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2022-04-08 实验室揭示腹内侧前额叶皮层的时间动态模式在反刍思维与抑郁风险关系中的重要作用

在情绪调节领域,反刍思维是一种僵化、重复、过度地关注消极自我相关信息的认知方式,且已被研究者们认为是导致抑郁症状产生和加重的重要风险因素之一。以往研究发现反刍思维与默认模式网络(Default mode network,DMN)的活动异常有关,而DMN及其重要节点也常常涉及到有关抑郁的研究当中。因此,考察DMN的神经活动模式对于我们理解反刍思维与抑郁的内在机制具有重要作用。研究者认为从不同角度来考察DMN的活动特征是必要的,因为大脑功能既可能会受到区域间神经连接模式的影响,也可能受到区域内神经活动模式的作用。尽管以往研究已从区域间功能耦合的角度对DMN的活动模式进行了考察,但是目前为止仍缺少对DMN区域内神经活动模式的系统探究,这不利于研究者充分明晰DMN的功能及其对反刍与抑郁的作用,也会导致我们无法深入理解反刍思维与抑郁之间的联系及背后的神经机制。

为解决上述问题,近期袁加锦教授团队在神经科学重要杂志Cerebral Cortex(中科院SCI一区)发表了题为《Temporal dynamic patterns of the ventromedial prefrontal cortex underlie the association between rumination and depression》的研究论文。该研究通过采集两个不同地区的实验样本,结合静息态fMRI方法考察了DMN的空间特征与时间动态模式,对DMN的区域内神经活动是如何作用于反刍倾向和抑郁风险进行了探究。

总体流程如图1所示,并在两个独立样本中进行重复验证。研究者首先使用传统的反刍量表(Rumination Response Scale, RRS)与抑郁量表(Beck Depression Inventory, BDI)测量被试的反刍倾向与抑郁风险,并进行相关性分析检验反刍倾向与抑郁风险的关系。接下来,研究者对静息态fMRI进行分析独立成分分析以识别出相应的DMN掩码,并通过DMN掩码计算分数低频振荡振幅(the fractional amplitude of low-frequency fluctuations, fALFF)和局部一致性(regional homogeneity, ReHo)作为衡量DMN空间特征模式的指标;计算赫斯特指数(the Hurst exponent, HE)和跨时间窗基于体素的功能一致性(the voxel-wise functional concordance across time windows , VC)作为衡量DMN时间动态模式的指标,然后,研究者又进一步分析反刍得分与DMN的空间特征及时间动态指标之间的相关性。考虑到DMN不同节点区域的异质性,采用模式回归分析(pattern regression analyses)的方法来考察哪些脑区对反刍倾向的贡献最大。最后,研究还使用中介分析探究这些空间特征和时间动态指标是否影响反刍倾向与抑郁风险之间的关系。

图1

 

 


两个样本基于独立成分分析识别出的DMN掩码如图2所示。相关性分析的结果显示反刍得分和抑郁得分呈正相关,表明个体的反刍倾向越高,其抑郁风险越大(图3 )。DMN亚区的相关分析结果显示前额叶皮层的时间动态指标(HE & VC)与个体的反刍得分成正相关(表1),这可能反映出反刍倾向越高的个体会伴随着更为持久且固化的自我参照过程。

图2


图3

 

表 1


研究采用基于多核学习(the multiple kernel learning (MKL))的模式回归分析考察不同大脑区域对反刍得分进行预测的贡献。分析结果发现前额叶皮层的时间动态模式能够预测个体的反刍得分(图4),进一步地,权重图显示出贡献最大的区域是腹内侧前额叶皮层(the ventromedial prefrontal cortex (VMPFC))(图5)。这些结果表明前额叶的不同区域对反刍倾向的敏感性存在差异,腹内侧前额叶皮层的时间动态性对个体的反刍倾向具有预测作用。

图4