物愉悅度和渴望度。本研究假設(shè)超重/肥胖個(gè)體在工作記憶任務(wù)中的表現(xiàn)顯著差于正常體重個(gè)體, 其神經(jīng)表征可能是N2振幅、P3振幅以及theta, alpha能量等的變化。另外, 由于食物的獎賞效應(yīng), 超重/肥胖個(gè)體一般和食物特異工作記憶刷新可能具有不同的神經(jīng)模式。

圖1 本項(xiàng)目框架圖

4.2 食物特異工作記憶及其腦活動與超重/肥胖發(fā)展的漸變關(guān)系

研究2從大腦激活的視角探討食物特異工作記憶刷新及其腦活動與超重/肥胖發(fā)展的漸變關(guān)系。本研究綜合橫斷和前瞻性設(shè)計(jì)并采用fMRI技術(shù), 包含2個(gè)實(shí)驗(yàn)。方案2探討食物特異工作記憶刷新及其腦活動對超重/肥胖個(gè)體飲食管理的預(yù)測作用。方案3探討食物特異工作記憶刷新及其腦活動對超重/肥胖個(gè)體體質(zhì)變化的預(yù)測效應(yīng)。本研究的橫斷面采用2 (被試類型：超重/肥胖個(gè)體和正常體重個(gè)體) × 2 (刺激類型：高熱量和低熱量食物圖片)混合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。其中被試類型為組間變量, 刺激類型為組內(nèi)變量。本研究結(jié)合抑制控制能力改編食物1-back任務(wù), 該任務(wù)不僅需要被試的工作記憶刷新能力, 還需要涉及抑制控制能力。在本任務(wù)中, 要求被試對出現(xiàn)的刺激進(jìn)行盡快按鍵反應(yīng)(背景任務(wù)), 如果當(dāng)前試次出現(xiàn)的刺激與上一試次的刺激完全相同, 則需要被試抑制自己的反應(yīng)(記憶任務(wù))。工作記憶刷新任務(wù)的前后要求被試對食物圖片進(jìn)行愉悅度(liking)和渴望度(wanting)的評定。橫斷任務(wù)完成后, 對被試的飲食行為進(jìn)行為期一周的跟蹤調(diào)查, 每天隨機(jī)向被試發(fā)放7次有關(guān)飲食管理的問題, 收集被試的飲食管理情況。實(shí)驗(yàn)完成6個(gè)月后, 再次邀請所有被試到實(shí)驗(yàn)室, 測量和收集被試的人體成分信息(BMI、腰臀比和體脂率等)。本研究假設(shè)超重/肥胖個(gè)體的工作記憶任務(wù)刷新表現(xiàn)差于正常體重個(gè)體, 且較好的食物特異工作記憶刷新可以預(yù)測較成功的飲食管理和較小的BMI和腰臀比等。另外, 與正常體重個(gè)體相比, 超重/肥胖個(gè)體控制相關(guān)腦區(qū)的激活較小, 但是獎賞相關(guān)腦區(qū)激活較大。食物特異工作記憶任務(wù)中控制相關(guān)腦區(qū)較大的激活可以預(yù)測較成功的飲食管理和較小的BMI、腰臀比等, 食物特異工作記憶刷新任務(wù)中獎賞相關(guān)腦區(qū)較大的激活則預(yù)測不成功的飲食管理和較大的BMI、腰臀比等。

4.3 超重/肥胖個(gè)體食物特異工作記憶的干預(yù)研究

在前兩個(gè)研究的基礎(chǔ)上, 研究3從應(yīng)用視角擬探索超重/肥胖問題的有效干預(yù)技術(shù)和方法。采用食物抑制控制訓(xùn)練(方案4), 并結(jié)合fMRI技術(shù), 重點(diǎn)考察食物特異抑制控制訓(xùn)練對超重/肥胖個(gè)體食物特異工作記憶刷新的有效提升作用。采用2(被試分組：食物特異抑制控制訓(xùn)練組和一般抑制控制訓(xùn)練組) × 2(測試：前測和后測) × 2(刺激：高熱量和低熱量食物圖片)的混合實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。其中被試分組為組間變量, 測試和刺激為組內(nèi)變量。本研究的任務(wù)同研究2部分(食物1-back任務(wù))。食物特異抑制控制訓(xùn)練采用食物go/no-go任務(wù), go刺激為花朵圖片, no-go刺激為高熱量食物圖片, 要求被試看到花朵圖片時(shí)立即進(jìn)行按鍵反應(yīng), 看到高熱量食物圖片時(shí)抑制自己的反應(yīng)。一般抑制控制訓(xùn)練采用輔音字母“M”和“W”。要求被試看到“M”時(shí)進(jìn)行盡快按鍵反應(yīng)(go), 看到“W”則抑制自己的按鍵反應(yīng)。該任務(wù)其他設(shè)置與食物特異抑制控制訓(xùn)練相同。本研究假設(shè)一般抑制控制訓(xùn)練和食物特異抑制控制訓(xùn)練均可以顯著改善超重/肥胖個(gè)體食物特異工作記憶表現(xiàn), 但是食物特異抑制控制訓(xùn)練的效果較好。一般抑制控制訓(xùn)練和食物特異抑制控制訓(xùn)練均可增強(qiáng)超重/肥胖個(gè)體在食物特異工作記憶中涉及到的控制相關(guān)腦區(qū)的活動, 但是兩種訓(xùn)練對神經(jīng)活動可能具有不同的影響。

5 理論建構(gòu)

以往圍繞工作記憶開展的研究大多是行為層面的, 且較多關(guān)注一般工作記憶(Goldschmidt et al., 2017; Wu et al., 2016; Yau et al., 2014)。超重/肥胖個(gè)體食物特異的工作記憶的表現(xiàn)如何？超重/肥胖個(gè)體一般和食物特異的工作記憶是否具有相同的行為和神經(jīng)模式。因此, 本項(xiàng)目從工作記憶的視角理解超重/肥胖執(zhí)行功能的損傷, 探討超重/肥胖個(gè)體食物工作記憶的神經(jīng)機(jī)制及干預(yù)。以工作記憶為靶點(diǎn)通過食物抑制控制訓(xùn)練改善超重/肥胖個(gè)體的食物特異工作記憶能力, 從而塑造健康的飲食方式。

圍繞這一研究主題與目的, 本項(xiàng)目設(shè)計(jì)了三個(gè)部分的研究。首先, 明確超重/肥胖個(gè)體一般和食物特異工作記憶的表現(xiàn)及其神經(jīng)模式?；谶@一研究目的, 研究擬采用一般刺激的n-back任務(wù)和食物特異n-back任務(wù), 考察超重/肥胖個(gè)體一般工作記憶和食物特異工作記憶的大腦活動時(shí)程和神經(jīng)振蕩特點(diǎn), 并進(jìn)一步探討超重/肥胖個(gè)體一般工作記憶和食物特異工作記憶是否具有相同的行為和神經(jīng)模式。我們預(yù)期超重/肥胖個(gè)體執(zhí)行一般工作記憶和食物特異工作記憶的能力差于正常體重個(gè)體; 基于申請人以往關(guān)于超重/肥胖個(gè)體食物模式的研究(Liu et al., 2020; Liu, Quan et al., 2019; Liu, Zhao et al., 2019), 由于食物具有獎賞效應(yīng), 所以超重/肥胖個(gè)體一般和食物特異的工作記憶可能具有不同的神經(jīng)模式。研究1作為整個(gè)項(xiàng)目的基礎(chǔ), 不僅證明超重/肥胖個(gè)體工作記憶能力的降低, 而且初步探究一般和食物特異工作記憶的神經(jīng)模式。通過研究1, 本項(xiàng)目擬探明超重/肥胖個(gè)體工作記憶的認(rèn)知神經(jīng)機(jī)制。

其次, 考察工作記憶及其神經(jīng)基礎(chǔ)與個(gè)體飲食管理和體質(zhì)變化之間的漸變關(guān)系, 探討食物工作記憶及其神經(jīng)基礎(chǔ)對個(gè)體飲食管理和體質(zhì)變化的預(yù)測作用。以往研究顯示腦區(qū)活動可以預(yù)測個(gè)體未來的飲食管理, 而且對食物線索的注意可以預(yù)測個(gè)體未來的體重變化(Kaisari et al., 2019; Lopez et al., 2014; Lopez et al., 2016)。研究2擬結(jié)合橫斷和前瞻性的研究設(shè)計(jì), 采用改編的食物特異工作記憶任務(wù)(食物1-back)重點(diǎn)考察食物工作記憶及其誘發(fā)的腦活動對個(gè)體未來飲食管理和體重變化的預(yù)測作用。我們預(yù)期超重/肥胖個(gè)體在執(zhí)行復(fù)雜1-back任務(wù)中的表現(xiàn)仍然差于正常體重個(gè)體, 且較好的食物特異工作記憶能力可以預(yù)測較成功的飲食管理和較小的BMI和腰臀比等; 此外, 與正常體重個(gè)體相比, 超重/肥胖個(gè)體控制相關(guān)腦區(qū)的激活較小, 但是獎賞相關(guān)腦區(qū)激活較大; 食物特異工作記憶任務(wù)中控制相關(guān)腦區(qū)較大的激活可以預(yù)測較成功的飲食管理和較小的BMI、腰臀比等。然而, 食物特異工作記憶任務(wù)中獎賞相關(guān)腦區(qū)較大的激活則預(yù)測不成功的飲食管理和較大的BMI、腰臀比等。通過研究2, 本項(xiàng)目擬刻畫食物特異工作記憶及其腦活動與超重/肥胖發(fā)展的漸變關(guān)系。

抑制控制訓(xùn)練可以有效改善個(gè)體的飲食行為, 降低個(gè)體的食物渴求, 食物特異的抑制控制訓(xùn)練可以促進(jìn)對不想要食物相關(guān)沖動的抑制控制(Houben & Jansen, 2015; Yang et al., 2019)。食物特異抑制控制訓(xùn)練還可以顯著降低節(jié)食個(gè)體對不健康食物的選擇頻率及對不健康食物自我報(bào)告的吸引力和喜愛程度(劉豫等, 2017)。因此, 研究3采用抑制控制訓(xùn)練, 并結(jié)合fMRI技術(shù), 重點(diǎn)考察食物特異抑制控制訓(xùn)練對超重/肥胖個(gè)體食物特異工作記憶的有效提升效應(yīng)及其潛在的神經(jīng)基礎(chǔ)。我們預(yù)期一般抑制控制訓(xùn)練和食物特異抑制控制訓(xùn)練均可以顯著改善超重/肥胖個(gè)體食物特異工作記憶表現(xiàn), 但是食物特異抑制控制訓(xùn)練的效果較好。此外, 食物特異抑制控制訓(xùn)練可以促進(jìn)超重/肥胖個(gè)體較健康的食物選擇; 一般抑制控制訓(xùn)練和食物特異抑制控制訓(xùn)練均可增強(qiáng)超重/肥胖個(gè)體在食物特異工作記憶中涉及到的控制相關(guān)腦區(qū)的活動, 但是兩種訓(xùn)練對神經(jīng)模式可能具有不同的影響。通過研究3, 本項(xiàng)目擬探索超重/肥胖問題有效的干預(yù)技術(shù)和方法。

綜上, 本項(xiàng)目聚焦食物特異工作記憶, 從行為層面深入到神經(jīng)機(jī)制層面, 同時(shí)考察超重/肥胖個(gè)體認(rèn)知加工時(shí)程的動態(tài)特征和大腦激活區(qū)域的空間特征, 為澄清超重/肥胖個(gè)體的認(rèn)知行為模式和神經(jīng)心理機(jī)制, 提供更加可靠的證據(jù); 探討食物特異工作記憶及其腦活動與超重/肥胖發(fā)展的漸變關(guān)系, 以期更完整地理解超重/肥胖個(gè)體的認(rèn)知神經(jīng)機(jī)制, 為建立更為完整的超重/肥胖個(gè)體的神經(jīng)心理的理論模型提供證據(jù); 并采用抑制控制訓(xùn)練干預(yù)超重/肥胖, 為肥胖問題的有效解決提供實(shí)踐基礎(chǔ), 將基礎(chǔ)研究成果創(chuàng)新性轉(zhuǎn)化。

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Neural mechanism of food-related working memory in individuals with overweight/obesity and related intervention

LIU Yong1,2, CHEN Hong1,2,3

(1School of Psychology, Southwest University;2Key Laboratory of Cognition and Personality (Ministry of Education), Southwest University;3Research Center of Psychology and Social Development, Faculty of Psychology, Southwest University, Chongqing 400715, China)

Overweight/obesity is rapidly increasing globally, and the World Health Organization identified obesity as a global epidemic in 1997. Currently, the prevalence of overweight and obesity among Chinese adults has exceeded 50%, while unhealthy eating habits account for 70% of the cause. The project aims to explore food-related working memory in overweight/obesity individuals. The project will explore the neural mechanism of food-related working memory in individuals with overweight/obesity and examine potential differences in the neural pattern between general working memory and food-related working memory. Secondly, we will examine the co-changing relationship between food-related working memory and overweight/obesity using a prospective design. More specifically, to investigate the predictive role of food-related working memory and related neural activities on individuals’ dietary management and physical health. Finally, the project will utilize food-related inhibition training to improve food-related working memory and foster healthy eating behaviors in individuals with overweight/obesity. This project aims to explore a safe and effective method for developing healthy eating behavior, which is both realistic and foreseeable, while providing theoretical and practical suggestions for the prevention and intervention of overweight/obesity.

working memory, cognitive control, overweight/obesity, cognitive neural mechanism, intervention

2023-03-06

* 國家自然科學(xué)基金青年項(xiàng)目(32200849)。

劉永, E-mail: liuy0768@swu.edu.cn

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