摘要
焦虑有时候能帮我们避开危险，算是一种适应性的反应，但这是有代价的。有理论认为，焦虑虽然能让我们更警觉、更小心地规避威胁，但它会占用大脑有限的认知资源，从而影响其他跟威胁无关的信息加工过程。既往研究发现，焦虑会让人感觉时间过得更快，觉得时间变短了，这可能是因为大脑在处理时间信息时出了点问题。然而，目前尚不清楚这种现象是否意味着焦虑让负责时间加工的脑区“过载”了。因此，本研究考察了焦虑与时间加工是否在功能脑区上存在重叠，特别是在扣带皮层区域。本研究包含两项fMRI实验(第一项是探索性研究，样本量为13人，为第二项预注册的研究做准备；第二项研究样本量为29人)，并将经典的焦虑诱导范式(电击威胁)和时间二分任务相结合。结果与先前的研究一致：焦虑状态下，人们感觉时间流逝得更快。焦虑诱导激活了扣带皮层的大范围区域，而感知较长的时间间隔则主要激活了中扣带皮层的一个更为局部的区域。重要的是，联合分析发现，焦虑加工和时间加工在岛叶和中扣带皮层存在功能上的重叠。这些结果初步支持了以下观点：焦虑会让本来就活跃的神经资源更加不堪重负。具体来说，中扣带皮层的“过载”可能是情绪影响时间感知的神经基础，这与该区域在调节焦虑反应中扮演的角色是一致的。
引言
焦虑会深刻改变我们感知世界的方式，让我们更倾向于规避潜在危险。焦虑个体往往更容易注意到威胁性的信息(即注意偏向)，更容易把模棱两可的信息解读为危险信号(即解释偏向)，也更容易高估坏事发生的概率及其对自身的影响(即判断偏向)。然而，过去的行为和脑成像研究大多集中在焦虑如何影响情绪相关的信息，而关于焦虑如何影响非情绪性信息的研究相对较少。
先前的一系列研究证明了焦虑(让健康受试者处于不可预测的电击威胁中诱发焦虑)能够可靠地导致非情绪性时间知觉的改变。本研究发现焦虑会让人低估时间，也就是说，在不可预测的电击威胁下，人会感觉时间“变快了”，这可能是由于时间信息在加工过程中丢失了。
我们曾把这种时间低估解释为焦虑导致时间信息丢失，背后的机制可能是注意资源的竞争。然而，后续研究发现，单纯增加认知负荷(同样会消耗注意力)并没有让人产生时间低估。这表明，焦虑引起的时间扭曲可能不能简单地归因于注意资源的耗竭，而是涉及更复杂的情感-认知神经系统的相互作用。为此，本研究使用类似的时间估计任务，来检验焦虑加工和时间加工是否依赖某些共同的神经基础。
先前采用焦虑诱导范式的功能性磁共振成像(fMRI)研究发现，当参与者被动地等待不可预测的电击时，其前岛叶会出现一致的激活。在持续的威胁状态下，扣带回、丘脑、尾状核和小脑等脑区也被持续激活。这些脑区同时也参与处理和预期疼痛刺激，说明它们可能在长时间的负面预期状态中发挥普遍作用。因此，本研究预期，当个体处于电击威胁诱发的焦虑状态时，也能观察到类似的脑区激活模式。特别是，考虑到扣带皮层的不同亚区在预期性焦虑中持续被激活，并结合研究一的初步证据，我们把扣带皮层作为后续验证性研究(研究二)中与焦虑相关激活的候选脑区。
已有研究表明，时间知觉过程涉及一个分布广泛的脑区网络。最近的一项研究发现，大脑中存在一种类似感觉皮层“拓扑图谱”的时间图谱：不同脑区对不同长度的时间间隔做出反应，并且这种选择性会逐渐变化。对于秒级以上的时间间隔(本研究关注的焦点)，大脑皮层区域的参与程度更高，涉及的脑区包括扣带回、额叶皮层，以及被认为是核心区域的前辅助运动区(pre-SMA)。近期的元分析研究也进一步强调，扣带皮层、岛叶和前额叶区域在秒级以上计时过程中扮演着重要角色。
目前尚无研究在神经层面探索焦虑与时间知觉之间的相互作用。然而，从更宏观的角度来看，已有研究发现额叶区域在焦虑与非情绪性认知任务的交互中发挥着重要作用。两项使用电击威胁范式的研究一致发现，焦虑会增强额叶区域(包括额上回)的激活，而且这种激活与焦虑引起的行为变化相关。但需要注意的是，如果焦虑对认知功能的影响类似于经典的多任务干扰现象(即两项任务竞争有限资源，从而相互干扰)，那么真正起关键作用的，应该是那些两者共同依赖、资源重叠的脑区。焦虑之所以会影响时间知觉，主要是因为它对注意力资源有很高需求，而注意力正是焦虑加工和时间加工都可能使用的共同资源。因此，焦虑诱发的时间知觉变化，很可能来源于时间加工和焦虑加工在神经层面上的重叠。一个可能发生此种重叠的重要候选脑区是pre-SMA。研究发现，该区域与时间知觉相关的激活强度，会随着个体投入到计时任务中的注意力多少而呈参数性变化。同时，也有元分析显示，电击威胁范式同样可以激活pre-SMA。
为了验证本研究的假设，我们首先进行了一项小规模的探索性研究(研究一)，其目的是优化实验设计，并为后续的验证性研究(研究二)生成预注册的预测与分析方案。在研究二中，针对每位参与者对时间认知任务进行了个性化校准，从而排除所观察到的神经差异仅仅源于不同时间间隔本身的特性这一可能性。对研究二的具体预测如下：
1)诱发的焦虑会导致时间低估，即参与者在面临电击威胁时会感觉时间间隔更短。
2)焦虑会激活扣带皮层和尾状核，这与研究一的结果一致。
3)时间知觉会激活pre-SMA和右侧额下回，这与先前的元分析结果一致。
4)时间知觉与焦虑相关的神经加工将在pre-SMA发生交互作用。
研究过程
概述
所有研究都只进行一次测试。在获得当地伦理委员会批准并完成问卷调查后，参与者在扫描室内完成电击校准程序，以确定适当的电刺激强度。随后，参与者在磁共振扫描仪中完成时间二分任务，任务分别在“不可预测电击威胁”和“安全”两种条件下进行。整个扫描过程约一小时，期间采集了大脑的结构像和功能像，其中两次功能像扫描各持续约十五分钟。在任务过程中，参与者通过MRI兼容的按键盒，以二选一的方式判断时间间隔是“短”还是“长”。研究一是一项探索性预实验，主要目的是为研究二提供感兴趣脑区的依据。
研究地点
研究一在美国马里兰州贝塞斯达的美国国立卫生研究院(the National Institutes of Health, Bethesda, MD, USA)完成，研究二在英国伦敦大学学院(UCL)完成。
实验设备
研究一使用E-prime软件在Windows计算机上呈现实验材料；研究二则在Matlab环境下使用Cogent 2000工具箱来运行实验。
电击校准
在正式测试前进行电击校准程序，目的是控制每个人对电击的耐受程度和皮肤电阻的个体差异。具体操作是：通过一对氯化银电极，连接到DS7或DS5刺激器，在参与者的非优势手腕上施加电击。研究一用的是单次电击，研究二则采用更让人不适的串电击(研究二；因其更具厌恶感且该地点设备允许)。电击强度从低到高逐渐增加，并使用1至10分的量表进行评分(1分代表“几乎感觉不到”，10分代表“接近无法忍受”)。实验中实际施加的电击水平设定为每个个体最大耐受水平的80%。
电击威胁下的时间二分任务
在研究一和研究二中，参与者均在两种交替条件下完成视觉时间二分任务(图1)：一种是“电击威胁”条件，在这种条件下，参与者随时可能毫无预警地受到电击；另一种是“安全”条件，这种条件下不会受到任何电击。两种条件的出现顺序在不同参与者之间是平衡的。任务界面的边框会带有颜色来提示当前是哪种条件(安全或威胁)。颜色从红、蓝、绿、品红四种中选取，并在不同参与者之间进行平衡。
图1.实验任务。
正式任务开始前有一个简短的训练阶段。该阶段会向参与者呈现两个锚定时长：一个是“短”时长(1.4s)，一个是“长”时长(2.6s)。每个时长各呈现三次，呈现顺序为伪随机。此外，在每个block(安全或电击)开始之前，会重复呈现锚定时长，以帮助参与者巩固记忆。
与之前的研究一致，实验中需要判断时长的刺激是情绪面孔图片(包括高兴、恐惧和中性)，这些图片来自标准化的图片库。研究一与研究二的刺激持续时间有所不同。所有刺激类型和时长的呈现顺序均为伪随机，并且在每个威胁block和安全block中出现的次数相同，以避免产生偏差。在每个试次中，参与者需要做出判断：如果刺激的持续时间更接近“短”的锚定时长(1.4s)，就按“短”键；如果更接近“长”的锚定时长(2.6s)，就按“长”键(左右键对应的长短选项在不同参与者之间是平衡的)。参与者有1.5s的反应时间，之后会出现一个时长不固定的试次间隔(也是伪随机呈现)。参与者被明确告知不要数秒，也不要使用任何其他策略来估计刺激的持续时间；相反，只需根据自己的直觉感受来判断时长。
心理物理模型拟合
本研究分别针对安全条件和威胁条件，为每位参与者拟合了一条心理测量函数曲线，从而计算出二分点。简而言之，二分点就是参与者在感觉上判断“短”和“长”可能性相等的持续时间。较低的二分点值表示时间高估，而较高的二分点值表示时间低估。心理测量函数使用MATLAB中的Palamedes工具箱进行拟合，并对每位参与者的拟合优度进行目视检查。
实验方法
功能神经影像数据分析
研究一是一项预实验，根据其实验结果来为研究二确定感兴趣脑区(ROI)，因此研究一的数据分析属于探索性分析。两项研究均使用MATLAB R2015b环境下的SPM 12软件对EPI数据进行分析。具体处理步骤如下：首先，从每个时间序列中剔除前5个体积(预扫描)，以确保纵向弛豫时间达到稳定状态；然后，将剩余体积与第6个体积进行对齐，并标准化到蒙特利尔神经学研究所模板(MNI)，并使用半高全宽为8mm的高斯核进行平滑处理。在对齐之后，检查所有图像序列是否存在大于1.5mm或1°的平移与旋转，对损坏的图像进行剔除并通过插值替换。完成空间标准化后，再手动检查图像是否存在伪影。报告中提到的脑区均依据《人类脑图谱》进行定义。研究一的功能神经影像数据分析的详细内容请参见补充材料。
研究二
由于实验设计有所调整，我们对整个试次流程进行了建模，包括刺激呈现、刺激反应和试次间隔。重点关注四个回归因子：威胁试次(威胁条件下的二分点试次)和安全试次(安全条件下的二分点试次)，并进一步根据参与者的反应，将这些试次分为“感知为长”(参与者做出“长”反应的二分点试次)和“感知为短”(参与者做出“短”反应的二分点试次)两类。不感兴趣的回归因子包括：反应试次(即时长为1.4s和2.6s的试次)以及遗漏试次(即参与者未做出反应的试次)，这些试次分别针对安全或威胁block进行建模。其他不感兴趣的回归因子还包括：训练刺激(在每个block开始前呈现)、电击刺激，以及每个block的开始提示(告知参与者接下来是安全状态还是电击威胁状态)。所有这些回归因子都与SPM软件中的标准血流动力学响应函数进行卷积，时间锁定在相应事件的起始点，并考虑了事件的持续时间(由于二分点的个体差异，该持续时间在参与者之间略有不同)。
本研究在所有参与者的分析模型中纳入了六个不感兴趣的头动回归因子，以及从Spike软件记录迹线中提取的、来自脉搏和呼吸频率的12个回归因子。这些回归因子对应一组扩展至三次谐波的正弦和余弦傅里叶级数分量。此外，还有两个回归因子分别用于建模呼吸容积和心率的变化，同样基于Spike软件的记录迹线。使用一般线性模型，为每个回归因子生成参数估计图像，并在个体水平上将这些图像组合起来以进行对比。二级分析则采用标准的汇总统计方法进行随机效应分析。采用未校正p<0.005的团块形成阈值，并对预注册文件中定义的ROIs内出现的响应，报告经过体积校正后的p值。
fMRI对比包括：1)威胁效应，即电击威胁条件下的所有二分点试次与安全条件相比；2)感知持续时间效应，将所有二分点试次(合并威胁与安全条件)按参与者的主观判断分为“感知为长”和“感知为短”两类进行对比；3)交互作用，检验感知持续时间与威胁之间是否存在交互效应。此外，本研究还使用联合分析检验了对比一与对比二之间在脑区激活上是否存在重叠。
感兴趣区(ROI)
在研究一中，我们观察到扣带皮层在威胁条件下出现显著激活。由于该区域在先前使用电击威胁范式的研究中也被激活过，本研究将其用作预注册的感兴趣脑区(ROI)。然而，后来发现预注册文件中标注为“扣带皮层”的坐标，实际上落在了左侧尾状核——因为这两个激活峰值位于同一个较大的团块内。为了保证研究的透明度，本研究在分析威胁对比时，将这两个区域都作为ROI处理，并分别以左侧尾状核(MNI坐标：[-18, 11, 26])和中扣带皮层(MNI坐标：[0, -4, 50])为中心，各取一个直径10mm的球形ROI。为简化操作，本研究采用以峰值为中心的球体，从而避免了需要人为划分研究一中所观察到的大团块的问题。
此前一项关于时间知觉研究的元分析报告了pre-SMA存在强激活。因此，本研究在该区域也定义了一个额外的ROI，同样为直径10mm的球形ROI。该区域的原始坐标来自先前研究(Talairach坐标：[0, 0, 56])，并将其转换为MNI坐标：[-1, -4, 62]。
结果
研究一确定了扣带皮层和尾状核中与威胁相关的激活峰值，这些区域随后被用作研究二的感兴趣区。
研究二
扫描仪内的行为结果
所有刺激持续时间的心理测量函数曲线如图2所示(此处呈现该图是为了与我们之前的研究结果进行对比)。然而，在研究二的行为分析中，我们只聚焦于二分点试次，因为其余持续时间仅用于任务校准，并未纳入后续的推论性统计分析。
图2.展示了在不同条件下，参与者将刺激时长判断为“长”的比例。
参与者报告称，与安全条件相比，他们在威胁条件下感受到的焦虑程度显著更高(p<0.001)。正如假设的那样，在二分点试次中，参与者在威胁条件下做出“短”反应的频率也显著高于安全条件(p=0.024；图3)。
图3.在威胁条件下，针对个体化定制的二分点持续时间，做出“长”反应的比例显著降低，这表明焦虑状态下存在时间低估。
威胁的神经效应
威胁>安全。该分析检验了电击威胁条件相对于安全条件对大脑活动的影响。在一个较大团块中观察到了显著的激活(全脑体素水平FWE校正，见图4和表2)，包括膝下前扣带皮层(双侧)、丘脑(双侧)、屏状核(仅左侧)、尾状核(仅左侧)和前岛叶(双侧)。该团块中未通过体素水平校正的其他区域包括岛叶/眶额皮层(仅右侧)、外侧隔区(仅右侧)和壳核(仅右侧)。此外，还有三个显著激活的团块分别位于左侧小脑以及顶叶岛盖(左侧和右侧)。
图4.威胁＞安全对比(左)与感知为长试次＞感知为短试次对比(右)的激活图。
本研究将尾状核和中扣带皮层定义为感兴趣区，因为这两个区域在研究一的电击威胁下均被激活。当使用以研究一中确定的尾状核团块峰值坐标(MNI [-18, 11, 26])为中心，取一个直径10mm的球形感兴趣区进行小体积校正(SVC)时，有一个激活峰值在经FWE多重比较校正后仍显著([-15, 20, 23]，Z=3.21，k=37，pSVC<0.05)。同样，以研究一中的中扣带皮层团块峰值坐标(MNI [0, -4, 50])为中心的感兴趣区，也显示出显著激活([3, -4, 41]，Z=2.90，k=11，pSVC<0.05)。
为了探索脑-行为相关性，本研究进行了一项探索性分析，将威胁对行为反应的影响(即威胁条件下判断为“长”的概率减去安全条件下判断为“长”的概率)作为协变量纳入“威胁＞安全”的脑激活对比中。本研究预期，在威胁条件下表现出更大程度时间低估的参与者，其“威胁＞安全”的神经效应也会更强。然而，经多重比较校正后，激活不显著。同样，在反向对比中也没有发现通过校正的激活区域。
安全>威胁。该分析检验了安全条件相对于电击威胁条件的大脑激活。结果显示，经过全脑体素水平FWE校正后，双侧颞下回、左内侧眶回(图4)，以及右侧海马旁区域(下托)存在显著激活。这些激活区域均延伸至杏仁核，尽管该处的峰值未通过体素水平校正。
感知持续时间的神经效应
感知为长试次＞感知为短试次。该分析比较了参与者将相同持续时间的刺激感知为“长”和“短”时的大脑激活差异。结果显示，中扣带皮层存在双侧显著激活(图4)。
在预注册文件中，本研究将辅助运动区定义为一个感兴趣区，这是因为该区域在时间知觉研究中一直被稳定地激活。当使用以先前元分析确定的峰值为中心的10mm球形感兴趣区进行小体积校正时，本研究发现中扣带皮层有一个区域在经过FWE校正后激活仍显著([0, -4, 53]，Z=3.14，k=11，pSVC<0.05)。此外，在一项探索性分析中，本研究考察了中扣带皮层峰值体素的激活强度是否与威胁期间的时间低估程度相关，但该相关性不显著(p=.884)。
感知为短试次＞感知为长试次。该分析检验了感知为短试次相对于长试次时的大脑激活差异。结果显示，在峰值或体素水平上均无团块通过校正。
威胁与感知持续时间交互作用的神经效应
该分析检验了威胁效应与感知持续时间效应之间的交互作用。在此对比或反向对比中，均无团块通过校正。
重叠分析
研究二的结果显示，在“威胁＞安全”与“感知为长＞感知为短”这两个对比所识别出的激活脑区之间存在一定程度的重叠，主要集中在岛叶、壳核和中扣带皮层。为检验这种重叠，本研究为每个对比创建了一个掩膜(阈值为t>1.7，相当于未校正的p<0.05)，并使用该掩膜对另一对比进行小体积校正分析(图5)。该分析采用的团块形成阈值为未校正p<0.005。
图5.“威胁＞安全”对比(绿色)与“感知为长＞感知为短”对比(红色)的重叠激活区域。
将“感知为长＞感知为短”的掩膜应用于“威胁＞安全”对比，结果显示在右侧岛叶([30, 2, -7]，Z=4.35，k=57，p<0.05)和左侧壳核([-27, 8, -7]，Z=4.03，k=12，p<0.05)存在经FWE多重比较校正后仍显著的重叠团块。这表明这些区域在威胁预期期间以及当参与者感知到刺激持续时间较长时均被显著激活。
反之，将“威胁＞安全”的掩膜应用于“感知为长＞感知为短”对比，结果显示中扣带皮层区域存在重叠，该重叠在FWE校正后接近显著水平([-12, 2, 38]，Z=4.29，k=15，p=0.068)。这表明中扣带皮层同时参与了与焦虑相关的加工过程以及与时间相关的加工过程。
结论
本研究再次验证了焦虑会导致时间低估这一现象，并且在与电击威胁诱发焦虑相关的脑区(如膝下前扣带皮层、岛叶、尾状核)以及与时间知觉相关的脑区(如中扣带皮层)中观察到了显著激活。尽管既往研究强调前辅助运动区(pre-SMA)在时间知觉中的关键作用，但在本研究中，中扣带皮层的激活更为稳定和突出。这一发现提示，中扣带皮层可能在调节情绪所引起的时间知觉变化中发挥潜在作用。值得关注的是，本研究发现时间知觉与焦虑所引发的脑激活之间存在重叠，主要集中在岛叶和中扣带皮层。这与“焦虑可能通过给已经投入使用的神经资源增加额外负荷，从而影响认知过程”的假设相一致。
参考文献：I Sarigiannidis, K Kieslich, C Grillon, M Ernst, J P Roiser, O J Robinson, Anxiety makes time pass quicker: neural correlates,Social Cognitive and Affective Neuroscience, 2026;, nsag006, https://doi.org/10.1093/scan/nsag006
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