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心理所研究通過薈萃分析揭示反芻思維的默認網絡腦機制

  

    近日,中國科學院行為科學重點實驗室嚴超贛研究組在腦成像領域頂級期刊NeuroImage發表了題為《Rumination and the default mode network: meta-analysis of brain imaging studies and implications for depression》的薈萃分析論文。該文章探討了默認網絡三個子系統在反芻思維(rumination)中的作用,結果揭示反芻思維和默認網絡,尤其是核心子系統和背內側前額葉子系統的激活存在密切關系。

  反芻思維是一種特定的反應模式,是指個體對消極生活事件的原因、影響和后果的反復思考。雖然越來越多的研究報告反芻思維是一種跨診斷的現象,但它與抑郁密切相關。以往研究表明,反芻思維與重性抑郁障礙(MDD)的嚴重程度存在相關,能夠預測抑郁的發生和持續時間。此外,即使是健康個體,反芻思維越多,越有可能罹患抑郁,而且反芻思維能夠預測重性抑郁障礙患者的抑郁復發?!?/p>

  近年來,默認網絡(default mode network)受到研究抑郁癥的臨床神經科學家的關注。其與自我相關加工密切相關,有助于直觀地理解重性抑郁障礙患者反芻思維的神經機制。此外,有研究發現默認網絡的功能異常與反芻思維密切相關。以往研究通常將默認網絡作為一個整體,然而近年來Andrews-Hanna 等提出默認網絡可以劃分為三個功能不同的子系統,即:核心子系統(core subsystem),包括內側前額葉和后扣帶回,主要參與自我相關加工和協調另外兩個子系統之間的交互影響;背內側前額葉子系統(dorsal medial prefrontal cortex subsystem, dmPFC subsystem),包括背內側前額葉、顳頂聯合區、外側顳葉以及顳極,在心智化和心理理論加工中起著重要作用;內側顳葉子系統(medial temporal lobe subsystem, MTL subsystem),包括腹內側前額葉、頂下小葉后部、壓后皮質、旁海馬以及海馬結構,主要與自傳體記憶密切相關。

  以往研究者采用多種范式探討默認網絡在反芻思維中的作用,發現內側前額葉、后扣帶、背內側前額葉等默認網絡的關鍵腦區均呈現出激活,也發現喙側前扣帶、尾狀核、杏仁核和腦島也呈現出異常激活。雖然以往研究者對反芻思維神經機制的研究興趣日漸濃烈,但關于反芻思維的神經機制并沒有一致的認識。其中的可能原因包括不同研究的樣本量存在差異、人口學變量不同以及患者的臨床特征存在差異。反芻思維的薈萃分析對理解反芻思維的神經機制具有重要意義,然而目前并沒有相關研究。因此,該文研究者對反芻思維的相關腦成像研究進行一個薈萃分析,以便整合不同研究的結果,從而為理解反芻思維的神經機制提供一種綜合信息。

  該研究采用SDM(Signed Differential Mapping)軟件對反芻思維的腦成像研究進行薈萃分析。使用PubMed檢索截止2019年4月20日的反芻思維腦成像研究,從中選出14個符合篩選標準的研究,將這些研究中報告的坐標信息進行整理,然后放入SDM進行相關分析。將反芻思維和分心或控制條件進行對比后,得出反芻思維相關的大腦體素團塊(圖1)。

  

  圖1:反芻思維和分心或控制條件對比后的薈萃分析結果

  由于默認網絡在反芻思維中的重要作用,該研究采用Andrews-Hanna等(Andrews-Hanna et al., 2014)提出的關于默認網絡子系統劃分的大腦模板(圖2左側),考察與默認網絡子系統重疊的反芻思維相關體素數量。結果顯示與反芻思維相關的體素有49.7%位于核心子系統,18.2%位于背內側前額葉子系統,7.3%位于內側顳葉子系統。同時,該研究還提取了位于這三個子系統的反芻思維相關體素的Z值,結果進一步證實核心子系統呈現出最高的一致性激活(圖2右側)。

  

  圖2:默認網絡子系統示意圖(左側)

  三個子系統每個體素Z值的小提琴圖(右側)

  為了進一步驗證這一發現,該研究采用Andrews-Hanna等界定的關于默認網絡三個子系統的11個ROIs(region of interest),然后將這些ROIs投射到默認網絡的三個子系統上(圖3左側),并提取其Z值,結果進一步驗證了核心子系統和內側顳葉子系統對反芻思維的影響較大(圖3右側)。

 

  圖3:默認網絡子系統ROIs投射到薈萃分析結果的示意圖(左側)以及這些ROIs的Z值分布圖(右側)

  此外,該研究采用Yeo等(Yeo et al., 2011)提出的大腦七網絡分區進一步考察了反芻思維相關體素在這些腦網絡上的分布情況。通過計算反芻思維相關體素在七網絡中的分布比例,發現默認網絡中有31.3%的體素與反芻思維相關,而其他各網絡相關的比例均小于10%(圖4左側)。該研究還進一步將反芻思維激活的體素根據七網絡分區進行了分類,計算七網絡中每一個網絡的體素在所有顯著體素中占到的百分比,結果顯示與反芻思維相關的所有體素中有66.2%的體素被劃分到默認網絡中,而劃分到其他各網絡的體素比例均小于10%(圖4右側)。

圖4:與七網絡分區重疊的反芻思維相關體素的百分比

  研究結果證實,默認網絡是反芻思維的潛在神經機制,尤其是核心子系統和背內側前額葉子系統,與反芻思維關系最為密切。這兩個腦網絡在心智化和自我相關加工中起著重要作用。研究結果與已有關于反芻思維的假設相一致,即陷于反芻思維的個體主要聚焦于他們當前的心理狀態以及與之相關的自傳體記憶,而很少思考未來。研究結果與先前對抑郁癥患者和健康對照組的反芻思維進行對比的研究相一致,即抑郁患者與健康對照組相比,呈現出內側前額葉、后扣帶回、背內側前額葉以及顳葉的異常激活。此外,也有研究發現,抑郁癥患者在反芻思維狀態下呈現出內側顳葉活動降低,同時伴隨前額葉激活增強的現象。這與本研究中發現的內側顳葉在反芻思維中活動較少相一致。

  以上研究結果提示,通過促進關于當前和未來新異刺激的心智建構進而增強內側顳葉的激活可以作為治療抑郁癥的潛在靶點。與之相似,采用重復經顱磁刺激(rTMS)抑制背內側前額葉子系統的活動,從而減弱患者心理理論的相關加工也可作為治療抑郁癥潛在機制??傊?,該研究結果為減少反芻思維以及抑郁癥的治療提供了來自神經科學方面的證據。

  該文章第一作者為心理所助理研究員周會霞,通訊作者為心理所研究員嚴超贛。該研究受中國科學院百人計劃、國家自然科學基金(81671774、81630031),國家重點研發計劃(2017YFC1309902)等項目支持。

  論文已在線發表于NeuroImage

  論文信息:

  Zhou, H. X., Chen, X., Shen, Y. Q., Li, L., Chen, N.X., Zhu, Z. C., Castellanos, F. X., Yan, C. G. (2019). Rumination and the default mode network: Meta-analysis of brain imaging studies and implications for depression. NeuroImage,

  
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