游戏玩家的脑岛亚区结构与功能连接的异常

发布时间：2020-05-17 01:35

【摘要】：脑岛在成瘾中具有重要作用,但因其结构和功能都呈现出前后异质的分布式特征,必须从其具有功能和结构分化的亚区这一角度进行研究,才能更深入理解脑岛在成瘾中的作用。然而目前,尽管已有大量的研究探索了基于功能连接的脑岛亚区分割,以及脑岛不同亚区的功能连接在各类药物成瘾和行为成瘾(包括类成瘾)中的异常和病变,但是与脑岛有关的白质纤维连接在成瘾和类成瘾中的异常和病变,相关的研究数量却极其匮乏。与此同时,目前仅有的几篇基于结构连接的脑岛亚区分割研究存在方法学上的缺陷(如成像质量低,样本量小等)。因此,本研究结合优化的弥散成像技术和最新的基于纤维追踪的脑区分割方法,首先在大样本(N=98)上对脑岛进行了亚区分割,并且补充映射了每个亚区的结构连接和功能连接模式,以更清晰地阐明各个亚区的结构连接异质性以及可能的功能组织性。接着在具有类成瘾症状的游戏玩家中考察了脑岛各个亚区的白质纤维连接和静息态功能连接情况与正常个体的差异。研究一选取了98名大学生被试,收集了T1结构像和弥散张量成像数据;接着采用“基于纤维追踪的自动大脑分割流程”分析弥散张量成像数据,得出脑岛的不同亚区。另选取了25名大学生被试的独立样本,收集了T1结构像、弥散张量成像数据和静息态功能成像数据;通过比较不同亚区的白质纤维结构连接模式验证上述的结构亚区分割,并考察了不同脑岛亚区的静息态功能连接特点。结果发现,左侧脑岛可以分为前后两个亚区,而右侧脑岛可以分为背侧前脑岛、腹侧前脑岛和后脑岛三个亚区,这个结果与大部分前人研究中得到的脑岛亚区分割结果相似。独立样本还从脑岛结构亚区的白质纤维连接和静息态功能连接模式上也验证了脑岛的这种前后分化的异质性特点。双侧前脑岛主要与前额叶(包括眶额叶、背外侧前额叶)、边缘系统(前扣带回)、楔前叶、颞叶(颞上回/颞中回)、皮层下核团如壳核等区域存在更多的结构和功能连接,双侧后脑岛则更多地与中央沟盖、以及顶上小叶、顶叶岛盖等顶叶区域,感觉运动区域(中央后回、辅助运动区)等区域存在功能和结构上的连接;特别地,对于右侧前脑岛而言,前腹侧部分与眶额叶、前背侧部分与背外侧前额叶等的连接相对更强。研究二招募了20名长时间高度参与《英雄联盟》游戏的大学生,并接受《英雄联盟游戏成瘾问卷》的评估;另招募了21名各方面匹配的控制组大学生。所有被试依次完成了静息态功能成像、T1结构像以及弥散张量成像扫描。白质纤维连接的组间比较结果发现,相比控制组,游戏玩家组右侧脑岛三个亚区与默认网络区域(楔前叶)的白质纤维连接概率均显著降低,并且右侧脑岛与躯体感觉和视觉区域(右后脑岛与中央后回及距状裂周围皮层、右腹侧前脑岛与左侧楔叶)之间的白质纤维连接概率也同样显著下降。功能连接的分析结果则发现,脑岛亚区与全脑的功能连接的异常主要集中在颞上回、背外侧前额叶以及部分顶叶和枕叶区域。具体而言,相比于控制组,游戏玩家组的五个脑岛亚区都显示出与颞上回的功能连接更弱,并且其右腹侧前脑岛与辅助运动区、左侧丘脑的功能连接也更弱;同时,游戏玩家组的右侧后脑岛与左侧背外侧前额叶的功能连接则比控制组更强。并且,游戏玩家组的右侧三个亚区与双侧背外侧前额叶的功能连接均与成瘾分数呈正相关,且其左侧后脑岛与双侧中央后回的功能连接与成瘾分数也呈正相关。另一方面,游戏玩家组的左后侧脑岛与左侧额极以及大部分前扣回区域、右侧后脑岛与左侧角回及右侧距状裂周围皮层、右腹侧前脑岛与左侧海马旁回/海马及角回、右背侧前脑岛与左侧距状裂皮层、角回及颞横回之间的功能连接则均与成瘾分数呈负相关。综上所述,本研究首先在大样本上基于结构连接模式将脑岛分为了5个亚区(左边分为前后两个亚区,右边分为前背部、前腹部、后部三个亚区);并且揭示了具有类成瘾症状的游戏玩家个体的脑岛亚区与全脑的结构和功能连接的异常,这些异常主要体现在脑岛与其所在的突显网络区域(前扣带回)、以及默认网络区域(楔前叶、角回)、中央执行网络区域(背外侧前额叶)、感觉运动区域(中央后回、辅助运动区、枕叶)的连接中。研究结果提示,在具有类成瘾症状的游戏玩家中,脑岛对网络之间认知资源的调节转换机制、加工和整合躯体感觉运动信号的能力以及决策能力可能发生了潜在的异常变化。未来还需要更多的研究探讨各类成瘾中脑岛亚区的结构连接可能存在的异常,以便更好了解成瘾行为背后的脑机制,并开发出可能的成瘾预防和干预手段。
【图文】：

图 1 脑岛亚区在成瘾中的功能分化(改编自 Naqvi, Gaznick, Tranel, & Bechara, 2014)1.2.2 脑岛亚区在成瘾中的功能异常1.2.2.1 脑岛在成瘾中的内感受功能的异常脑岛作为内感受加工的中枢，它的主要作用是表征药物的内感受效应，将内感受知觉整合为一种有意识的情绪感受，并投射到基底外侧杏仁核、伏隔核、内嗅皮层、海马、前扣带回、眶额叶，通过这些区域进行中介，参与到动机、执行、社会、自我意识等过程 (Namkung et al., 2017; Martin P. Paulus, Stewart, & Haase, 2013)。药物的内感受效应往往被表征为一种因达成内稳态目标而产生的愉悦感受，其可作为奖赏的一部分，并进而强化药物的使用。其中，后脑岛表征快乐体验中的内感受刺激，而前脑岛，尤其是右侧前脑岛，当面临来自自身或外界的感受刺激时，从记忆中提取这些内感受的表征，然后将它们保持在心中，这体现在当刺激来临之前，右侧前脑岛预先激活，对刺激产生预感(Droutman et al., 2015; Naqvi et al., 2014)。这些证据证明了前脑岛所具有的回忆和保持表征的功能。

图 2 研究框架2.3 研究创新点与研究意义（1）本研究基于较为优化的弥散成像技术，并结合最新的基于白质纤维追踪的脑区分割技术，在更大的样本上试图对脑岛这一具有功能和结构异质性的区域进行较为准确的分割。克服了前人由于成像质量和处理技术可能出现的交叉纤维无法识别、由于被试样本量小而导致的个体差异变化较大等缺点，尽可能地改善当前领域中相关研究的不足，以更清晰地阐明脑岛各个亚区的结构连接异质性以及可能的功能组织性。（2）据我们所知，，在有关脑岛在成瘾中的异常或病变这一领域，本研究是第一项探究和揭示脑岛不同亚区与全脑的白质纤维连接在成瘾（更谨慎而言，是类成瘾）个体中的潜在异常的研究，在一定程度上地弥补了当前领域的空白，为未来进一步研究各类成瘾个体的脑岛结构连接异常和病变打下基础，也有助于应用到临床研究中，开发基于脑的干预方法，以完善成瘾患者的干预与治疗机制。
【学位授予单位】：西南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：B845.4

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本文编号：2667699