Vorderhum Neurosci. 2015 Jun 16; 9: 356. doi: 10.3389 / fnhum.2015.00356. eCollection 2015.
Lin F1, Zhou Y2, Du Y3, Zhao Z3, Qin L2, Xu J2, Lei H1.
Bei der Internet-Suchtstörung (IAD) wurden abnormale Strukturen und Funktionen im Striatum und präfrontalen Kortex (PFC) festgestellt. Über Veränderungen der kortikostriatalen Funktionskreise bei IAD ist jedoch wenig bekannt. Das Ziel dieser Studie war es, die Integrität von kortikostriatalen Funktionskreisläufen und deren Beziehung zu neuropsychologischen Maßnahmen in der IAD durch Resting-State Functional Connectivity (FC) zu untersuchen. Vierzehn IAD-Jugendliche und 15-gesunde Kontrollpersonen wurden im Ruhezustand fMRI-Scans unterzogen. Unter Verwendung von sechs vordefinierten bilateralen Regionen von Interesse wurden voxelweise Korrelationskarten berechnet und zwischen Gruppen verglichen. In der IAD-Gruppe wurden Zusammenhänge zwischen Veränderungen der kortikostriatalen Konnektivität und klinischen Messungen untersucht. Im Vergleich zu Kontrollen zeigten die IAD-Probanden eine verminderte Konnektivität zwischen dem unteren ventralen Striatum und dem bilateralen Caudate Head, dem subgenualen anterioren cingulären Cortex (ACC) und dem posterioren cingulären Cortex sowie zwischen dem oberen ventralen Striatum und dem bilateralen dorsalen / rostralen ACC, dem ventralen anterioren Thalamus und putamen / pallidum / insula / inferiorer frontaler Gyrus (IFG) und zwischen dorsalem Caudat und dorsalem / rostralem ACC, Thalamus und IFG sowie zwischen dem linken ventralen rostralen Putamen und dem rechten IFG. IAD-Probanden zeigten auch eine erhöhte Konnektivität zwischen dem linken dorsalen kaudalen Putamen und dem bilateralen kaudalen cigulären motorischen Bereich. Darüber hinaus korrelierten veränderte cotricostriatale Funktionskreise signifikant mit neuropsychologischen Maßnahmen. Diese Studie liefert direkt Beweise dafür, dass IAD mit Veränderungen der kortikostriatalen Funktionskreise verbunden ist, die an der affektiven und motivativen Verarbeitung und der kognitiven Kontrolle beteiligt sind. Diese Ergebnisse unterstreichen, dass funktionelle Verbindungen in den kortikostriatalen Kreisläufen durch affektive / motivationale / kognitive Zustände moduliert werden, und legen ferner nahe, dass die IAD Anomalien einer solchen Modulation in diesem Netzwerk aufweisen kann.
Einleitung
Internet Addiction Disorder (IAD), ein weltweit verbreitetes Problem der psychischen Gesundheit, hat in der Öffentlichkeit und in der Wissenschaft große Beachtung gefunden (Spada, 2014). Im Anhang des neu veröffentlichten Diagnose- und Statistikhandbuchs der Mental Disorders Edition, fünfte Ausgabe (DSM-5), ist die Internet-Gaming-Störung, ein Hauptuntertyp der IAD, als eine Störung aufgeführt, die einer weiteren Untersuchung bedarf (Petry et al., 2014). IAD führen zu negativen Konsequenzen im täglichen Leben; Über die mit IAD verbundenen Biomarker, die Prävalenz, den Verlauf und die Behandlungsergebnisse ist jedoch wenig bekannt.
Um die neurobiologischen Mechanismen zu verstehen, die der IAD zugrunde liegen, wurden Bildgebungsstudien durchgeführt, um strukturelle und funktionelle Anomalien zu untersuchen, die mit der IAD verbunden sind. Strukturelle und funktionelle Veränderungen des Gehirns im Zusammenhang mit IAD wurden in früheren Studien an anderer Stelle untersucht (Kuss und Griffiths, 2012; Ko et al., 2015; Lin und Lei, 2015). In Kürze wird durchweg gezeigt, dass der präfrontale Kortex (PFC) und das Striatum an der IAD beteiligt sind. Probanden mit IAD haben reduzierte Dichten / Volumina der grauen Substanz (Yuan et al., 2011; Zhou et al., 2011; Weng et al., 2013), kortikale Dicke (Hong et al., 2013a; Yuan et al., 2013), Zuckerstoffwechsel (Tian et al., 2014) und veränderte Gehirnaktivierung (Dong et al., 2013a; Ko et al., 2014) in der PFC einschließlich der dorsolateralen PFC, des orbitofrontalen Kortex (OFC) und des anterioren Cinguatenkortex (ACC). Es wurde auch festgestellt, dass IAD-Süchtige weniger Dopamin-D2-Rezeptoren haben (Kim et al., 2011; Hou et al., 2012), veränderter Glukosestoffwechsel (Park et al., 2010a) und Gehirnaktivierung (Ko et al., 2014; Li et al., 2014) im Striatum. Diese Ergebnisse stimmen mit dem aktuellen pathophysiologischen Modell überein und unterstreichen die herausragende Rolle von Striatum und PFC bei Suchtstörungen (Goldstein und Volkow, 2011; Limbrick-Oldfield et al., 2013).
Die funktionelle Konnektivität im Ruhezustand (FC), die interregionale Korrelationen der spontanen Gehirnaktivität anhand von BOLD-Signalen (BOLD = Blood Oxygen Level Dependent Functional Magnetic Resonance Imaging) misst, wurde häufig zur Untersuchung der funktionellen Organisation / Konnektivität des Gehirns eingesetzt. Es gibt Hinweise darauf, dass kortikostriatale Funktionskreise für die Entstehung von sich wiederholenden und zwanghaften Verhaltensweisen, gewohnheitsmäßigen Verhaltensweisen, belohnungs- und neuheitssuchenden Verhaltensweisen und Suchtverhalten von entscheidender Bedeutung sind (Feil et al., 2010; Schäfer, 2013). Darüber hinaus wurden bei Autismus veränderte kortikostriatale Funktionskreise gefunden (Di Martino et al., 2011), Zwangsstörung (Harrisonet al., 2009; Posner et al., 2014; Burguière et al., 2015) und schwere Depressionsstörung (Furmanet al., 2011). Über ein gestörtes kortikostriatales Netzwerk wurde auch bei häufigen Pornografie-Nutzern berichtet, die an belohnungsbezogenen und süchtig machenden Verhaltensweisen beteiligt waren (Kühn und Gallinat, 2014). Bildgebende Untersuchungen haben auch starke Zusammenhänge zwischen Substanzstörungen und Funktionsstörungen im kortikostriatalen Funktionskreislauf gezeigt (Feil et al., 2010; Volkow et al., 2013).
Anatomisch gesehen ist Striatum eine heterogene Struktur, die in Teilregionen unterteilt werden kann und an funktionell getrennten kortikostriatalen Kreisläufen beteiligt ist, die verschiedene kognitive Funktionen unterstützen (Alexander ua, 1986; Choi et al., 2012; Gordon et al., 2015; Manza et al., 2015). Zum Beispiel durch Parzellierung von Caudate und Putamen in drei Regionen, Di Martino et al. (2008) umrissen die detaillierten Muster kortikostriataler Funktionskreise, die an affektiven, motivationalen, kognitiven und motorischen Prozessen beteiligt sind (Di Martino et al., 2008). Frühere Studien haben gezeigt, dass die funktionelle / effektive Konnektivität zwischen Striatum und Kortex bei IAD-Patienten verringert ist (Hong et al., 2013b, 2015; Li et al., 2014; Wee et al., 2014). Die meisten dieser Studien untersuchten jedoch nicht, wie die für die Striatum-Subregionen spezifischen funktionell getrennten kortikostriatalen Schaltkreise beeinflusst werden.
Daher haben wir in der vorliegenden Studie einen validierten Satz von sechs bilateralen Striatal-Samen (drei Samen im Caudat und drei Samen im Putamen) verwendet, um Wechselwirkungen zwischen spezifischen kortikostriatalen Funktionskreisläufen bei Jugendlichen mit IAD zu untersuchen. Die Ziele sind: (1) Untersuchung von Unterschieden in der topografischen Verteilung kortikostriataler Funktionskreise zwischen Jugendlichen mit IAD und gesunden Kontrollpersonen ohne IAD; und (2) zur Aufklärung der Beziehungen zwischen kortikostriatalen Funktionskreisläufen und neuropsychologischen Maßnahmen bei IAD-Probanden.
Materialen und Methoden
Themen
Die Studie wurde von der Ethikkommission des RenJi-Krankenhauses der medizinischen Fakultät der Universität Shanghai Jiao Tong genehmigt. Die Teilnehmer und ihre Eltern gaben vor den MRT-Untersuchungen eine schriftliche Einverständniserklärung ab.
Achtzehn rechtshändige Jugendliche mit rechtshändigen, alters-, geschlechts- und bildungsspezifischen IAD- und 18-Kontrollen nahmen an dieser Studie teil. Der Diagnosestandard für IAD wurde durch den modifizierten Young-Fragebogen für Internet-Suchtkriterien von Beard und Wolf (Bart und Wolf, 2001). Alle Probanden wurden mit dem Mini International Neuropsychiatric Interview für Kinder und Jugendliche (MINI-KID; Sheehan et al., 2010). Die Ausschlusskriterien umfassten eine Vorgeschichte von Drogenmissbrauch oder -abhängigkeit; eine Vorgeschichte schwerwiegender psychiatrischer Störungen wie Schizophrenie, Depression, Angststörung, psychotischen Episoden oder Krankenhausaufenthalt wegen psychiatrischer Störungen. Die IAD-Patienten erhielten keine medikamentösen Behandlungen, während eine kleine Anzahl von IAD-Patienten eine Psychotherapie erhielt. Die Struktur- und Diffusions-MRT-Daten dieser Probanden wurden in unseren früheren Studien verwendet (Zhou et al., 2011; Lin et al., 2012). Für diese Studie wurden die rs-fMRI-Daten von drei Kontrollen und vier IAD-Probanden aufgrund einer großen Kopfbewegung verworfen (siehe Abschnitt Vorverarbeitung). Als Ergebnis wurden insgesamt fünfzehn Kontrollen und vierzehn IAD-Probanden in der Studie verwendet. Detaillierte demografische Informationen zu allen Themen sind in der Tabelle aufgeführt 1.
Tabelle 1. Demografische und Verhaltensmerkmale der in dieser Studie verwendeten Probanden.
Neuropsychologische Bewertungen
Sechs Fragebögen, darunter die Young's Internet Addiction Scale (YIAS; Jung, 1996), Stärken und Schwierigkeiten Fragebogen (SDQ; Goodman, 1997), Time Management Disposition Scale (TMDS; Huang und Zhang, 2001), Barratt Impulsiveness Scale-11 (BIS; Pattonet al., 1995), der Screen for Child Anxiety Related Emotional Disorders (SCARED; Birmaher et al., 1997) und Family Assessment Device (FAD; Epstein et al., 1983) wurden verwendet, um die neuropsychologischen Merkmale der Teilnehmer zu bewerten.
Image Acquisition
FMRI-Scans im Ruhezustand wurden mit einer Echoplanar-Bildgebung auf einem medizinischen 3.0 Tesla Phillips Achieva-Scanner mit den folgenden Parametern durchgeführt: Wiederholungszeit = 2000 ms; Echozeit = 30 ms; Kippwinkel = 90 °; Erfassungsmatrix = 64 × 64; Sichtfeld = 230 × 230 mm2; Scheibendicke = 4 mm ohne Spalt. Jedes Gehirnvolumen, das aus 34-Axialschnitten bestand, und jeder Lauf enthielten 220-Volumina. Während der Datenerfassung wurden alle Probanden angewiesen, sich auszuruhen, die Augen geschlossen zu halten und an nichts Besonderes zu denken.
Datenvorverarbeitung
Die Datenvorverarbeitung wurde mit SPM8 durchgeführt.1 Die ersten 10-Volumes für jedes Subjekt wurden verworfen, um die Auswirkungen der Systeminstabilität zu vermeiden. Die verbleibenden 210-Volumes wurden um die Erfassungsverzögerung korrigiert und auf das erste Volume neu ausgerichtet. Probanden mit einer maximalen Verschiebung in eine Richtung größer als 2.0 mm oder einer Kopfdrehung größer als 2.0 ° wurden von dieser Studie ausgeschlossen. Infolgedessen wurden Daten von vier IAD-Probanden und drei Kontrollen ausgeschlossen. Die Ergebnisse zeigten, dass es keine Unterschiede bei der Kopfbewegung zwischen zwei Gruppen gab (p = 0.55 für Translationsbewegung und p = 0.43 für Drehbewegung). Die neu ausgerichteten Bilder wurden dann räumlich auf den Raum des Montreal Neurological Institute normalisiert und erneut zu einem isotropen 3-mm-Voxel abgetastet. Die normalisierten Bilder wurden mit einem 6-mm-Gaußkern mit voller Breite bei halbem Maximum geglättet, und es wurden verschiedene Quellen von Fehlvarianzen einschließlich der Kopfbewegungsparameter, der linearen Drift, der globalen BOLD-Signale und der BOLD-Signale in weißer Substanz und der zerebrospinalen Flüssigkeit beobachtet durch lineare Regression entfernt. Schließlich wurde eine zeitliche Bandpassfilterung (0.01 – 0.08 Hz) an den Zeitreihen jedes Voxels unter Verwendung eines idealen Rechteckfensters durchgeführt.
Funktionelle Konnektivitätsanalyse
Wir beschäftigten sechs zuvor validierte bilaterale Striatalregionen („Seeds“). Di Martino et al., 2008). Caudatesamen umfassten das untere ventrale Striatum (VSi, entsprechend dem Nucleus accumbens; ± 9, 9, -8), das obere ventrale Striatum (VSs; ± 10, 15, 0) und das hintere Caudat (DC; ± 13, 15, 9) ). Putamensamen schlossen das ventrale rostrale Putamen (VRP; ± 20, 12, -3), das dorsale rostrale Putamen (DRP; ± 25, 8, 6) und das dorsale kaudale Putamen (DCP; ± 28, 1, 3) ein. Der Radius für jeden Samen beträgt 6 mm. Die Koordinaten für die Samen der rechten und linken Hemisphäre wurden im MNI-Raum definiert. Diese Samen wurden basierend auf anatomischen und funktionellen Unterteilungen des Striatums validiert und ihre Konnektivitätsmuster wurden unabhängig repliziert (Di Martino et al., 2008, 2011; Harrisonet al., 2009; Kelly et al., 2009; Choi et al., 2012; Gabbay et al., 2013; Gordon et al., 2015; Manza et al., 2015).
Für jedes Subjekt wurde zuerst eine Kreuzkorrelationskoeffizientenkarte für jeden Samen erhalten, indem der Kreuzkorrelationskoeffizient zwischen den durchschnittlichen Zeitverläufen der Samenunterregion und dem jedes Voxels des gesamten Gehirns durch lineare Regression der Auswirkungen der Kopfbewegung berechnet wurde Drift und Hirnaktivität aus Liquor cerebrospinalis und weißer Substanz. Und dann wurde die Kreuzkorrelationskoeffizientenkarte in konvertiert z-Wertkarten durch Fisher's R-to-Z-Transformation zur Annäherung an eine Normalverteilung. Das z-Wertkarten wurden in eine voxelweise Stichprobe eingegeben t Test zur Bestimmung von Gruppen-FC-Karten mit Höhe (p <0.001) und Umfang (p <0.001) Schwellenwerte auf Ganzhirnebene korrigiert (Greicius et al., 2007). Gruppen-FC-Karten sowohl von IAD-Probanden als auch von gesunden Kontrollen wurden unter Verwendung einer "OR" -Operation kombiniert, um eine kombinierte Maske zu erzeugen, die verwendet wurde, um die nachfolgende Gruppenzwischenanalyse einzuschränken. Dann ist die z-Wertkarten innerhalb dieser Maske wurden in eine voxelweise Zwei-Stichprobe eingegeben t Test mit Alter und Geschlecht als Kovariaten zur Bewertung der Unterschiede zwischen den FC-Gruppen. Die kombinierte Schwelle von p <0.005 für jedes Voxel und jede Clustergröße von 351–405 mm3 (links (l) VSi: 351 mm3; rechts (r) VSi: 378 mm3; LVS: 405 mm3; rVSs: 378 mm3; lDC: 405 mm3; rDC: 405 mm3; lDRP: 378 mm3; rDRP: 405 mm3; IDCP: 405 mm3; rDCP: 432 mm3; UVP: 405 mm3; UVP: 405 mm3), entsprechend einem korrigierten p <0.05 wurde verwendet, um die signifikanten Gruppen zwischen FC-Differenzkarten zu erhalten. Diese Korrektur war auf die kombinierte Maske beschränkt und wurde durch 5000 Monte-Carlo-Simulationen unter Verwendung des AFNI AlphaSim-Programms bestimmt.2
Assoziationen zum Gehirnverhalten
Schrittweise multiple Regressionsanalysen mit gemittelter FC-Stärke in den Regionen, die Unterschiede zwischen FC als abhängige Variable und Alter, Geschlecht, Bildung, YIAS, SDQ, SCARED, FAD, TMDS und BIS als unabhängige Variablen zeigen, wurden durchgeführt, um zu überprüfen, ob geänderte Funktionskreise werden mit den Verhaltenswerten korreliert.
Die Ergebnisse
Demografische und verhaltensbezogene Maßnahmen
Die Teilnehmer der IAD-Gruppe und der normalen Kontrollgruppe wurden nach Alter, Geschlecht und Bildungsjahren verglichen. Es gab keine signifikanten Unterschiede im TMDS und BIS zwischen den beiden Gruppen, während die IAD-Probanden einen höheren YIAS aufwiesen (p <0.0001), SDQ (p <0.0001), erschrocken (p <0.001) und FAD (p = 0.017) punktet als die Kontrollen. Die demografischen Merkmale und Verhaltensmaße für IAD- und Kontrollpersonen sind in der Tabelle aufgeführt 1.
Corticostriatale Funktionskreise
Übereinstimmend mit früheren Arbeiten lieferten samenbasierte FC-Analysen detaillierte Karten verschiedener Funktionskreise für jeden der sechs Samen im Striatum pro Hemisphäre. Das FC-Muster für die Caudate- und Putamen-Samen ist in den Abbildungen dargestellt 1, 2, beziehungsweise. Unsere Ergebnisse fassen frühere Studien zusammen (Di Martino et al., 2008, 2011; Harrisonet al., 2009; Kelly et al., 2009; Choi et al., 2012; Gabbay et al., 2013; Gordon et al., 2015; Manza et al., 2015) und stimmten mit der bekannten anatomischen Konnektivität überein (Haber, 2003) und funktionale Aktivierung angepasst aus einer Meta-Analyse der aufgegebenen Literatur (Postuma und Dagher, 2006). Obwohl die striatalen FC-Muster für IAD-Probanden und normale Kontrollen für jedes der sechs striatalen Samen ähnlich waren, waren die Ausmaße der IAD-Gruppe im Vergleich zu denen der Kontrollgruppe verringert. Spezifische Befunde sind in Abbildung dargestellt 3; Tabelle 2 und werden unten beschrieben.
Abbildung 1. FC-Karten (Functional Connectivity) der Caudate Seeds für jede Gruppe. FC Maps für Internet Addiction Disorder (IAD) Jugendliche (rot) und normale Kontrollen (HC; gelb) wurden separat generiert und dann zu Anzeigezwecken überlagert. Hellviolette Farbe zeigt überlappende Bereiche für beide Gruppen an. Die linke (rechte) Spalte gibt die FC-Karten an, die von linken (rechten) Caudate-Seeds generiert wurden. Die mittlere Spalte zeigt die Caudate-Samen an. Die linke Seite des Bildes entspricht der linken Gehirnhälfte. VSi, ventrales Striatum inferior; VSs, ventrales Striatum superior; DC, dorsal caudate.
Abbildung 2. FC-Karten (Functional Connectivity) der Putamen-Samen für jede Gruppe. FC-Karten für IAD-Jugendliche (rot) und normale Kontrollen (HC; gelb) wurden separat generiert und dann zu Anzeigezwecken zusammengelegt. Hellviolette Farbe zeigt überlappende Bereiche für beide Gruppen an. Die linke (rechte) Spalte gibt die FC-Karten an, die von linken (rechten) Putamen-Samen erzeugt wurden. Die mittlere Spalte gibt die Putamen-Samen an. Die linke Seite des Bildes entspricht der linken Gehirnhälfte. VRP, ventrales rostrales Putamen; DRP, dorsales rostrales Putamen; DCP, dorsales kaudales Putamen.
Abbildung 3. Hirnareale zeigten signifikante FC-Unterschiede zwischen Jugendlichen mit IAD und übereinstimmenden normalen Kontrollen (p <0.05, AlphaSim korrigiert), wenn sich Samenregionen in (A) lVSi, (B) rVSi, (C) lVS, (D) rVS, (E) lDC, (F) rDC, (G) lVRP und befanden (H) lDCP. Weitere Einzelheiten finden Sie in der Tabelle 2. Heiße und kalte Farben zeigen an, dass der IAD im Vergleich zu den Kontrollen ansteigt und abfällt.
Tabelle 2. Regionen mit signifikanten funktionellen Konnektivitätsunterschieden zwischen Jugendlichen mit Internet-Suchtstörung (IAD) und übereinstimmenden Kontrollpersonen (p <0.05, AlphaSim korrigiert).
Unteres und Oberes ventrales Striatum
Beide Gruppen zeigten einen FC-Gradienten von ventromedial zu dorsolateral von präfrontal und ACC von VSi zu VSs. Zusätzlich zeigte der VSi eine signifikante positive Korrelation mit dem posterioren cingulierten Cortex (PCC). Beim Vergleich der FC-Karten zwischen den Gruppen wurden signifikante Unterschiede zwischen VSi und VSs festgestellt. In Bezug auf den VSi zeigten IAD-Jugendliche eine signifikant verringerte FC mit dem Schwanzkopf und der Nebenhaut ACC auf beiden Seiten. Eine verminderte FC wurde auch bilateral zwischen dem linken VSi und dem PCC gefunden. Für die VSs-Samenregion zeigten die IAD-Probanden bilateral eine niedrigere FZ mit dorsalem / rostralem ACC und ventralem anteriorem Thalamus sowie die linken subkortikalen Bereiche einschließlich Putamen, Pallidum, Insula und inferiorem frontalem Gyrus (IFG).
Rücken Caudate
Sowohl bei IAD-Probanden als auch bei gesunden Kontrollpersonen zeigten die DC positive Beziehungen zu Gehirnregionen, die an der kognitiven Kontrolle beteiligt sind. Direkte Gruppenvergleiche ergaben, dass die IAD bilateral zwischen der DC und der dorsalen / rostralen ACC eine verringerte FC aufwies. Der linke DC zeigte auch eine verringerte FC mit dem linken ventralen lateralen Thalamus, und der rechte DC zeigte geringere positive Beziehungen mit dem linken IFG in der IAD.
Dorsal Caudal und Dorsal Rostral Putamen
Übereinstimmend mit ihrer Rolle bei der motorischen Kontrolle zeigten die dorsalen Putamen-Samen signifikante positive Beziehungen zu den primären und sekundären sensomotorischen Bereichen sowohl für IAD- als auch für gesunde Probanden. Im Vergleich zu gesunden Kontrollen zeigte die IAD jedoch bilateral eine erhöhte FC zwischen dem linken DCP und dem kaudalen cingulären Motorbereich.
Ventral Rostral Putamen
Der VRP-Keim korrelierte positiv mit dem rostralen ACC und dem dorsalen lateralen PFC, die üblicherweise mit Konfliktüberwachung und fehlerbezogenen Prozessen assoziiert sind. Obwohl die IAD mit anderen Hirnregionen weniger Extender-FC aufwies, wies nur die FC zwischen dem linken VRP und dem rechten IFG signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen auf.
Hirnverhaltensassoziationen in der IAD
Bei IAD-Probanden sagten höhere YIAS-Werte eine geringere FC-Stärke zwischen den rechten VS und dem bilateralen Rückenmark voraus (r = -0.560; p = 0.038; Zahl 4A). Darüber hinaus sagten höhere SCARED-Werte eine geringere FC-Stärke zwischen den rechten VS und dem bilateralen rostralen ACC voraus (r = -0.540; p = 0.046; Zahl 4B), zwischen dem linken DC und dem bilateralen dorsalen / rostralen ACC (r = -0.566; p = 0.035; Zahl 4C) und zwischen dem linken VRP und dem rechten IFG (r = -0.609; p = 0.021; Zahl 4D). Wir verwendeten auch die Spearman-Korrelation, um Assoziationen zwischen der geänderten FC und Verhaltensmaßen zu erkennen. Die Ergebnisse der Spearman-Regression waren mit denen der linearen Regression vergleichbar. Das YIAS korrelierte mit der FC-Stärke zwischen den rechten VS und dem bilateralen dorsalen Caudat (r = -0.594; p = 0.025). Die SCARED-Werte wurden mit der FC-Stärke zwischen den rechten VS und dem bilateralen rostralen ACC in Verbindung gebracht (r = -0.548; p = 0.042) und zwischen dem linken VRP und dem rechten IFG (r = -0.666; p = 0.009). Die SCARED-Scores hatten eine Trendkorrelation mit der FC-Stärke zwischen dem linken DC und dem bilateralen dorsalen / rostralen ACC (r = -0.464; p = 0.095).
Abbildung 4. Korrelationsanalyse zwischen FC-Stärke und Verhaltensmaßen innerhalb der IAD-Gruppe. (EIN) Korrelationen zwischen FC Stärke (angegeben durch Durchschnitt z Wert) des rechten oberen ventralen Striatum (rVS) gegenüber dem dorsalen Caudate und der Internet-Sucht-Skala (YIAS; r = -0.560, p = 0.038). (B) Korrelationen zwischen der FC - Stärke (angegeben durch Durchschnitt z Wert) der rVSs zum rostralen anterioren cinguate cortex (ACC) und zum Screening auf angstbedingte emotionale Störungen bei Kindern (SCARED; r = -0.540, p = 0.046). (C) Korrelationen zwischen der FC - Stärke (angegeben durch Durchschnitt z Wert) des linken dorsalen Caudates (lDC) zum rostralen / dorsalen ACC und zum SCARED; (r = -0.566, p = 0.035). (D) Korrelationen zwischen der FC - Stärke (angegeben durch Durchschnitt z Wert) des linken ventralen rostralen Putamens (lVRP) zum rechten inferioren frontalen Gyrus (IFG) und der SCARED (r = -0.609, p = 0.021).
Diskussion
Nach unserem Kenntnisstand ist dies die erste Studie, die die Integrität der kortikostriatalen Funktionsnetzwerke und die Beziehungen zwischen Anomalien auf Kreislaufebene und klinischen Maßnahmen bei der IAD untersucht. Sowohl für die IAD-Probanden als auch für die Kontrollen haben wir die Ergebnisse von repliziert Di Martino et al. (2008)Beobachtung von Konnektivitätsmustern in Übereinstimmung mit der Hypothese, dass das Striatum affektiv und motivierend (ventral ventral striatum), kognitiv (ventral putamen, dorsal caudate, superior ventral striatum) und motorisch (dorsal putamen) ist. Im Vergleich zu Kontrollen zeigt die IAD ähnliche Konnektivitätsmuster, jedoch veränderte Konnektivitätsstärken für jede Striatum-Subregion mit Ausnahme des DRP. Darüber hinaus stellten wir fest, dass die YIAS-Scores in einem negativen Zusammenhang mit der Konnektivitätsstärke zwischen den rechten VS und dem dorsalen Caudat bilateral standen, und dass die SCARED-Scores in umgekehrtem Zusammenhang mit den Konnektivitätsstärken zwischen den rechten VS und dem bilateralen rostralen ACC zwischen dem linken DC und dem bilateralen dorsalen / rostraler ACC sowie zwischen dem linken VRP und dem rechten IFG. Diese Beziehungen deuten darauf hin, dass die Internetabhängigkeit umso stärker ist, je schwächer die Verbindungsstärken zwischen diesen Regionen sind. Unsere Ergebnisse legen nahe, dass kortikostriatale Funktionskreise als qualifizierter Biomarker verwendet werden können, um die zugrunde liegenden neuronalen Mechanismen von Verletzungen zu verstehen oder die Wirksamkeit spezifischer Frühinterventionen bei IAD zu bewerten.
Gestörte kortikostriatale Funktionskreise in IAD
In der aktuellen Studie zeigte der VSi-Keim eine verminderte Konnektivität mit dem Caudate Head, dem subgenualen ACC und dem PCC in der IAD-Gruppe, eine Verbindung, die bekanntermaßen wichtig für die affektive und motivationale Verarbeitung ist (Johansen-Berg et al., 2008; Beckmann et al., 2009). Die Feststellung einer verminderten Konnektivität zwischen Nucleus accumbens / VSi und Caudate Head impliziert die geänderten belohnungsbezogenen Funktionen in IAD, was darauf hinweist, dass Internetabhängige möglicherweise kleinere unmittelbare Belohnungen (dh unmittelbare euphorische Effekte) gegenüber größeren Belohnungen, die in Zukunft auftreten, vorziehen wie gute Gesundheit, gute Beziehungen oder beruflicher Erfolg (Irvine et al., 2013). Wie bereits erwähnt, wurde bei IAD eine verminderte Aktivierung im Caudat nach kontinuierlichen Gewinnen beobachtet (Dong et al., 2013b). Subgenuales ACC, eine hohe Wahrscheinlichkeit der Konnektivität mit dem Nucleus accumbens / VSi, ist ein kritischer Knotenpunkt in verteilten Netzwerken, der für die negative emotionale Erregung oder Regulation verantwortlich ist (Johansen-Berg et al., 2008; Rudebeck et al., 2014). Frühere Untersuchungen zur Bildgebung des Gehirns zeigten, dass subgenuales ACC mit der Erfahrung negativer Stimmungszustände zusammenhängt (Mayberg et al., 1999) und subgenuales ACC ist ein Ziel mit tiefer Hirnstimulation zur Behandlung von Depressionen (Liston et al., 2014). Neuropsychologische Studien zeigten, dass bei Patienten mit IAD hohe Raten an Angst- und Stimmungsstörungen festgestellt wurden (Bozkurt et al., 2013; Zhang et al. 2013). Die PCC, eine zentrale Gehirnregion des Standardmodus-Netzwerks, ist an selbstreferenziellen Funktionen beteiligt (Vogt et al., 2006). Abnormale Dichte der grauen Substanz (Zhou et al., 2011) und Mikrostruktur der weißen Substanz (Dong et al., 2012a) in der PCC wurden bei IAD-Personen berichtet. Die klinisch-psychologischen Studien haben auch ergeben, dass Studenten, die an einer Universität für Internetabhängigkeit studieren, weniger selbstbestimmt und weniger kooperativ sind (Dalbudak et al., 2013a), was darauf hindeutet, dass IAD-Fächer einen niedrigeren Grad für selbstreferenzielle Funktionen haben. Insgesamt deuten die Ergebnisse einer verminderten Konnektivität zwischen VSi und kaudalem Kopf, subgenualem ACC und PCC darauf hin, dass IAD-Jugendliche eine abnormale affektive und motivationale Verarbeitung aufweisen.
Unser Befund einer verminderten Konnektivität zwischen dem Caudate (VSs und DC) und dem bilateralen dorsalen / rostralen ACC impliziert eine Funktionsstörung des kognitiven und emotionalen Schaltkreises, der an der kognitiven und emotionalen Kontrolle beteiligt ist (Botvinick et al., 2004; Li und Sinha, 2008) in IAD. Das dorsale ACC wurde mit der Aufrechterhaltung des Arbeitsgedächtnisses, der Konfliktüberwachung und der Fehlerverarbeitung in Verbindung gebracht, und das rostrale ACC ist an der affektiven Verarbeitung und emotionalen Regulierung beteiligt (Bush et al., 2000). Wie bereits erwähnt, wurde in der Kohorte der strukturellen MRT-Daten in früheren Studien eine geringere Dichte der grauen Substanz im linken Rücken-ACC festgestellt (Zhou et al., 2011). Eine andere Untersuchung ergab, dass die IAD ein verringertes Volumen der grauen Substanz im rostralen ACC aufwies (Yuan et al., 2011). Eine stärkere Aktivität im ACC wurde auch für die Interferenzbedingung des Stroop-Paradigmas festgestellt (Dong et al., 2012b) und eine Metaanalyse zeigten, dass die IAD eine signifikante Hyperaktivierung im medialen Frontal- / ACC-Bereich aufwies (Meng et al., 2014). Patienten mit IAD zeigten im Vergleich zu Kontrollen auch eine eingeschränkte Fähigkeit zur Fehlerüberwachung, was mit der stärkeren Aktivität im dorsalen ACC bei Fehlerreaktionen zusammenhängt (Dong et al., 2013a). Verhaltensstudien zeigten, dass IAD-Personen mit längeren Reaktionszeiten und mehr Antwortfehlern unter inkongruenten Bedingungen assoziiert waren als die Kontrollen ohne IAD (Dong et al., 2011). In der IAD wurde auch über eine verringerte Konnektivität zwischen VS und Insula berichtet. Es wurde zuvor gezeigt, dass die Insula während der Leistungsüberwachung durchgehend aktiviert und durch die Fehlererkennung moduliert wurde (Menon und Uddin, 2010). Eine Meta-Analyse-Studie zur Bildgebung des Gehirns ergab, dass die Insula an der Fehlererkennung beteiligt ist (Klein et al., 2007). Die Insula spielt somit eine wichtige Rolle bei der Fehlerverarbeitung im Hinblick auf die Anpassung des menschlichen Verhaltens. Wie bereits erwähnt, wiesen IAD-Probanden eine geringere Dichte der grauen Substanz auf (Zhou et al., 2011) und verringerte kortikale Dicke (Yuan et al., 2013) in der Insel. Darüber hinaus wurde zuvor bei Patienten mit IAD eine verminderte Inselaktivierung während der Fehlerverarbeitung festgestellt (Ko et al., 2014). Daher bilden gestörte kognitive Kontrolle und emotionale Stressverarbeitung zusammen mit zwanghafter Internetnutzung wie die Substanzabhängigkeit den Kern der krotostriatal-limbischen Funktionsdefizite bei IAD-Süchtigen.
IAD zeigte auch eine verminderte Konnektivität zwischen dem Striatum (VSs, DC und VRP) und dem IFG, einer Verbindung, die bekanntermaßen an der Hemmung der Kontrolle beteiligt ist (Chambers et al., 2009; Swick et al., 2011). Defizite in der hemmenden Kontrolle können dazu beitragen, die Kontrolle über die Internetnutzung zu verlieren und die Online-Spielnutzung trotz persönlicher Belastung, Symptomen einer psychischen Abhängigkeit und diverser negativer Konsequenzen aufrechtzuerhalten. Epidemiologische Studien zeigten, dass Jugendliche mit IAD eine höhere Impulsivität (dh Defizite bei der Reaktionshemmung) aufwiesen als Kontrollen ohne IAD (Cao et al., 2007; Dalbudak et al., 2013b). Eine neuropsychologische Studie zeigte eine verminderte Reaktionshemmung bei Patienten mit IAD (Zhou et al., 2012). Ein weiteres ereignisbezogenes Gehirnpotential mit der Go / No-Go-Aufgabenstudie zeigte, dass die IAD-Studenten eine geringere Effizienz bei der Informationsverarbeitung und eine geringere Impulskontrolle hatten als ihre normalen Kollegen (Dong et al., 2010). Darüber hinaus zeigten die Probanden mit Internet-Gaming-Störung eine höhere Gehirnaktivierung, wenn sie eine Reaktionshemmung über dem linken Frontallappen ausführten als die Kontrollpersonen (Ko et al., 2014). Reduzierte Konnektivitäten zwischen Striatum (VSs und DC) und Pallidum und Thalamus wurden auch in der IAD-Gruppe gefunden. In den kortikostriatalen Kreisläufen ist das Pallidum der Ausgang des Striatum und das Pallidum verbindet sich mit dem Thalamus, der in den Kortex hineinragt (Alexander ua, 1986). Es wird angenommen, dass diese Schaltkreise wichtig sind, um das gewünschte Verhalten zu fokussieren und beizubehalten, während unerwünschtes Verhalten unterdrückt wird (Haber und McFarland, 2001). Es ist bekannt, dass IAD-Personen Schwierigkeiten mit der Reaktionshemmung haben, was wahrscheinlich zu ihrer Neigung zum Rückfall bei Vorhandensein internetbezogener Hinweise beiträgt. Daher implizieren die Ergebnisse, dass eine schlechte Hemmkontrolle, eine verminderte Fähigkeit zur Unterdrückung von automatischen und gewohnheitsmäßigen Verhaltensweisen, bei Patienten mit IAD vorherrscht.
Interessanterweise zeigte die IAD eine erhöhte Konnektivität zwischen dem linken DCP und den bilateralen kaudalen zigulierten motorischen Bereichen, die häufig bei einfachen Armbewegungen aktiviert werden (Shima und Tanji, 1998). Angesichts der Tatsache, dass Internetabhängige eine enorme Menge an Zeit online verbringen und erstaunlich geschickt und genau in Mausklicks und Tastatureingaben sind (Kuss und Griffiths, 2012), ist es möglich, dass solche Trainingsprozesse neuroplastische Veränderungen in den kaudalen Bereichen der Zigarrenmotorik hervorrufen können.
Beziehungen zwischen kortikostriatalen Funktionskreisen und Verhalten in der IAD
In dieser Studie untersuchten wir die Verhaltenskorrelate von Veränderungen der kortikostriatalen Funktionskreise bei IAD-Jugendlichen. Die Verringerung der FC-Stärke zwischen den rechten VS und dem bilateralen Rückenmark der IAD-Probanden korrelierte signifikant mit der Erhöhung des YIAS-Scores. während ein höherer SCARED-Score mit niedrigeren FC-Stärken zwischen dem rechten VS und dem bilateralen rostralen ACC, zwischen dem linken DC und dem bilateralen dorsalen / rostralen ACC und zwischen dem linken VRP und dem rechten IFG in Beziehung zu stehen schien. Das YIAS ist ein weit verbreiteter Fragebogen zur Bewertung der Abhängigkeit des Internets. Frühere psychometrische Studien berichteten, dass IAD-Probanden höhere YIAS-Werte aufwiesen als solche ohne IAD (Cao und Su, 2007). Da angenommen wird, dass eine verringerte Konnektivität auf ein schwierigeres Eingreifen in einen Schaltkreis bei Bedarf hinweist, deutete diese Beobachtung der negativen Korrelation zwischen YIAS-Werten und Konnektivitätsstärke zwischen den rechten VS und dem bilateralen Rückenmark darauf hin, dass IAD-Probanden mit höheren YIAS-Werten nach dem zu suchen schienen supraphysiologische Stimulation des Internets über natürliche Belohnungen. Der SCARED-Fragebogen ist ein zuverlässiger und gültiger Fragebogen, der Symptome von Angststörungen bei Kindern misst (Birmaher et al., 1997). Neuropsychologische Studien ergaben, dass IAD-Jugendliche einen signifikant höheren SCARED-Score aufwiesen als solche ohne IAD (Xiuqin et al., 2010). Die negative Assoziation zwischen SCARED-Scores und Konnektivitätsstärken ergibt sich aus einer Funktionsstörung der kortikostriatalen Schaltkreise, die an der Affektionsregulation beteiligt sind. Darüber hinaus deuten die Ergebnisse signifikanter Assoziationen zwischen Konnektivitätsstärke innerhalb der kortikostriatalen Schaltkreise und Verhaltensmerkmalen darauf hin, dass die kortikostriatalen Netzwerke als Prädiktor für Abstinenz oder potenzielles neues Behandlungsziel für die IAD dienen können.
Vergleiche mit kortikostriatalen Funktionskreislaufstörungen bei der Drogensucht
Studien zu FC im Ruhezustand haben auch starke Zusammenhänge zwischen Drogenabhängigkeit und Funktionsstörungen des kortikostriatalen Kreislaufs gezeigt. Beispielsweise wurde eine erhöhte FC zwischen dem linken ventralen Striatum und dem rechten OFC beobachtet, die sich bei Kokainsucht bis in das rostroventrale ACC erstreckte (Wilcox et al., 2011). Die FC-Stärke innerhalb des striatal-dorsolateralen PFC korrelierte positiv mit der Menge des Kokainkonsums bei den Kokainkonsumenten, und das Gleichgewicht zwischen striatal-dorsalem ACC- und striatal-anterioren präfrontalen / orbitofrontalen Kortexkreisläufen war signifikant mit dem Verlust der Kontrolle über den Kokainkonsum verbunden (Hu et al., 2015). Chronischer Alkoholmissbrauch wirkt sich auch nachteilig auf die Funktion im kortikostriatalen Kreislauf aus. Beispielsweise war der dorsale Striatum-mOFC-FC beeinträchtigt (Lee et al., 2013) und die Beeinträchtigung der frontostriatalen Konnektivität verursachten eine abnormale Entscheidungsfindung und eine Hemmung der Belohnung und Reaktion bei Alkoholabhängigkeit (Park et al., 2010b; Courtney et al., 2013; Forbes et al., 2014). In Bezug auf die Nikotinsucht korrelierte die verringerte FC zwischen ventralem Striatum und dorsalem anteriorem cinguliertem Kortex negativ mit dem Schweregrad der Nikotinabhängigkeit (Hong et al., 2009). Darüber hinaus wurde bei chronischen Heroinkonsumenten eine erhöhte FC zwischen dem Nucleus accumbens und dem ventralen / rostralen ACC und OFC, zwischen dem rechten kaudalen und bilateralen mittleren Frontalkreisel und dem rechten oberen Frontalkreisel beobachtet (Ma et al., 2010; Wang et al., 2013). Es scheint daher, dass IAD und Drogenabhängigkeit zu einem gewissen Grad mit ähnlichen Störungen der kortikostriatalen Funktionskreise im Gehirn verbunden sind, die eine neuronale Signatur für diese Suchtformen darstellen können.
Einschränkungen
Es gibt mehrere Einschränkungen, die in dieser Studie erwähnt werden sollten. Erstens beruhte die Diagnose der IAD hauptsächlich auf Ergebnissen selbst gemeldeter Fragebögen, die in einigen Fällen möglicherweise zu einer Fehlerklassifizierung führen können. Daher muss die Diagnose der IAD mit standardisierten Diagnosetools verfeinert werden, um die Zuverlässigkeit und Validität zu verbessern. Zweitens war die Stichprobengröße in der Studie relativ gering, und die Verallgemeinerung der Ergebnisse sollte ebenfalls vorsichtig sein. Aufgrund dieser Einschränkung sollten die Ergebnisse als vorläufig betrachtet werden und müssen in zukünftigen Studien mit einer größeren Stichprobe wiederholt werden. Drittens schließen wir Fälle aus, bei denen es zu einer Komorbidität mit Substanzen und anderen schwerwiegenden psychiatrischen Störungen gekommen ist, und die Ergebnisse sollten vorsichtig auf diese Gruppen mit komorbidem Drogenmissbrauch und anderen psychiatrischen Erkrankungen übertragen werden. Viertens wurden in dieser Studie keine Angaben zur Krankheitsdauer gemacht. Daher konnte in dieser Studie kein Zusammenhang zwischen den Defiziten im kortikostriatalen Funktionskreislauf und der Dauer der IAD bestätigt werden. Fünftens untersuchen wir aufgrund der eingeschränkten Auflösung der fMRT-Daten im Ruhezustand die FC anhand einer kleinen Anzahl von Teilregionen im Striatum, was zu einer unvollständigen Darstellung der kortikostriatalen Funktionskreise führen kann. Daher mussten hochauflösende fMRI-Daten im Ruhezustand verwendet werden, um dieses Problem in zukünftigen Studien zu lösen. Schließlich konnten ohne prospektive Untersuchungen die kausalen Zusammenhänge zwischen Funktionsstörungen des kortikostriatalen Kreislaufs und der IAD in dieser Studie nicht beantwortet werden. Zukünftige Studien sollten versuchen, die kausalen Beziehungen zwischen IAD und den veränderten kortikostriatalen Funktionspfaden zu identifizieren.
Zusammenfassung
Zusammenfassend untersuchten wir die kortikostriatale Funktionsarchitektur bei IAD-Jugendlichen mithilfe der Ruhezustands-FC-Analyse. Die Ergebnisse zeigen, dass die IAD durch eine Beeinträchtigung der kortikostriatalen Funktionskreise gekennzeichnet ist, die eine affektive und emotionale Verarbeitung sowie eine kognitive Kontrolle beinhalten. Die Ergebnisse legen nahe, dass die IAD psychologische und neuronale Mechanismen mit anderen Arten von Impulskontrollstörungen und Substanzabhängigkeit teilt. Darüber hinaus deuten die Zusammenhänge zwischen der Konnektivitätsstärke der kortikostriatalen Schaltkreise und Verhaltensmaßstäben darauf hin, dass kortikostriatale Schaltkreise als potenzielles neues Behandlungsziel für die IAD dienen können, und kortikostriatale FC können wertvolle Informationen zur Prognose für die IAD liefern. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass der abnorme Ruhezustand kortikostriataler FC als ein in vivo Biomarker zum Testen neuer, potenziell wirksamerer Internet-Suchttherapeutika.
Autorenbeiträge
FL, YZ, YD, JX und HL waren für das Studienkonzept und -design verantwortlich. YZ, LQ und ZZ haben zur Datenerfassung beigetragen. FL half bei der Datenanalyse und Interpretation der Ergebnisse. FL entwarf das Manuskript. FL und HL haben das Manuskript kritisch auf wichtige geistige Inhalte überprüft. Alle Autoren haben den Inhalt kritisch geprüft und die endgültige Version zur Veröffentlichung freigegeben.
Förderung
Diese Arbeit wurde teilweise durch das Stipendium Nr. 973CB2011 des Nationalen Grundlagenforschungsprogramms Chinas (707802-Programm) und die Naturwissenschaftliche Stiftung Chinas (Nr. 21221064, 81171302 und 81171325) sowie durch das Stipendium Nr. 2007BAI17B03 des Nationalen Forschungs- und Entwicklungsprogramms für Schlüsseltechnologie unterstützt.
Interessenkonflikt
Die Autoren erklären, dass die Untersuchung in Abwesenheit von kommerziellen oder finanziellen Beziehungen durchgeführt wurde, die als möglicher Interessenkonflikt ausgelegt werden könnten.
Fußnoten
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Schlüsselwörter: kortikostriatale Schaltkreise, funktionelle Konnektivität, Internet-Suchtstörung, neuropsychologische Maßnahmen, fMRT im Ruhezustand
Zitat: Lin F, Zhou Y, Du Y, Zhao Z, Qin L, Xu J und Lei H (2015) Aberrante kortikostriatale Funktionskreise bei Jugendlichen mit Internetabhängigkeitsstörung. Vorderseite. Summen. Neurosci. 9: 356. doi: 10.3389 / fnhum.2015.00356
Erhalten: 20 November 2014; Akzeptiert: 02 Juni 2015;
Online veröffentlicht: 16 Juni 2015.
Bearbeitet von:
Charlotte A. Boettiger, Universität von North Carolina, USA
Rezensiert von:
Carol Seger, Colorado State University, USA
Sheng Zhang, Yale University, USA
Copyright © 2015 Lin, Zhou, Du, Zhao, Qin, Xu und Lei. Dies ist ein Open-Access-Artikel, der unter den Bedingungen der Creative Commons Attribution-Lizenz (CC BY). Die Verwendung, Verbreitung und Vervielfältigung in anderen Foren ist gestattet, sofern der ursprüngliche Autor oder der Lizenzgeber gutgeschrieben werden und die ursprüngliche Veröffentlichung in dieser Zeitschrift gemäß der anerkannten akademischen Praxis zitiert wird. Eine Verwendung, Verbreitung oder Vervielfältigung, die diesen Bedingungen nicht entspricht, ist nicht gestattet.
* Korrespondenz: Hao Lei, Nationales Zentrum für Magnetresonanz in Wuhan, Staatliches Schlüssellabor für Magnetresonanz und Atom- und Molekularphysik, Wuhan Institut für Physik und Mathematik, Chinesische Akademie der Wissenschaften, West Nr. 30 Xiaohongshan, Wuhan 430071, China, [E-Mail geschützt]
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