Rice Functional Disrupted Disrupted in Internet Addiction Disorder: A Resingance Magnetic Functional Functional Imaging Study Study (2014)

astrattu

U disordine di a dipendenza da Internet (IAD) hè sempre più ricunnisciutu cum'è disordine di salute mentale, in particulare in adolescenti. A patogenia assuciata cù IAD, tuttavia, ùn hè micca chiaru. In questo studiu, scopu di esplorà e caratteristiche funzionali encefaliche di l'adolescenti IAD in riposo usando i dati di risonanza magnetica funzionale. Avemu adottatu un approcciu teoreticu di graficu per investigà e interruzzioni di a connettività funzionale in termini di proprietà di rete cum'è micca mondanza, efficienza è centralità nodale nantu à l'adolescenti 17 cun IAD è controlli sani I test parametrici corretti à tasso di scoperta falsa sò stati realizati per valutà a significatività statistica di differenze topologiche in rete di gruppo. Inoltre, una analisi di correlazione hè stata fatta per valutà e relazioni tra a connettività funzionale è e misure cliniche in u gruppu IAD. I nostri risultati mostranu chì ci hè interruzione significativa in u connectome funzionale di i pazienti IAD, in particulare tra e regioni situate in i lobi frontali, occipitali, è parietali. E cunnessioni afectate sò cunnessioni lunghe è inter-hemisferiche. Benchì cambiate significativu per e metriche nodali regionali, ùn ci hè nisuna differenza in a topologia di a rete globale tra IAD è gruppi sani. In più, l'analisi di a correlazione dimostra chì l'umoranze regiunali osservate sò correlate cù a gravità di IAD è a valutazioni cliniche di comportamentu. I nostri risultati, chì sò relativamente cunsistenti tra l'atlanti anatomichi è funziunali, suggerenu chì IAD cause perturbazioni di a connettività funzionale è, impurtante, chì tali interruzzioni puderianu legà à discrizzioni comportamentali.

Citation: Wee CY, Zhao Z, Yap PT, Wu G, Shi F, et al. (2014) Rottura Fattu Rete Funziunale in Disorder di dipendenza da Internet: Un Studiu Di Riprese Di Risonanza Magnetica Funzionali Di Spulcinatu. PLoS ONE 9 (9): e107306. doi: 10.1371 / journal.pone.0107306

Scrittori: Satoru Hayasaka, Wake Forest School of Medicine, Stati Uniti d'America

Received: Gennaio 20, 2014; Accettate: Agostu 11, 2014; Publicatu: September 16, 2014

Drittijiet di u copyright: © 2014 Wee et al. Ciò hè un articulu aperta d'accessu distribuitu sottu i termini di u Creative Commons Attribution License, chì permette l'usu senza restriction, distribuzione è ripruduzzione in qualsiasi sustegnu, basta chì l'autore originali è a fonte sò accreditati.

Funding: Stu travagliu hè statu sustinutu in parte da l'Instituti Naziunali di Salute (NIH) cuncede EB006733, EB008374, EB009634, AG041721 è CA140413, è ancu da a Fundazione Naziunale di Scienze Naturali di a Cina (81171325) è u Prugramma Naziunale di R&D di Tecnulugia Chjave 2007BAI17B03. I finanziatori ùn anu avutu alcun rolu in u cuncepimentu di studiu, a raccolta è l'analisi di dati, a decisione di publicà, o a preparazione di u manoscrittu.

Interessi rivali: I autori anu dichjaratu chì ùn ci n'hè interessu contraria.

I MUVRINI

A so situazione hè stata annunziata chì l'usufruzione di Internet pò cundutà caratteristiche alterate di cumpurtamentu chì sò simili à quelle trovate in a dipendenza di e sostanze è di u ghjocu patologicu [1], [2]. Cume u numeru di utenti di internet in l'ultimi dicennii, u prublema hè stata sempre cunsiderata cum'è un prublema seria di salute [3]. Le dipendenze da Internet, è dipendenza da computer in generale, parenu esse un fenomenu diffusu, affettuendu milioni di individui in i Stati Uniti è in i strumenti esterni, cù i tassi più alti d'incidenza scontri in i adolescenti è studianti di u regnu in sviluppu di l'Asia [3]-[7]. L'effettu di a sovraesposizione di Internet durante a ghjovana adulta hè di particulare significatu clinicu è di a sucietà, cum'è l'adolescenza hè un periodu di cambiamenti significativi in ​​neurobiologia in u scopu di a decisione [8] per chì pruove una più alta suscitabilità à patologie affettive è dipendenza [9]-[11]. Da u travagliu seminale di Young [2], a dipendenza da internet hà attiratu un'attenzione significativa da i sociologi, i psicologi, i psichiatri è l'educatori.

I caratteri clinichi di i prublemi di comportamentu in quantu à l'usu di internet sò statu descritti cù vari criterii diagnostichi, cum'è u disordine di a dipendenza da Internet (IAD) [12], usu internet patologicu [13], è aduprà l'internet problematicu [14]. U IAD hè statu classificatu cum'è un disordine di cunsegnu di l'impulsu, cume si basa sull'usu di l'adattamentu disadaptatu à l'internet senza alcun ubduchjuu, simili à u ghjocu patologicu. IAD manifesta caratteristiche simili ad altre dipendenze, compreso lo sviluppo di difficoltà accademiche, finanziarie e occupazionali a causa di comportamenti dipendenti e problemi in sviluppare e mantenere relazioni personali e familiari. L'individuali chì soffre di IAD passeranu più tempu in solitudine, chì à sua volta agisce in u so funzionamentu sociale normale. In i peggiori casi, i pazienti pò avè sperimentu disagiu fisicu o prublemi medichi cum'è a sindrome di tunnel carpali, occhi asciutti, maldiu di schiena, cefalea grave, irregolarità in mangia, è u sonnu disturbatu [15], [16]. In più, i pazienti sò spessu resistenti à u trattamentu di l'IAD è anu avutu un elevatu ritmu di ricaduta [17], è assai di elli sò affugati di altri vici, cume a dipendenza da droghe, alcol, ghjoci, o sessu [18].

Mentre IAD ùn hè ancu cunsideratu cum'è una dipendenza o disturbi mentali in u DSM-5 [19], esistenu abbondanti studii, basatu soprattuttu nantu à i questioni psicologichi autodizonesi, chì mostranu conseguenze negative in a vita quotidiana in termini di componenti comportamentali, fattori psicosociali, gestione di i sintomi, comorbidità psichiatrica, diagnosi clinica è risultati [6], [20]-[23]. Oltre à queste analisi basate sul comportamentu, e tecniche di neuroimaging sò state applicate di recente per esplorà l'effettu di u eccessivu di u sovraccaraghju nantu à e caratteristiche strutturali è funzionale di u cervellu umanu [7], [24]-[29]. A riparazione di a risonanza magnetica funzionale di u statu di riposa (R-fMRI), un efficace in vivo strumentu per investigà e attività neuronali di u cervellu, hè ancu impiegatu per identificà possibili interruzzioni di e caratteristiche funzionali encefaliche in IAD [24], [26], [27], [30]. in [27]l'analisi di l'omogeneità righjunale (ReHo), chì misure a cunsistenza di a fluttuzioni à basse frequenze naziunale (LFF) in a rete cerebrale, hà rivelatu una maghjine maggiore tra regioni di u cervellu in i percorsi di premiazione in i pazienti IAD. Un studiu simile di individui cun dipendenza di i ghjochi in linea (OGA) pruverava aduprà l'amplitudine aumentata LFF in a crosta orbitofrontale mediale di sinistra, chì hà i ligamenti anatomici à parechje regioni in relazione à a decisione dirigita da u scopu, da biomarker per a malattia [30]. Hong et al. utilizzava a statistica basata su rete (NBS) per analizzà e differenze di gruppu in a connettività funzionale interregionale tra IAD è gruppi di controllo, è diminuita generalmente a connettività funzionale in u gruppu IAD cun, in particolare, senza interruzione globale di topologia globale di rete [26]. In un altru studiu basatu di connettività funzionale, alterazioni in a connettività di rete predefinita sò state esplorate usando a corteccia cingulata posteriore (PCC) cume una regione di semi. [24]. I risultati mostranu una connettività funzionale aumentata trà u cerebulu bilaterale di u lobo posteriore è u gyrus temporale mediale, è dinù una micca connettività trà u lobule parietale bilaterale inferiore è u gyrus temporale inferiore dirittu.

In u studiu attuale, applichu approcciu di teoria grafica per analizzà u IAD basatu nantu à dati R-fMRI. Prima valutamu u significatu di a perturbazione di a connectività funzionale usendu testu parametrichi cun tormentazione multipla di cumparazione. Questo ci permette di esplorà pienu di u u mudellu cumpletu di cervelli cunnessioni funzionali e lu modelli di connettività trà rete di larga scala [31]. Dopu, esaminemu e interruzzioni di connettività associate à l'IAD in termini di proprietà di rete globale, cumprendu e prupietà di a piccula mundanità (vale à dì, u coefficiente di raggruppamentu è a lunghezza caratteristica di u percorsu) è l'efficienza di a rete (vale à dì, l'efficienza glubale è lucale) nantu à un regime di picculu mondu. Terzu, cù a listessa gamma di sparsità di rete, valutemu l'importanza funzionale di una rete tenendu in considerazione a relazione di una regione cù tuttu u cunnessomu funzionale [32] basatu nantu à e misure di centralità di ogni ROI. Sò motivati ​​à aduprà a centralità di a rete à meglio localizà le regioni interrotte à livellu più locale. Infine, esploramu relazioni trà metriche di rete è puntuazione comportamentale è clinica di i participanti. L'individumentazione di a cunnessione trà e proprietà di a rete è u risultatu clinicu aumentanu a nostra cunniscenza di patulugia di dipendenza è fornisce una visione vitale per u sviluppu di tecniche più affidabili di diagnosi IAD.

Materiale è Metodi

participanti

Trenta-tre participanti di litturia, chì cunservanu adolescenti 17 cun IAD (uomini 15 è donne 2) è soggetti di cuntrollu sani (HC) di u 16, di età, è d'educazione (uomini 14 è donne 2), anu participatu à stu studiu . I pazienti sò stati recrutati da u Dipartimentu di a Psichiatria per i Figliuli è Adolescenti, u Centru di Salute Mentale di Shanghai, a Scuola di Medicina di l'Università di Shanghai Jiao Tong. I soggetti di cuntrollu sò stati recrutati da a cumunità locale aduprendu publicità. U studiu hè statu appruvatu da u Cummerciu Eticu di Ricerca Medica è u Cunsigliu di Revisione Istituzionale di u Centru di Salute Mental di Shanghai in cunfurmità cù a Declarazione di Helsinki, è u permissiu informatu scrittu cumpletu hè uttenitu da i genitori / tutori di ogni participant.

A durata di IAD hè stata stimata per mezu di una diagnosi retrospettiva. Tutti i sughjetti sò stati invitati à ricurdà u so stile di vita quandu eranu inizialmente dipendenti da Internet. Per validà a so dipendenza da Internet, i pazienti sò stati ripresentati secondu u Questionario di Diagnosticu Young (YDQ) modificatu per i criteri di dipendenza da Internet da Beard and Wolf [33], è a fiducia di l'UGP autoreferente hè stata cunfirmata cù intervista cù i so genitori. I pazienti di u IAD spesi almeno ore à ghjornu in Internet o in ghjocu in linea, è ghjorni à settimana. Avemu verificatu queste informazioni da i compagni di stanza è i cumpagni di classe di i pazienti chì spessu insistianu per esse in internet tardi a notte, disturbendu a vita di l'altri malgradu e cunsequenze. Nota tutti i pazienti sò stati dipendenti da Internet almenu o più di 2 anni. I dettagli di u YDQ modificatu per i criteri di dipendenza da Internet sò furniti in Archive S1.

Dopu in precedenza a ricerca IAD [34], solu i HCs chì trascinavanu menu di ore 2 (l'ora passata = ) per ghjornu nantu à Internet sò stati inclusi in u studiu attuale. U gruppu HC hà spesu ghjorni à settimana nantu à internet. I HC sò stati ancu testati cù i criteri YDQ modificati per assicurà chì ùn soffrinu micca di IAD. Tutti i participanti recrutati eranu parlanti nativi di Cinese è ùn avianu mai adupratu sostanze illegali. Nota chì u YDQ mudificatu hè statu traduttu in Cinese per a cunvenzione di i participanti. Per ghjustificà ulteriormente i risultati di a diagnosi, un'altra misura diagnostica IAD, Young's Internet Addiction Scale (YIAS) [35], hè andatu per ogni participanu. U YIAS hè un questariu di u articulu 20 sviluppatu da u Dr. Kimberly Young per valutà u gradu di a dipendenza da Internet. It categorizza i utilizatori di internet in tre gradi di gravità basatu annantu à un schema di punteggi di u puntu 100: l'utitore online mite Punti), Utente online moderatu ( punti), è severu utente in linea ( punti).

Oltre à a diagnosi di IAD per mezu di YDQ modificatu è YIAS, e cundizioni comportamentali di i pazienti IAD sò ancu valutati aduprendu parechje questioni cumportate da u comportamentu: Barratt Impulsiveness Scale-11 (BIS-11) [36], Scale di Disposizione di Gestione di u Tempu (TMDS) [37], Questionario di punti di forza è di difficoltà (SDQ) [38], è Dispositivu di Valutazione di a Famiglia McMaster (FAD) [39]. Sia e versioni di u zitellu è di i genitori di SDQ sò stati impiegati in u studiu. I dettagli di questi questionarii sò forniti in Archive S1.

Prima di esse intervistatu per storia medica, tutti i participanti sò stati sottoposti à un esaminamentu fisicu semplice (test di pressione sanguigna è di testu di battitu cardiacciu) per escludere patologie fisiche in i movimenti, sistemi digestivi, nervosi, respiratori, di circolazione, di sistema endocrinariu, urinariu è riproduttivo. I criteri esclusivi includenu: 1) una storia di disordini psichiatrici è psichiatrici cumorbidi, cume u disordine d'ansia, depressione, compulsività, schizofrenia, autismu o disturbi bipolari; 2) una storia di abusu di droghe o di dependenza; 3) una storia di patologie fisichi in u movimentu, sistemi digestivi, nervosi, respiratori, di circolazione, di sistema endocrinale, urinariu è riproduttivu; è 4) gravidanza o periodu mestruu in donne durante u ghjornu di a scansione. Questa pratica esclusiva hè impurtante per assicurà chì i participanti à stu studiu ùn sò micca cullivati ​​da altri disturbi fisici, neurologichi o neuropsichiatrici è riducenu cusì possibili pregiudiziu in i risultati ottenuti. L'informazioni demografiche dettagliate è e punteggi clinichi sò forniti in Table 1.

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Tabella 1. L'informazione demografica di i participanti coinvolti in stu studiu.

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Acquisizione di dati è Pripurimentazione

L'acquistamentu di i dati hè statu fattu cù un scanner 3.0 Tesla (Philips Achieva). E immagini funzionali di u statu di riposa di ogni participanu sò state impiegate cun tempu d'eco (TE) = 30 ms è tempu di ripetizione (TR) = 2000 ms. A matrice per l'acquistu era 64 × 64 cù un FOV rettangulari di 230 × 230 mm², è a risoluzione di voxel di 3.59 × 3.59 × 4 mm³. A scansione hà inclusu i volumi 220 per ogni participant. Durante l'acquistamentu di i dati, i partecipanti sò stati dumandati à ghjacà tranquillamente in u scanner cù l'ochji chjusi. Benchè micca usata tecnica o apparecchiatura in più per misà sì chì i sughjetti anu tuccatu i so ochji chjusi, i sughjetti cunfirmanu chì eranu cunnosciuti è tenevanu l'ochji chiusi durante a scansione.

L'upprocessing di dati hè statu fattu cù un pipeline standard in duie caselle d'uttramentu R-fMRI, DPARSF [40] è REST [41]. Prima di ogni prucessamentu, i primi volumi 10 R-fMRI di ogni sughjettu sò stati scartati per avè u equilibriu di magnetizzazione. I volumi R-fMRI vennu normalizzati à u spaziu MNI cù risoluzione 3 × 3 × 3 mm³. A regressione di i segnali nocivi cumprisa ventriculi, materia bianca, è signali globali. Nulla di i participanti sò stati esclusi basatu nantu à u criteriu di u spostamentu di più di 3 mm o di una rotazione angulare di più di i gradi 3 in ogni direzzione. Per minimizà ancu e effetti di u muvimentu capu, usamu Friston 24-a currezione di parametri è ancu a spostamenta media di voxel-specifica framewise (FD) [42] cun soffice FD di 0.5. Prima di a stima di a connettività funzionale, a serie tempora media di R-fMRI di ogni ROI era filtru passà di banda ( Hz).

Costruzione di Rete è Analisi di Connessioni Individuale

L'analisi teorica di u graficu hè stata aduprata in questu studiu per investigà alterazioni funzionali di a connectome cerebrale causata da l'IAD in un gruppu di adolescenti cinesi. I reti cerebrali funzionali sò stati costruiti à un livello macroscale in cui i nodi rappresentanu e regioni cerebrali predefinite e l'aspetti rappresentano la connettività funzionale di stato di riposo interregionale (RSFC). Per definisce i nodi di rete, abbiamo parcellatu u cervellu in regioni di interessu (ROI) da deformazione di e immagini fMRI à l'atlasu Automated Anatomical Labeling (AAL) [43]. E Regioni basate sull'atlasu AAL sò enumerati in Tavola S1 in Archive S1. A serie tempu rapprisentiva di ogni ROI hè tandu stata ottenuta mediaizendu a seria tempu regressa sopra tutti i voxels in ogni ROI individuale. Per a misura di RSFC interregiunale, avemu calcolatu a parallela Pearson per tutti i possibili (() = 4005) Coppia di ROI è custruita una matrice di connettività simmetrica per rapprisenta queste cunnessioni. Avemu analizzatu e differenze di livellu di gruppu tra ogni coppia di ROI in termini di forza di cunnessione. E differenze significative per ogni cunnessione funzionale sò state valutate usando univariate di massa (bi-coda) -pruvie cù una soglia di è a correzione di u cuntrollu falsu (FDR).

Metriche di Rete è analisi di caratteri

A matrice di connettività funzionale basata nantu à a correlazione Pearson hè densamente cunnessa, cù parechji elementi spuri, à bassa forza. Per mudellà megliu e rete di u cervellu umanu, chì presentanu pruprietà di u mondu chjucu, a matrice di connettività funzionale di ogni individuu hè stata ulteriormente trattata per avè una gamma di sparsità chì rientra in u regime di u picculu mondu () [44]-[48]. Stu regimu assicura caratteristiche relativamente piccole à u mondu di u minimu per e reti di cervelli di ROI 90 [44]. In particulare, a matrice di correlazione di Pearson di ogni sughjettu hè stata trasformata in matrici di adiacenza binarizata, , sicondu u sparsity predefinitu, induve tuttu esse inizialmente stabiliti à unu, è quì l'elementi chì corrispondenu à i valori più bassi di correlazione sò ripetutamente messi à zero finché un certu livellu di sparsity hè ottenutu. Basatu annantu à queste reti, abbiamo impiegato a metrica di rete cusì globale è righjunale per analizzà l'architettura cumunale è a centralità nodale righjunale di e reti cerebrali per u cumparamentu di u gruppu. I metriche globali impiegate includenu parametri di picculu mondu, cioè u coefficiente di clustering () è a lunghezza di u parcorsu tipica () [49], [50], oltre à l'efficienza di a rete globale () è l'efficienza di a rete locale (). Inoltre, abbiamo calculatu versioni normalizate di queste misure usando e rete à l'azardu (, e ) per garantisce una pruprietà di u mondu scussu di e reti di cervelli custrutti. Definiamo una rete cum'è micca-mondu, s'ellu risponde à i trè criteri seguenti: , , è u rapportu di u mondu scuntu, . Tre metriche di centralità nodale - gradu (), efficienza (), è cumuneries () - di ogni regione cerebrale sò state calcolate per investigà e caratteristiche locali di a rete funzionale [44], [46].

Per investigà statisticamente e differenze tra i gruppi, avemu realizatu dui-codini, dui-campioni -pruvie cù una soglia di (FDR correttu) per ogni metrica di rete (globale è righjunale) basata nantu à u spaziu sottu curva (AUC) di ogni metrica di a rete custruita da u regime di u mondu small [48]. AUC fornisce un riassuntu di e caratteristiche topologiche di e reti di cervelli nantu à tuttu u regimu di u mondu di picculu mondu, inveci di solu cuntrullà a topologia à una sola soglia di sparsità. [44], [51]. In particulare, per ogni metrica di a rete, primu calculu u valore AUC di ogni sughjettu individuale in reti cun diversi livelli di sparsity è dopu effettuatu duie campioni -vene à quantificà statisticamente a differenza di livellu di gruppu tra IAD è gruppi sani. È interessante dighjà chì, prima di i testi statistichi, avemu applicatu regressioni lineari multipli per rimuovere gli effetti di età, sesso è educazione, è ancu e so interazioni [31], [52]-[54].

Affidabilità è Ripetibilità cù l'Atlas Funzionale

In u studiu attuale, e rete di connettività funzionale sò state costruite à u livellu righjunale parcellendu u cervellu tutu in RIs di 90 basatu sull'atlas d'AAL. Tuttavia, hè stata dinò annunziata chì e reti cerebrali derivevuli di diversi schemi di parcelazione o chì utilizanu scale spaziali diversi ponu esprime architetture topologiche distinte [55]-[57]. Per valutà l'affidabilità è a ripetibilità di i nostri risultati, avemu ripetutu l'esperimenti aduprendu l'atlas funzionale di Dosenbach [58]chì spartisce u cervellu umanu in RON di 160, cum'è u cerebellu. In questu atlasu, ogni ROI hè definitu cum'è una piazza 10 mm di diametro chì circonda un puntu di seme selezionatu, è a distanza trà tutti i centri di ROI hè almenu 10 mm senza sporgenza spaziale, perciò certi spazii di u cervellu ùn sò micca coperti da l'insieme di ROI.

Relazioni tra Metriche di Rete è Punto Comportamentali

Per e regioni (basate nantu à l'atlasu AAL) chì mostranu discrepanifiche significative à u livellu di u gruppu in a centralità nodale righjunale, usamu a currelazioni Pearson di pairwise (, FDR corregitu) per analizà e relazioni trà e pruprietà di rete di ogni regione è i punteggi comportamentali di un individuu. Specificamente, in l'analisi di correlazione, e metriche di rete sò state trattate cum'è variabili dipendenti, mentre i punteggi comportamentali, cioè, BIS-11, TMDS, SDQ è FAD, sò stati trattati cum'è variabili indipendenti. Per capisce ulteriormente a relazione trà e regioni cerebrali affette è a gravità di a malattia, avemu ancu calculatu u coefficiente di correlazione Pearson trà e caratteristiche di rete è i punteggi YIAS.

Risposte alla lingua

Caratteristiche demografiche e cliniche

Ùn ci hè nisuna differenza significativa in quantu d'età, sessu è anni d'educazione (tutti cun ) tra i gruppi IAD è HC. Tuttavia, ci sò differenze significative in l'usu d'internet in termini di ghjorni à settimana () ore è ghjorni (). Mentre ùn ci hè nisuna differenza significativa trà i gruppi per i punteggi BIS-11 è TMDS (tutti cù ), u SDQ-P (), SDQ-C (), è FAD () i punteggi sò significativamente più alti in u gruppu IAD, cum'è mostra Table 1 e figura 1. Particularmente, u YIAS (), a misura clinica aduprata per classificà IAD, mostra a differenza di livellu di gruppu più significativa.

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Figura 1. Differenze tra i gruppi in termini di misure cliniche è comportamentali.

(YIAS = Scala di Dipendenza da Internet di Young, BIS-11 = Scala di Impulsività Barratt-11, TMDS = Scala di Disposizione di Gestione di u Tempu, SDQ-P = Punti di Forza è Difficultà Versione parentale di u Quistiunariu, SDQ-C = Punti di Forza è Difficultà Versione per i zitelli, FAD = McMaster Dispositiu di Valutazione di a Famiglia).

doi: 10.1371 / journal.pone.0107306.g001

Connettività funzionale individuale

Rispugendu à u gruppu HC, solu trè cunnessioni funzionali anu avutu alterazione significativa dopu a correzione di FDR. Due cunnessioni inter-hemisferiche, una trà u girò angulare sinistro (lobo parietale) è a cortex orbitofrontale mezu dirittu (lobe frontale) è un altru fra u gyrus fusiformi di sinistra (lobo occipitale) è u giro angular giusto (lobo parietale), presentanu forza di connettività aumentata in IAD pazienti. Una cunnessione intremisferica, trà u caudatu dirittu (corteccia subcorticale) è gyrus supramarginale diritta (lobi parietale), mostra una connectività diminuita in u gruppu di malattie. Queste cunnessioni funzionale alterate significativamente sò illustrate in figura 2. I cunnessioni di culori rossi è blu significanu a connettività funzionale aumentata è diminuita, rispettivamente, in u gruppu IAD. Notate chì a maiò parte di e cunnessioni funziunali affette includenu regioni situate in l'emisferu drittu è lu lobi parietale.

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Figura 2. Cunnessioni funziunali alterate significativamente in i pazienti IAD (FDR corretti).

Rossu: a connettività funzionale aumentata, Blu: diminuita a connettività funzionale. (FRO: Frontal, INS: Insula, TEM: Temporal, PAR: Parietal, OCC: Occipitale, LIM: Limbic, SBC: Subcortical). Questa visualizazione hè creata cù u pacchettu BrainNet Viewer (http://www.nitrc.org/projects/bnv) è i Circos (http://circos.ca/).

doi: 10.1371 / journal.pone.0107306.g002

Caratteristiche globali di e Rete Funziunali

Abbiamo esploratu e prupietà topologiche di e rete cerebrale funzionale intrinseca confrontendu i so comportamenti di u mondu scuntu cù reti casuali paragonabili nantu à più livelli di sparsity di rete . In particulare, abbiamo studiatu i parametri di u mondu scuntu (per esempiu, u coefficiente di raggruppamentu, a lunghezza caratteristica di u parcorsu è u rapportu di u mondu small ), oltre à l'efficienze mondiali è locali. E reti aleatori aduprati in u studiu hà preservatu u numaru di nodi è bordi, è a distribuzione di gradu di e reti di cervelli veri in a guardia da a tecnica ripresenta in [59]. Analisi statistica cù duvule campioni test (, FDR correttu) nantu à i valori di AUC nant'à u regime di u mondu small (manifestu) ùn hà mostratu nisuna differenza significativa tra i gruppi IAD è HC in termini di prublemi di rete globale.

Caratteristiche Nodali Regiunali di Rete Funzionali

Malgradu a topologia cumuna à u mondu scussu, ci sò state significative differenze di livellu di gruppu in a centralità nodale righjunale. In questu studiu, cunsideremu una regione di u cervellu per esse significativamente alterata in u gruppu IAD s'ellu hè à u minimu unu di i so trè metriche nodali righjunali -valuazione più chjura di 0.05 (FDR corretta) basata nantu à i so valori AUC. Table 2 riassume le regioni chì sò cambiate significativamente in i pazienti IAD. Rispuntendu à u gruppu HC, i pazienti IAD mostranu alterazioni di centralità nodale predominanti situati in u lobule parietale di sinistra inferiore (IPL), talismanu sinistru (THA) è altre regioni cume u sistema limbicu, in particulare u gyrus cingulatu anteriore dirittu (ACG) è dirittu gyrus medio cingulate (MCG). Di rimarciu, l'IPL è l'ACG sò componenti di a rete in modalità predefinita (DMN), chì hè stata in precedenza legata à a connettività alterata in a dipendenza di a sostanza [60]-[62].

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Tabella 2. Regioni chì mostranu centralità nodali anormali in i pazienti IAD in comparazione cun controlli sani (HC) basatu annantu à l'atlas d'AAL.

doi: 10.1371 / journal.pone.0107306.t002

Affidabilità è Ripetibilità cù l'Atlas Funzionale

Quandu l'atlas di Dosenbach hè adupratu per definisce ROI, differenze significative di gruppu sò osservate principalmente in e cunnessioni frontali è parietali à u cerebellem. Queste scoperte sò riassunte in Table 3. Benchì queste cunnessioni differiscenu da quelli identificati basatu nantu à l'atlas AAL, a più cunnessioni interrotte implicanu e stessi lobi di u cervellu, fora di e regioni di u cerebellu. In termini di metriche di rete globale, ùn truvemu micca a differenza tra i gruppi IAD è HC, simili à i risultati basati nantu à l'atlas d'AAL. Per e metriche di rete locale, avemu trovu chì alcune di e regioni identificate si trovanu spazialmente vicinu à e regioni identificate basate sull'atlasu AAL, cum'è ACG è THA cum'è da Table 4.

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Tabella 3. Connessioni funzionali in i individui IAD chì hà sperimentatu alterazioni significative basate sull'atlas di Dosenbach.

doi: 10.1371 / journal.pone.0107306.t003

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Tabella 4. Regioni chì mostranu centralità nodali anormali in i pazienti IAD paragunati cù controlli sani (HC) basati annantu à l'atlas di Dosenbach.

doi: 10.1371 / journal.pone.0107306.t004

Relazioni tra Metriche di Rete è Misure di Comportamentu

Ùn ci hè significativu (, FDR correttu) correlazione trà metriche di rete globale (, , , e ) è punteggi clinichi è comportamentali. Tuttavia, i metriche nodali righjunali in parechje regioni sò significativamente (, FDR correttu) correlatu cù i punteggi comportamentali è clinichi. L'acghjettu dirittu hè positivamente correlatu cù u score di YIAS. L'MCG ghjustu hè positivamente correlatu cù u spartitu YIAS. A THA sinistra hè correlata cun una valutazione di YIAS è SDQ-P. Tuttavia, l'IPL di sinistra ùn hè micca micca correlatu à alcun puntuu comportamentale o clinicu. E regioni cerebrali chì sò significativamente correlati cù u punitu comportamentale è clinicu sò dimostrati in figura 3.

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Figura 3. E regioni cerebrali chì sò significativamente correlati cù i punteggi comportamentali è clinichi in u gruppu IAD (FDR corretti).

St'illustrazione hè stata creata cù u pacchettu BrainNet Viewer (http://www.nitrc.org/projects/bnv). (YIAS = Young's Internet Addiction Score, BIS-11 = Barratt Impulsiveness Scale-11, TMDS = Scala di Disposizione di Gestione di u Tempu, SDQ-P = Forze è Difficultà Quistiunariu versione parentale, SDQ-C = Punti di forza è Difficultà Versione per i zitelli.).

doi: 10.1371 / journal.pone.0107306.g003

Articulu discussione

Alterazioni di a Connectivity funzionale individuale

Insights in u meccanisimu di u sviluppu di u cervellu umanu hè impurtante per una migliore comprensione di i fondamenti patologichi di i disordini chì affettanu i zitelli è l'adulescenti, purtendu à un trattamentu precoce pussibule. Basatu annantu à l'analisi teorica di u graficu di i dati R-fMRI, hè statu suggeritu chì l'organizazione funzionale di u cervellu umanu matura è evolve da a zitiddina à l'adolescenza à l'età adulta seguendu una tendenza unica - una più grande segregazione funzionale in i zitelli è una maggiore integrazione funzionale in adulti in u livellu di u cervellu sanu [63]-[66]. In particulare, l'organizazione di e reti cerebrali funzionale cambia da connettività locale à una architettura più distribuita cun sviluppu [63], [66]chì i adulti anu tendenu à avè una connettività funzionale à più poca distanza à parechji è una connettività funzionale di più a più a più larga ch'è i zitelli [65].

I nostri risultati ghjunghjenu chì e cunnessioni disturbate osservate in IAD, ancu puru solu un graffu dopu per a correzione di FDR, sò cunnessioni funzionali di razza è inter-hemisferiche chì sò impurtanti per a cumunicazione di a distanza in u cervellu umanu. A perturbazione di e cunnessioni inter-emisferiche è di longu andà hè un sintumu cumunu in parechje anomalie di u comportamentu, cum'è l'autismu [67]-[70], schizofrenia [71], dipendenza da oppioidi [72], [73], è a dipendenza da cocaina [74]. L'impotenza di e cunnessioni di razza à longu andà pò esse vistu cum'è un fallimentu di u prucessu di integrazione in una rete funzionale distribuita di u cervellu umanu [63], [64], [75], una deviazione da a traiettiva di u neurodu di sviluppu normale. Quì, spieghendu chì u sviluppu anormale di a connettività inter-emisisfera è di longhi spaziu in adolescenti IAD osservati in stu studiu hè unu di i motivi possibili di u so comportamentu addictive.

Modifiche in e Proprietà Rete Globali

U cervellu umanu hè cunsideratu cum'è un sistemu dinamicu interconnessu è grandi è impurtante cù diverse prublemi topologiche impurtanti, cume u picculu mondaghju, altu efficienza à u costu di cablaggio à basse, è hubs altamente cunnessi. [46], [76]-[79]. In una rete di picculu mondu, i nodi sò localmente raggruppati a favuriziu di u prucessu modulare di l'infurmazione è sò cumunamente cunnessi cun un pocu di numerose cunnessioni di interviste à longu andine per u percettivu generale efficiente [50]. U gruppu IAD è HC hà dimostratu proprietà di u picculu mondu, cioè coefficienti di clustering alti () è lunghezza simile di traccia caratteristica (), quandu hè paragunatu cù e righe parallele assimilabili. Tuttavia, abbiamo osservatu coefficienti di raggruppamentu normalizati sempre più grandi è simile lunghezza di un tracciaghju tipograficu normalizatu in u gruppu IAD paragunatu cù u gruppu HC nantu à a densità di cunnessione, in linea cù e studii precedenti di R-fMRI [26]. U coefficiente di clustering più grande riflette l'integrazione neuronale perturbata tra regioni distanti, chì mostrano cunnessioni funzionali relativamente sparse à distanza è relativamente dense in i gruppi IAD è HC. A progressione di stadi clinichi, da lieve à grave, pò causà più compromissioni è disconnessione di e cunnessioni distanti, è cunsunisce dunque possibilmente a stabilimentu di cunnessioni à poca distanza nant'à cluster cum'è strade alternative per preservà a trasmissione di l'infurmazioni tra dui regioni distanti. Tuttavia, l'instaurazione di cunnessioni à poca distanza pò introduce cluster abituali chì aumentanu u risicu di generà un fluxu incontrollatu o aleatariu di l'infurmazioni à traversu tutta a rete. D'altra parte, tutti i rete cerebrali anu avutu un prucessu simile d'informazione parallele di l'efficienze glubali è internu paragunà à una rete casuale paragonabile [80]. Queste scoperte supportanu u cuncettu di un mudellu di picculu mondu di u cervellu umanu chì fornisce una combinazione equilibrata di spezialità locale è integrazione globale [81]. A nostra osservazione di micca una differenza significativa trà i gruppi IAD è HC in termini di prublemi di rete globale pò implicà chì i cambiamenti di a struttura di rete funzionale in IAD sò sottili. Di cusì, ricerche in i biomarker IAD specii di righjunu puderebbenu rivelà informazioni significative nantu à a patulugia di a malattia, è di a dipendenza, in generale.

Caratteristiche Nodali Regiunali di Rete Funzionali

L'altitudini riferite à u IAD di a centralità nodale si trovanu principalmente in i cumpi di i sistemi limbichi cumprendi ACG è MCG, IPL, è THA. E perturbazioni di queste regioni, è ancu i so viaghji di cunnessione relativi, ponu esse interpretati per rispecchiare l'efficienza di u trattamentu dell'informazione diminuita, forse rispecchiando interruzioni funzionali in IAD.

U gyrus cingulatu (CG), una parte integrale di u sistema limbicu, hè impurtatu in a furmazione è in a so trasfurmazioni di emozioni, in l'apprendimentu è in a memoria, in a funzione esecutiva è in a cuntrollu respiratoria [82]. Riceva ingressi da u THA è u neocortex è prughjetta à a curtex entorinal via u cingulum. Questa strada mette l'accentu su eventi significativamente emotivi è regula i comportamenti aggressivi [29]. A perturbazione di e funzioni relative à u CG puderia preghjudiziu a capacità di un individuu di monitorà è cuntrullà i so cumpurtamenti, in particulare cumpurtamenti ligati à l'emozione [83]. A maiò parte di l'analisi di a dipendenza à u cumpurtamentu è di substanze anu evidenti cambiamenti significativi in ​​parti anteriore è posteriore di a CG (ACG è PCG), cume l'alcolu [84], ghjocu patologicu [85], è IAD [27], [29]. In i consumatori di cocaina, simuli, alterazioni addizionali in u MCG sò stati segnalati [86]. In precedenti studi di fMRI, hè statu dimustratu ancu chì a CG anteriore, mediana è posteriore sò tutti affettati in condizioni di premiazione è di punizione [87]. A causa di u rolu di l'MCG in u trattamentu di emozioni positive è negativi, ùn hè micca sorprendente chì a regione mostra una interruzione significativa di a connectività in i pazienti di IAD.

U THA hè un centralino di l'infurmazioni di u cervellu è hè impurtatu in molte funzioni cerebrali chì includenu a trasfurmazione di ricompensa [88], cumportamenti indirizzati à u scopu, è funzioni cognitive è motorie [89]. Trasmette i segnali sensitivi è motrici da e regioni subcorticali à a corteccia cerebrale [90]. Attraversu u THA, a corticala orbitofrontale riceve proiezioni dirette è indirette da e altre regioni cerebrali limbiche chì sò implicate cù u rinfurzamentu di droghe, cum'è l'amigdala, CG, è l'ippocampu [91], per cuntrullà è currettivu i comportamenti cumprati per ricompensazione è punizione [92]. Cicliti di tàlamo-corticale anormali truvati in i tossiconi di i ghjochi online [93] pò suggerisce una debilitazione di u funziunamentu di THA in i mudelli crònichi di scarsa qualità di sonno [94] è l'attenzionalità attenzale di u computer in computer. Inoltre, u THA hè funziunamente legatu à l'ippocampu [95] cum'è parte di u sistema ipocampale allargatu, chì hè cruciale per e funzioni cognitive cum'è a navigazione spaziale è u consolidamentu di l'infurmazioni da a memoria à tempu à tempu à a memoria di longu andà [96], [97].

Avemu osservatu alterazioni significative di centralità nodali in l'IPL, in linea cù i risultati riportati in recente studi di IAD basati su R-fMRI [24], [93]. Simili à u THA, l'IPL hè massicciamente cunnessu à e corticale udenti, visuale, è somatosensorial, è capace di prucà diversi tipi di stimuli simultaneamente. Com'è una di l'ultime strutture sviluppate di u cervellu umanu in u corsu di u sviluppu, l'IPL pò esse più vulnerabile à l'esposizione eccessiva di stimuli udenti è visivi, in particulare durante l'infanzia. L'impatteurimentu di l'IPL indotta da un eccessu di situ internet può repressu l'abilità di un individui di mediate in modunamentu l'inibizione di a risposta à a regolazione di impulsi. [98], [99], dannendu a so capacità di resistere à l'invenzione cue indotta da l'internet, chì ponu in vigore ulteriormente l'IPL. Sti mudelli circolari sò spessu vistu in drogati di substanza è di comportamentu.

E Regioni di u DMN sò spessu più attivi in ​​riposu chè eseguu travaglii dirigiti da u scopu [62]. Queste regioni cunnoscute chì sò implicate in a modulazione emotiva è in l'attività autoreferenziale, cum'è a valutazione di l'uminiunità di segnali interni è esterni, ricordendu u passatu è pianificà u futuru [60], [62], chì sò i criteri impurtanti in u diagnosticu IAD. In precedenza, hè statu suggeritu chì a cunnessione alterata chì implichi e regioni DMN contribuisce à vari comportamenti sintomatici in maladi [100], includendu e pratiche di droghe [101], [102] è a dipendenza di u comportamentu [24], [103]. I nostri risultati di alterate di a connettività funzionale impegnata in parechje regioni di DMN hè in parte compatibile cù e osservazioni precedenti, chì suggerisce chì DMN hà u potenziale di servire da biomarker per identificà i pazienti IAD.

Affidabilità è Ripetibilità cù l'Atlas Funzionale

Alcune di e regioni cerebrali anormali identificate basate nantu à l'atlas d'AAL sò ancu identificate aduprendu l'atlante funzionale, supportendu l'affidabilità è a ripetibilità di i nostri risultati. Una pussibule ragione di i risultati un pocu diversi hè u regimu di usato in stu studiu. E carattere di u mondu scuntu di e rete di connettività custruita basata nantu à l'atlasu AAL di 90 ROIs hè più cunisciuta in stu intervinu [44]. Tuttavia, questu sparsity range ùn pò micca esse ottimale per l'atlanti cù numeri difformi di ROI. Inoltre, i ROI ottenuti da l'Atlas Dosenbach sò definiti funziunali è ùn anu coprenu tuttu u cervellu [58]. In questu atlasu, i centri di tutti i ROI di 160 sò stati identificati per primu è una sfera cun un raggio di 5 mm cresce da ogni centru, producendu un ROI sfericu 10 mm. U centru di ogni ROI hè ancu impostatu per esse almenu 10 mm cullà da i centri di altri ROI, cunducendu à l'atlas spaziale non sovrapposizione. Nantu à l'altra, l'atlas AAL include u tessutu di materia grigia di tuttu u cerebru. Queste differenze in a definizione di ROI è a zona globale coperta pò cuntribuisce à e variazioni di i risultati. Dunque, ulteriore ricerca cù una coorte più grande hè necessariu per determinà a misura chì a scelta di u schema di parallelamentu di u cervellu incalca à a caratterizazione di a topologia di rete.

Correlazione tra Metrica di Rete è Misure di Comportamentu

In questu studiu, ùn avemu micca osservatu alcuna correlazione trà metriche di rete globale è misure comportamentali, implicendu l'absenza di alterazioni in a topologia intera di rete di u cervellu. Quest'ultima pò ancu suggerisce chì e variazioni di a rete di cervelli sò subtili per via di a plasticità di u cervellu umanu (neuroplasticità) [104], [105] recuperà a maiò parte di e so funzioni quotidiane per via di vie alternative (circuie neurale). A plasticità cerebrale implica una riorganizazione di cunnessioni trà cellule nervose o neuroni è pò esse influenzata da una miriade di fattori [106]-[108]. Si tratta di un modu legatu di l'età cun più impurtante durante l'infanzia è l'adolescenza cà l'età adulta, suggerendu un megliu recuperu di deve e cunnessioni neuronali in adolescenti cù IAD. Inoltre, hè statu dimustratu chì una varietà di condizioni di comportamentu, chì vene da a dipendenza à i disordini neurologichi è psichiatrici, sò correlate cù cambiamenti localizati in circuiti neurali [106]. È dunque micca sorprendente chì e misure di rete globale grossi, cume u coefficientu di raggruppamentu media, a lunghezza di u parcorsu tipica è e l'efficienze di a rete sò menu sensibili à a rilevazione di cambiamenti di circuiti cerebrali in u gruppu IAD.

Tuttavia, metriche nodali righjunali di parechje regioni di u cervellu sò correlate cù alcune di e misure comportamentali. In particulare, a versione di genitori di SDQ (SDQ-P), chì misure sia l'abilità di un individui da trattà in modu adeguatu impulsività è a gravità di emozioni è prublemi di comportamentu prosocial basatu annantu à l'informazione fornita da i genitori di l'adolescenti studiati, hè positivamente correlatu cù e regioni cerebrali funzionalmente affette in IAD. L'impossibilità di cuntrullà comportamenti impulsivi è emozioni hè unu di i principali sintomi comportamentali. Hè cumunale chì i pazienti ùn cunniscenu micca i cambiamenti di e so emozioni è di cumportamenti, ancu quesse tali cambiamenti sò relativamente evidenti per e persone chì si circundanu. Questu pò esse u mutivu principali perchè nunda di e misure di rete sò correlate cù a versione di i zitelli di SDQ (SDQ-C) a causa di a so natura di autovalutazione. D'altra parte, ùn sò micca esiste una correlazione significativa trà misure di rete righjunale è altre misure comportamentali cum'è BIS-11, FAD, è TMDS. Questa scuperta hè supportata da i grandi -Valuri per queste misure trà l'IAD è gruppi chì saniTable 1). Queste scoperte pò suggerisce chì alcune di queste misure comportamentali sò utili per determinà e regioni affette è dive aiutanu a diagnosi di IAD, ancu se una quantità significativa di travagliu hè sempre necessariu per capisce megliu i ruoli di sti misure in dipendenze o disordini comportamentali.

Questioni metodologiche / Limitazioni

Ci sò parechje limitazioni chì devianu esse evidenziate in stu studiu. Prima, a diagnosi di IAD era basata principalmente in i risultati di l'aumiliazioni riportati in se autore chì pudianu affettà a fiducia di e diagnosi. In u futuru, strumenti di diagnostica standardizati per l'identificazione di IAD devono esse sviluppati per migliorà a fiducia è a validità di e diagnosi di IAD. Dopu, u nostru studiu hè limitatu da una dimensione di sultimu e da u squilibtu di u sessu di i participanti (maschi 31 è femine 4), chì puderebbenu riduce u putere statisticu è a generalizabilità di i risultati, ancu se questi fattori sò stati controllati in analisi. L'effettu di u sessu nantu à a prevalenza di IAD hè sempre un prublema discussu. Basatu nantu à e ritrovazioni di Young [35], un altu numaru di femmine mostranu dipendenza da l'internet. À u cuntrariu, un studiu recente hà riferitu chì i maschi mostranu un risicu più altu di comportamentu di IAD [109]. Tuttavia, hè stata dinò annunziatu chì ùn ci hè nisunu relazione trà u sessu è u IAD [110], [111]. Sperimentu futuri chì utilizanu una coorte più grande cun u proporzionamentu di sesso più equilibratu sò necessarii per valutà megliu u relazione tra u suscitabilità di u genu è IAD.

Infurmazioni Avanzata

Archive S1.

Materiali complementari.

doi: 10.1371 / journal.pone.0107306.s001

(PDF)

Acknowledgments

Stu travagliu hè statu sustinutu in parte da l'Instituti Naziunali di Salute (NIH) cuncede EB006733, EB008374, EB009634, AG041721 è CA140413, è ancu da a Fundazione Naziunale di Scienze Naturali di a Cina (81171325) è u Prugramma Naziunale di Tecnulugia Chjave R&D 2007BAI17B03

Contributions Autor

Concepitu è ​​progettatu l'esperimenti: CYW ZZ PTY GW FS TP YD JX YZ DS. Ha fatti l'esperimenti: CYW ZZ YD JX YZ DS. Analizà i dati: CYW PTY DS. Ritratti / materiali / strumenti di analisi cuntribuiti: ZZ YD JX YZ. Scriveu u paper: CYW PTY TP DS.