在压力之下:那些容易出现认知失误的人会出现持续的交感神经兴奋

《Biological Psychology》:Under Pressure: Sustained Sympathetic Arousal in Those Prone to Cognitive Failures

【字体: 时间:2026年02月19日 来源:Biological Psychology 2.9

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  本研究通过多源干扰任务(MSIT)探究了dACC血氧水平依赖响应与皮肤电导水平(SCL)的关系,发现认知失败频率高的人群在任务后SCL恢复能力较差,且dACC响应与SCL呈正相关,提示交感神经激活可能作为认知失败的心理生理学指标。

  
罗杰·C·麦金托什 | 玛丽亚·迪贝洛 | 拉马纳穆尔蒂·V·米拉瓦拉普 | 丹妮尔·N·帕伊罗特 | 埃蒂安·A·阿坦加纳 | 凯特琳·E·狄龙 | 帕特里克·D·甘泽
迈阿密大学心理学系

摘要

背景

与多源干扰任务(MSIT)相关的认知干扰的解决与升高的交感神经应激反应有关。背侧前扣带回皮层(dACC)被认为与此反应有关;然而,尚不清楚在那些更容易出现日常认知控制失误的人中,对MSIT的心理生理和行为反应是否存在差异。

方法

评估了118名健康成年人(平均年龄30.6 ± 6.8岁,62.4%为女性)在MSIT中的认知干扰(不一致试验-一致试验)引起的血氧水平依赖性(BOLD)反应、皮肤电导率(SCL)水平、准确性和反应时间与自我报告的认知失败之间的关系。同时,还将认知干扰的BOLD反应与SCL水平进行了比较。

结果

在MSIT过程中,dACC的BOLD反应越大,无论是在不一致试验还是一致试验中,SCL也越高。尽管认知失败的程度、反应时间和MSIT的BOLD反应没有变化,但在报告认知失败频率较高的人群中,SCL在任务前后减少了近一个对数单位。

结论

这些发现证实了MSIT中dACC对认知干扰的BOLD反应是交感神经激活的指标,并进一步表明,尽管在日常生活中报告认知失败频率较高的人群中任务表现得以保持,但这些人群表现出持续的交感神经激活和较差的任务后SCL恢复,使他们更容易受到认知任务引发的心理压力的影响。

引言

自我报告的认知失败是指在日常活动中出现的小错误或失误,这些错误会扰乱活动的流畅性(Boomsma, 1998; Broadbent et al., 1982)。对认知失败的全面回顾强调了认知和非认知因素在这些失误中的作用。虽然执行功能(如注意力、抑制能力和工作记忆)是与认知失败最相关的认知领域,但年龄与标准测量方法之间没有系统性的关联(Carrigan & Barkus, 2016)。尽管报告频繁认知失败个体的神经认知特征存在一些异质性,但认知干扰的干扰解释了认知失败问卷(CFQ)中大约四分之一的变异性(Wilhelm et al., 2010)。因此,基于其预测认知衰退、痴呆症以及现实世界后果(如机动车和工作事故)的能力,自我报告的认知失败作为生态学上有效的测量方法受到了关注(Goodhew and Edwards, 2024; Pike et al., 2022)。然而,Broadbent的早期研究进一步阐明了这一现象,在压力条件下认知失败的认可度更高(Broadbent et al., 1986, 1982)。重要的是,这种认知失败与感知压力之间的关联最初是在整个生命周期中观察到的,并且不涉及集中注意力任务的性能缺陷(Mahoney et al., 1998)。其他研究提供了令人信服但有时相互矛盾的证据,表明在生态学环境中情绪压力与认知失败之间存在共变(Jonsdottir et al., 2007, Mahoney et al., 1998, McVay et al., 2009)。尽管如此,横断面研究结果支持日常感知的心理压力与日常认知控制失误之间存在正相关(Nater et al., 2006, Pluviano et al., 2015, Ronnlund et al., 2013)。这使一些人认为CFQ有助于捕捉由于压力或干扰负荷导致的现实世界表现的变化,而非神经缺陷;然而,实验证据尚不足。
通过CFQ评估的自我报告的认知失败与执行功能任务中的表现较差有关(Goodhew & Edwards, 2025)。此外,个体对压力的感知和可控性的差异会影响认知控制,适度的、可控制的压力会提高表现,而高压力则会损害表现(Henderson et al., 2012)。CFQ分数还与更高的感知压力和较低的自我效能感相关(El-Sayed et al., 2025),这表明报告更多认知失败的人在认知要求高的条件下可能更容易受到干扰的影响。为了全面了解导致认知失败倾向增加的条件,需要在受控实验范式中评估压力的行为测量。类似于Broadbent早期研究中使用的选择反应时间任务,该任务利用空间位置来提示响应的选择或拒绝(Broadbent et al., 1986, 1982),多源干扰任务(MSIT)已成为通过重复的认知干扰试验来操纵心理压力的可靠方法。在MSIT中,认知干扰会导致反应时间延长,在某些情况下,由于决策、目标检测、新奇性检测、错误检测、响应选择和任务难度等相关的认知过程的需求,不一致试验中的错误数量会增加(Bush et al., 2002)。此后,MSIT被应用于功能性磁共振成像(fMRI)环境,以检查与这些认知过程相关的血氧水平依赖性(BOLD)反应。鉴于这项任务的认知要求,许多执行控制区域参与了MSIT期间观察到的行为和心理生理应激反应。先驱性研究发现,MSIT可靠地激活了包括背侧前扣带回皮层(dACC)、背外侧前额叶皮层、前运动区和顶叶皮层在内的认知控制区域(Bush & Shin, 2006)。最近对MSIT表现的元分析进一步表明,在需要更高认知干扰解决能力的任务中,涉及了一个扩展的扣带回-前额叶-顶叶脑区网络(Deng et al., 2018)。同时,与其他干扰测试(如Flanker任务、Simon任务和Color-Word Stroop任务)相比,不一致试验和一致试验的比较显示,在补充运动区、岛叶、枕叶以及下额叶和上额叶中BOLD活动显著增加(Isherwood et al., 2021)。此外,先前的工作将反应时间的逐次波动与冲突处理和任务时间效应联系起来,表明反应时间的变异性可能不仅反映了响应冲突,还反映了持续的注意力、努力和唤醒状态(van Steenbergen and Band, 2013, Weissman and Carp, 2013, Wojciechowski et al., 2024)。尽管许多MSIT研究报告了BOLD活动随着任务需求和心理压力的变化而变化,但尚不清楚这种变化是否与认知失败有关。
行为医学研究已经研究了MSIT上压力反应的神经相关性,尽管是在冠心病风险的背景下(Gianaros & Sheu, 2009)。这些系统地揭示了dACC的显著激活,这是由于MSIT上的努力执行控制、注意力和冲突监控所引起的过度认知需求和高度生理唤醒的结果。事实上,dACC的激活与通过向中央自主神经系统投射而产生的心血管自主反应相一致(Critchley, 2005, Critchley et al., 2002, Lovallo, 2005)。Gianaros及其同事报告了MSIT上dACC激活与交感神经活动变化之间的关联,这些变化通过心率、血压和压力感受器敏感性来衡量,这些变化跨越了一系列横断面和纵向研究,表明与交感-肾上腺反应性相关的稳定神经生物学特征(Gianaros et al., 2012, Gianaros et al., 2017, Sheu et al., 2012)。这些研究揭示了压力引起的大脑活动在中年时期动脉粥样硬化疾病风险中的作用,表明MSIT和其他实验压力范式的临床实用性(Moazzami et al., 2020, Moazzami et al., 2020, Osborne et al., 2020, Rasero et al., 2025, Tawakol et al., 2017)。然而,这些研究的许多方法学限制是使用血压作为交感神经激活的指标,因为这些反应取决于心输出量,而心输出量反映了交感神经和迷走神经成分以及与血管阻力相关的因素。因此,确定MSIT上认知干扰反应的交感神经活动的无创且可靠的生物标志物对于阐明认知失败在这种反应中的作用非常重要。
在MR环境中可以无创地收集多种心理生理压力指标。这些包括皮肤电活动(EDA)、肌电图、呼吸、通过光电容积描记法或心电图测量的心率、血压和瞳孔测量。在这些测量方法中,EDA已成为压力反应的可靠指标(Healey & Picard, 2005)。EDA的变化通过汗腺调节体温以应对压力反应(Fowles et al., 1981)。它与人类行为的多个方面相关,包括焦虑、情绪反应和对威胁的反应(Davies & Craske, 2015)。关于心理压力的皮肤电反应的先驱性研究表明,高血压患者的反应增强,即使在接受β阻滞剂治疗的情况下也是如此,这表明EDA可以在医疗治疗因素存在的情况下作为自主反应的稳定指标(Jacobs et al., 1994)。EDA与多种显著刺激的唤醒有关,与基于长时间和短时间框架的信号属性的动态分析相比,EDA对急性心理压力更敏感(?leri & Latifoglu, 2020)。具体来说,与通过皮肤电导率(SCL)测量的持续性或持续性交感神经反应相比,皮肤电导率反应(SCR)通常用于检查对特定刺激的短暂或相位性增加。Critchley及其同事证明,在认知要求高的任务中,大脑多个区域的信号变化确实与SCR的相位性变化相对应(Critchley et al., 2000, 2001, 2002)。尽管这项工作主要将内侧前额叶皮层与调节SCR对显著认知刺激的作用联系起来,但也有报告指出,在简单的反应时间任务中,dACC的激活增加表明了对错误的更高唤醒(Zhang et al., 2012)。尽管这种持续的交感神经活动测量方法有助于任务的设计,但SCL在MSIT范式中尚未得到充分利用。然而,这为可靠地评估这种认知要求高任务中主观认知失败对持续交感神经活动的影响提供了机会。
利用MSIT范式,本研究旨在比较dACC对认知干扰的BOLD反应与皮肤电和行为指标,以评估该区域作为努力认知表现的生物标志物。此外,我们旨在确定MSIT上的神经、皮肤电和行为反应是否随着自我报告的认知失败而变化。

部分片段

参与者

参加Enhanced NKI Rockland样本(McDonald et al., 2017)的参与者基于在MR环境中进行MSIT时收集的皮肤电、行为、结构和功能性神经影像数据符合当前研究的条件。本研究的 数据收集得到了Nathan Kline研究所和Montclair州立大学机构审查委员会的批准,所有参与者均提供了知情同意。除了数据

血氧水平依赖性(BOLD)活动

对感兴趣的对比(即不一致-一致)进行了全组分析,样本量为98人。共有20张对比图因与明确的SPM全脑模板相关的缺失体素而被排除在外。这些空体素不是由于单受试者分析造成的,而是由于从上后轴到下前轴的系统性切割,范围大约为5到15

讨论

本研究首先探讨了MSIT期间的压力反应(通过交感-肾上腺活动指标)是否可由dACC的BOLD反应预测的问题。MSIT被选为一种心理压力任务,因为它涉及冲突信息处理的认知和情感需求,以及需要及时对不可预测的刺激作出反应,在某些修改后的版本中,还可以与负面反馈的接收相结合(Gianaros et al., 2012)

生成式AI和AI辅助技术的声明

作者声明,在本工作的创建过程中没有使用任何生成式AI或AI辅助技术。所有内容完全是人类努力的结果。

作者注释

这项研究由美国国立卫生研究院(NIH)根据Grant No. 5R01HL171416-02资助。
作者完全控制所有原始数据和材料,并同意在需要时允许期刊审查他们的数据。
我们要感谢Alondra Ayala Cruz的贡献。

利益冲突声明

作者声明他们没有需要披露的已知利益冲突。
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