超重/肥胖個體工作記憶的神經機制及干預*

劉 永 陳 紅,3

·研究構想(Conceptual Framework)·

超重/肥胖個體工作記憶的神經機制及干預*

劉 永1,2陳 紅1,2,3

(1西南大學心理學部;2西南大學認知與人格教育部重點實驗室;3西南大學心理學與社會發展研究中心, 重慶 400715)

全球超重/肥胖人群增長迅猛, 1997年世界衛生組織將肥胖認定為全球性流行病。目前, 中國成年人的超重/肥胖發生率已超過50%, 不健康的飲食行為占肥胖成因的70%。本項目擬從食物特異工作記憶切入, 探明超重/肥胖個體食物特異工作記憶的神經機制, 以及與一般工作記憶神經機制的差異。再采用前瞻性的研究設計, 考察食物特異工作記憶與超重/肥胖發展的漸變關系, 探索食物特異工作記憶及其神經活動對個體飲食管理和體質變化的預測作用。最后, 采用食物特異抑制控制訓練, 提升超重/肥胖個體的食物特異工作記憶能力, 塑造健康飲食行為。本項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/肥胖的預防和干預提供理論和實踐建議, 具有現實性、前沿性和前瞻性。

工作記憶, 認知控制, 超重/肥胖, 認知神經機制, 干預

1 研究意義

我國“十四五”科技規劃綱要第十三篇《提升國民素質, 促進人的全面發展》中指出：“廣泛開展全民健身運動, 增強人民體質”。體質健康問題正成為國家和社會重點關注的問題之一。隨著我國經濟的快速發展, 人們物質生活水平的迅速提高, 中國人的超重和肥胖發生率正以令人擔憂的速度增加。2014年柳葉刀()發表的關于中國肥胖現狀與健康關系的研究報告顯示, 男性和女性的肥胖發生率分別為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防中心對全國各省份的肥胖發生率進行研究, 發現成年人全身性肥胖(BMI≥28 kg/m2)的發生率為14%, 腹部肥胖(男性腰圍≥90 cm; 女性腰圍≥85 cm)的發生率為31.5% (Meng et al., 2020)。超重/肥胖問題正在給中國的衛生系統增加負擔。因此, 如何有效控制超重/肥胖的發生是當今中國面臨的一個嚴峻而且現實的問題。健康中國行動推進委員會在《健康中國計劃2020?2030》中明確提出了“合理膳食”行動與“肥胖增長率持續減緩”的目標。合理膳食不僅強調營養結構, 更加側重健康飲食方式。以往研究顯示肥胖個體的獎賞相關腦區對食物線索有過度激活, 而抑制控制相關腦區對食物線索的抑制能力不足(Meng et al., 2020; Stice & Burger, 2019)。系統元分析研究顯示, 肥胖個體存在普遍的執行功能缺陷, 包括抑制控制、工作記憶、認知靈活性和決策等, 而超重個體僅在工作記憶和抑制控制上表現出一定的缺陷(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。

工作記憶是指在短時間內對頭腦中的信息進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導向的行為能力密切相關(Hofmann et al., 2012)。較強的工作記憶能力可以使個體堅持將健康飲食作為長期目標, 將注意力引導到該目標上, 從而抵制短期的誘惑(Dohle et al., 2018)。較強工作記憶與自我報告食用較多的水果和蔬菜(Allom & Mullan, 2014)以及在實驗任務中選擇低熱量食物有關(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/肥胖個體食物特異工作記憶刷新的神經機制; 并進一步通過橫斷和前瞻性研究設計, 探索食物特異工作記憶刷新及其神經基礎與超重/肥胖發展的漸變關系; 最后, 采用抑制控制訓練, 力圖提升超重/肥胖個體的食物特異工作記憶刷新能力, 塑造健康飲食行為。本項目具有現實性、前沿性和前瞻性, 為超重/肥胖的預防和干預提供理論和實踐建議, 對健康中國戰略的順利推進有重要的意義。

2 研究現狀及發展動態分析

2.1 超重/肥胖個體的工作記憶

工作記憶是指對頭腦中的信息進行保持和操作的能力, 內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事物間的聯系和從整體中分離個別元素至關重要(Diamond, 2013)。元分析研究發現, 肥胖會對工作記憶造成損害, 且這種損害具有跨研究的穩定性, 而且超重者已表現出工作記憶的受損(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。

行為證據顯示使用多種實驗任務均發現超重/肥胖個體的工作記憶表現顯著差于正常體重個體(Goldschmidt et al., 2017; Loeber et al., 2012)。關于工作記憶的事件相關電位(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/肥胖個體在食物特異執行功能任務中會誘發較小的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, 當個體考慮到進食高熱量食物的長期結果時, LPP的振幅則會增大(Meule et al., 2013)。工作記憶任務中記憶食物線索時會誘發較大的P3, LPP和SPCN (Sustained Posterior ContralateralNegativity)反應, 說明對食物線索的記憶和保持需要分配較多的認知資源(Rutters et al., 2015)。食物線索誘發較大LPP的個體報告較多的食物成癮癥狀(Delgado-Rodríguez et al., 2022)。工作記憶的神經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能量隨記憶負荷的增加而增大, 而且theta能量與記憶的數量呈正比(Gevins et al., 1997; Raghavachari et al., 2001)。在工作記憶的過程中, alpha節律主要負責抑制無關刺激的干擾, 隨著工作記憶項目數量的增加, alpha節律也會隨之增大, 可能是為了保護工作記憶目標信息免受無關刺激的干擾(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(Kopell et al., 2011; Salazar et al., 2012), 當任務中工作記憶結束后, 不再要求被試進行工作記憶時, 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, 且beta位于深部腦區(Miller et al., 2018)。Gamma位于大腦表層腦區, 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。研究顯示gamma、alpha和beta振蕩與感覺皮層和額頂網絡信息傳遞過程的關系, 對揭示工作記憶的神經機制起關鍵的作用(庫逸軒, 2019)。然而, 對超重/肥胖個體工作記憶(尤其食物特異工作記憶)神經振蕩的研究較少。

功能核磁共振(fMRI)研究發現工作記憶主要依賴于前額葉皮層以及頂葉區, 這些區域的激活有助于特定內容的保持和加工(Cohen et al., 1997; Lamichhane et al., 2020; Li et al., 2017; Miller & Cohen, 2001; Perlstein et al., 2003)。研究發現后頂葉皮層(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, 強調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中, 超重/肥胖個體表現出更長的反應時長和更低的正確率, 其右背外側前額皮層(DLPFC)活動和BMI成正相關, 說明超重/肥胖個體更差的工作記憶更新表現可能與減弱的抑制控制能力有關(Stingl et al., 2012)。在執行功能任務中, 超重/肥胖個體外側前額葉皮層、腹外側前額皮層、內側前額皮層、額上回和額中回等控制相關腦區的的激活較低(Batterink et al., 2010; Janssen et al., 2017)。當超重/肥胖個體觀看不健康食物廣告時, 其雙側額中皮層和額下皮層的激活較低, 說明超重/肥胖個體更易受廣告等誘惑的影響(Bruce et al., 2013)。在靜息狀態下超重/肥胖個體右側角回的活動顯著小于正常體重個體, 而且超重/肥胖個體右側角回與左中側顳葉皮層的功能連接也顯著小于正常體重個體(Zhao et al., 2022)。

目前對超重/肥胖個體工作記憶的研究較多圍繞一般刺激的工作記憶開展, 且有相對統一的結論：超重/肥胖個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/肥胖個體對食物線索需要分配更多的注意和認知資源, 所以超重/肥胖個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重？此外, 現存研究多為行為實驗, 超重/肥胖個體食物特異的工作記憶的神經機制、神經基礎還屬于未知。因此, 本項目的第一部分擬采用橫斷研究設計, 結合腦電技術從時間動態和神經振蕩的視角重點探討超重/肥胖個體食物特異工作記憶刷新的神經電生理機制, 并比較超重/肥胖個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模式。

2.2 工作記憶對飲食行為和體重管理的預測

工作記憶刷新是飲食行為的關鍵因素之一, 有助于個體堅持健康飲食等長期目標, 從而抵制與長期目標不一致的短期愿望。高工作記憶刷新能力可以使個體有效地表征一個給定的長期目標, 通過保持目標相關信息或抑制與長期目標不一致的信息, 將注意力從誘人的刺激物轉移。所以, 在誘惑的環境下, 如果長期目標得到“保護”, 誘惑的欲望則會得到有效的下調(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, 節食個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節食個體的飲食管理。在有健康飲食目標的個體中, 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果有關(Allom & Mullan, 2014)。所以, 較強的工作記憶刷新能力可能會促進健康飲食行為的養成。因此, 本項目中我們重點考察工作記憶刷新能力(采用n-back任務)與飲食行為的關系。

Lopez等人使用前瞻性的研究方法, 探索腦區活動對個體飲食管理的預測作用。節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行經驗抽樣調查, 每天隨機選取7個時間點進行調查, 主要對被試當前的食物渴求、抵制渴求的程度和進食量等進行調查。研究發現較強獎賞腦區活動(伏隔核)預測較差的飲食管理, 而較強的控制腦區活動(額下回)預測較成功的飲食管理, 說明獎賞和控制的神經活動在現實生活的誘惑體驗中有重要的作用(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測個體未來一年體重的變化(Kaisari et al., 2019)。腦島、腹側被蓋區、殼核和梭狀回等獎賞相關腦區較大的激活預測超重/肥胖個體9個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的活動也可以預測超重/肥胖個體未來的體重變化(Killgore et al., 2013; Yokum et al., 2011)。

本項目第二部分使用前瞻性的研究設計, 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基礎與個體飲食管理和體質變化之間的漸變關系, 探討食物特異工作記憶刷新能力及其神經基礎對個體飲食管理和體質變化的預測作用。

2.3 抑制控制、工作記憶和飲食行為

抑制控制是指個體抑制自身優勢反應的一種能力。抑制控制涉及控制個體的注意、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, 當多個想法或事實需要同時陳述時, 就需要把所有的信息進行重組, 使用創新的方法進行表述。當關注自己關心的問題時, 就需要抑制內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(抑制不相關的信息進入工作記憶空間中), 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)。工作記憶的個體差異主要反映了個體控制能力的不同(Barrett et al., 2004; Engle, 2018)。工作記憶與抑制特定信息的能力有關, 這種抑制能力直接決定了復雜工作記憶任務的表現(Gazzaley et al., 2005; Vogel et al., 2005), 如果不能有效抑制任務無關信息的表征, 工作記憶任務的表現將受到嚴重損害(Gazzaley et al., 2005)。

一項元分析綜述了66項獨立實驗, 覆蓋5787人的數據, 考察認知訓練對個體飲食行為和體重的影響。結果顯示抑制控制訓練(如, 對食物刺激的go/no-go訓練)可以有效改善個體的飲食行為(Yang et al., 2019)。抑制控制訓練還可以降低個體的食物渴求, 食物特異的抑制控制訓練可以促進對不想要的食物相關沖動的抑制控制。例如, Houben等人(2015)將被試隨機分配到食物no-go訓練和食物go訓練中, 研究發現食物no-go訓練可以顯著降低個體的進食渴望(Houben & Jansen, 2015)。采用食物特異的抑制控制訓練和一般刺激的抑制控制訓練(每天約10分鐘, 連續干預1周)對失敗限制性飲食個體進行干預發現, 食物特異的抑制控制訓練可以顯著降低失敗限制性飲食個體的對不健康食物的選擇頻率以及對不健康食物自我報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工作記憶, 而且食物特異抑制控制訓練可以改善個體的飲食行為。因此, 本項目的第三部分擬采用食物特異抑制控制訓練的方法, 對超重/肥胖個體進行干預訓練, 以期增強超重/肥胖個體的食物特異工作記憶, 促進其健康飲食行為的養成。

3 問題提出

本項目擬從工作記憶的視角理解超重/肥胖執行功能的損傷, 并以此為靶點通過食物抑制控制訓練改善超重/肥胖個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, 目前關于超重/肥胖個體工作記憶的研究大多數是行為層面的, 仍不清楚超重/肥胖個體工作記憶刷新的認知神經機制。此外, 以往研究主要關注一般刺激的工作記憶, 食物線索對超重/肥胖個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/肥胖個體中是否表現出相同的行為和神經模式？基于此問題, 本項目擬首先解決的關鍵科學問題是探明超重/肥胖個體工作記憶刷新的認知神經機制。

第二, 一般線索的視覺空間工作記憶廣度越大, 節食個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節食個體的飲食管理。那么食物特異的工作記憶刷新如何影響超重/肥胖個體未來的飲食管理呢？食物特異的工作記憶刷新又能否預測超重/肥胖個體的體質變化呢？基于此, 本項目擬解決的第二個關鍵科學問題是刻畫食物特異工作記憶刷新及其腦活動與超重/肥胖發展的漸變關系。

第三, 食物特異的抑制控制訓練可以顯著降低失敗限制性飲食個體的對不健康食物的選擇頻率以及對不健康食物自我報告的吸引力和喜愛程度(劉豫等, 2017)。抑制控制可以促進工作記憶刷新, 那么食物特異的抑制控制訓練是否可以顯著提高超重/肥胖個體食物特異工作記憶刷新, 促進其健康飲食行為的養成。基于此, 本項目擬解決的最后一個關鍵科學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技術和方法。

綜上, 本項目圍繞“超重/肥胖個體食物特異工作記憶”展開。研究包含三個部分。本項目使用n-back任務, 聚焦工作記憶刷新能力。第一部分采用腦電技術從時間動態和神經振蕩視角考察超重/肥胖個體一般和食物特異工作記憶刷新的神經電生理機制, 并探討超重/肥胖個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模式; 在此基礎上, 第二部分采用功能磁共振技術(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基礎與個體飲食管理和體質變化間的漸變關系; 第三部分基于食物特異抑制控制訓練, 以工作記憶為靶點, 從應用的視角探索食物特異抑制控制訓練對超重/肥胖個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提供科學和實踐基礎, 明確其轉化的應用價值。本項目的研究設計環環相扣, 研究邏輯層層遞進。

4 研究構想

本項目擬以工作記憶為研究的突破口, 采用橫斷研究、前瞻性研究和干預研究相結合的研究設計, 聚焦工作記憶刷新, 分別從時間動態和神經振蕩、大腦空間激活和應用的視角開展研究, 旨在：(1)揭示超重/肥胖個體食物特異工作記憶刷新的認知神經機制; (2)揭示食物特異工作記憶刷新及其神經活動與個體飲食管理和體質變化間的漸變關系; (3)探索食物特異抑制控制訓練對超重/肥胖個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慣。具體開展以下三個部分的研究內容, 總體框架如圖1所示：

4.1 超重/肥胖個體工作記憶的神經電生理活動

研究1采用腦電技術從時間動態和神經振蕩的視角旨在探明超重/肥胖個體工作記憶刷新的神經電生理活動。擬探明超重/肥胖個體工作記憶刷新的認知神經機制。該部分包含1個腦電實驗(方案1), 采用一般刺激的2-back任務和食物特異的2-back任務, 考察超重/肥胖個體一般和食物特異工作記憶刷新的大腦活動時程特點, 并進一步探討超重/肥胖個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模式。本研究采用2 (被試類型：超重/肥胖個體和正常體重個體) × 3 (刺激類型：高熱量、低熱量食物圖片和一般刺激)混合實驗設計。其中被試類型為組間變量, 刺激類型為組內變量。食物特異2-back任務中的高低熱量食物圖片選取自本團隊開發的食物圖片庫(下同, Kong et al., 2015; Liu, Quan et al., 2019; Liu et al., 2020)。食物2-back任務前后, 要求所有被試對食物圖片的愉悅度(liking)和渴望度(wanting)進行5點主觀評定, 此為了控制任務前后被試的食物愉悅度和渴望度。本研究假設超重/肥胖個體在工作記憶任務中的表現顯著差于正常體重個體, 其神經表征可能是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, 超重/肥胖個體一般和食物特異工作記憶刷新可能具有不同的神經模式。

圖1 本項目框架圖

4.2 食物特異工作記憶及其腦活動與超重/肥胖發展的漸變關系

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/肥胖發展的漸變關系。本研究綜合橫斷和前瞻性設計并采用fMRI技術, 包含2個實驗。方案2探討食物特異工作記憶刷新及其腦活動對超重/肥胖個體飲食管理的預測作用。方案3探討食物特異工作記憶刷新及其腦活動對超重/肥胖個體體質變化的預測效應。本研究的橫斷面采用2 (被試類型：超重/肥胖個體和正常體重個體) × 2 (刺激類型：高熱量和低熱量食物圖片)混合實驗設計。其中被試類型為組間變量, 刺激類型為組內變量。本研究結合抑制控制能力改編食物1-back任務, 該任務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。在本任務中, 要求被試對出現的刺激進行盡快按鍵反應(背景任務), 如果當前試次出現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(記憶任務)。工作記憶刷新任務的前后要求被試對食物圖片進行愉悅度(liking)和渴望度(wanting)的評定。橫斷任務完成后, 對被試的飲食行為進行為期一周的跟蹤調查, 每天隨機向被試發放7次有關飲食管理的問題, 收集被試的飲食管理情況。實驗完成6個月后, 再次邀請所有被試到實驗室, 測量和收集被試的人體成分信息(BMI、腰臀比和體脂率等)。本研究假設超重/肥胖個體的工作記憶任務刷新表現差于正常體重個體, 且較好的食物特異工作記憶刷新可以預測較成功的飲食管理和較小的BMI和腰臀比等。另外, 與正常體重個體相比, 超重/肥胖個體控制相關腦區的激活較小, 但是獎賞相關腦區激活較大。食物特異工作記憶任務中控制相關腦區較大的激活可以預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中獎賞相關腦區較大的激活則預測不成功的飲食管理和較大的BMI、腰臀比等。

4.3 超重/肥胖個體食物特異工作記憶的干預研究

在前兩個研究的基礎上, 研究3從應用視角擬探索超重/肥胖問題的有效干預技術和方法。采用食物抑制控制訓練(方案4), 并結合fMRI技術, 重點考察食物特異抑制控制訓練對超重/肥胖個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練組和一般抑制控制訓練組) × 2(測試：前測和后測) × 2(刺激：高熱量和低熱量食物圖片)的混合實驗設計。其中被試分組為組間變量, 測試和刺激為組內變量。本研究的任務同研究2部分(食物1-back任務)。食物特異抑制控制訓練采用食物go/no-go任務, 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立即進行按鍵反應, 看到高熱量食物圖片時抑制自己的反應。一般抑制控制訓練采用輔音字母“M”和“W”。要求被試看到“M”時進行盡快按鍵反應(go), 看到“W”則抑制自己的按鍵反應。該任務其他設置與食物特異抑制控制訓練相同。本研究假設一般抑制控制訓練和食物特異抑制控制訓練均可以顯著改善超重/肥胖個體食物特異工作記憶表現, 但是食物特異抑制控制訓練的效果較好。一般抑制控制訓練和食物特異抑制控制訓練均可增強超重/肥胖個體在食物特異工作記憶中涉及到的控制相關腦區的活動, 但是兩種訓練對神經活動可能具有不同的影響。

5 理論建構

以往圍繞工作記憶開展的研究大多是行為層面的, 且較多關注一般工作記憶(Goldschmidt et al., 2017; Wu et al., 2016; Yau et al., 2014)。超重/肥胖個體食物特異的工作記憶的表現如何？超重/肥胖個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模式。因此, 本項目從工作記憶的視角理解超重/肥胖執行功能的損傷, 探討超重/肥胖個體食物工作記憶的神經機制及干預。以工作記憶為靶點通過食物抑制控制訓練改善超重/肥胖個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, 本項目設計了三個部分的研究。首先, 明確超重/肥胖個體一般和食物特異工作記憶的表現及其神經模式。基于這一研究目的, 研究擬采用一般刺激的n-back任務和食物特異n-back任務, 考察超重/肥胖個體一般工作記憶和食物特異工作記憶的大腦活動時程和神經振蕩特點, 并進一步探討超重/肥胖個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模式。我們預期超重/肥胖個體執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體; 基于申請人以往關于超重/肥胖個體食物模式的研究(Liu et al., 2020; Liu, Quan et al., 2019; Liu, Zhao et al., 2019), 由于食物具有獎賞效應, 所以超重/肥胖個體一般和食物特異的工作記憶可能具有不同的神經模式。研究1作為整個項目的基礎, 不僅證明超重/肥胖個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模式。通過研究1, 本項目擬探明超重/肥胖個體工作記憶的認知神經機制。

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

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

綜上, 本項目聚焦食物特異工作記憶, 從行為層面深入到神經機制層面, 同時考察超重/肥胖個體認知加工時程的動態特征和大腦激活區域的空間特征, 為澄清超重/肥胖個體的認知行為模式和神經心理機制, 提供更加可靠的證據; 探討食物特異工作記憶及其腦活動與超重/肥胖發展的漸變關系, 以期更完整地理解超重/肥胖個體的認知神經機制, 為建立更為完整的超重/肥胖個體的神經心理的理論模型提供證據; 并采用抑制控制訓練干預超重/肥胖, 為肥胖問題的有效解決提供實踐基礎, 將基礎研究成果創新性轉化。

庫逸軒. (2019). 工作記憶的認知神經機制.(1), 173?185.

劉豫, 陳紅, 李書慧, 羅念. (2017). 在線抑制控制訓練對失敗的限制性飲食者不健康食物選擇的改善.(2), 219.

Allom, V., & Mullan, B. (2014). Individual differences in executive function predict distinct eating behaviours., 123?130. https://doi.org/10.1016/j.appet. 2014.05.007

Barrett, L. F., Tugade, M. M., & Engle, R. W. (2004). Individual differences in working memory capacity and dual-process theories of the mind.(4), 553?573. https://doi.org/10.1037/0033-2909.130. 4.553

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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

* 國家自然科學基金青年項目(32200849)。

劉永, E-mail: liuy0768@swu.edu.cn

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