Einfluss des Videospielspiels auf die mikrostrukturellen Eigenschaften des Gehirns: Querschnitts- und Längsschnittanalysen (2016)

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Einleitung

Videospiele (VGP) spielen in der modernen Zeit bei Kindern eine immer größere Rolle.¹ VGP wurde mit zahlreichen bevorzugten und nicht bevorzugten Wirkungen in Verbindung gebracht. Ein Kausalzusammenhang zwischen VGP und Verbesserungen bei bestimmten visuellen Wahrnehmungsarten ist relativ gut etabliert.² Negative Auswirkungen von VGP sind dagegen Auswirkungen auf das verbale Gedächtnis, bestimmte Arten von Aufmerksamkeit, Schlaf, Lernen und Wissen.^{2, 3, 4} Darüber hinaus wurde in bildgebenden Studien gezeigt, dass VGP eine erhebliche Freisetzung von Dopamin im dopaminergen System verursacht⁵ sowie Sucht.⁶

Frühere Querschnittsstudien haben gezeigt, dass Kinder, die große Mengen an Videospielen spielen, und professionelle Online-Spieler eine erhöhte Kortikalisdicke und ein regionales Volumen der grauen Substanz im dorsolateralen präfrontalen Kortex (PFC), im vorderen Augenfeld und in ähnlichen Bereichen aufweisen.^{7, 8, 9} Die Auswirkungen von VGP auf die Entwicklung von mikrostrukturellen Eigenschaften bei Kindern, insbesondere solche, die mit negativen psychischen Folgen von VGP verbunden sind, sind jedoch bisher nicht bekannt. Ziel dieser Studie war es, dieses Problem durch prospektive Querschnitts- und Längsschnittanalysen zu untersuchen. Durch ein prospektives, prospektives Beobachtungsstudiendesign können wir uns auf die negativen Folgen von VGP konzentrieren, wie zum Beispiel auf die langfristige Fehlentwicklung der verbalen Funktionen und auf Veränderungen des Dopaminsystems aufgrund von langem VGP. Diese Fragen können in kontrollierten, kurzfristigen Interventionsstudien nicht ethisch und praktisch untersucht werden.

Mittlere Diffusivität (MD) und fraktionierte Anisotropie (FA) der Diffusionstensorabbildung¹⁰ kann verschiedene mikrostrukturelle Eigenschaften des Gehirns messen. Im Speziellen, eine niedrigere MD zeigt eine höhere Gewebedichte, wie die erhöhte Präsenz zellulärer Strukturen. Die möglichen Mechanismen zur Beeinflussung von MD umfassen Kapillaren, Synapsen, Stacheln und makromolekulare Proteine; Eigenschaften von Myelin, Membran und Axon; die Form von Neuronen oder Gliazellen; oder verbesserte Gewebeorganisation, aber MD ist für keinen von ihnen besonders empfindlich.^{10, 11} MD-Veränderungen haben sich als eindeutig empfindlich für neuronale Plastizität erwiesen.^{11, 12} IInsbesondere hat sich gezeigt, dass MD im dopaminergen System gegenüber pathologischen, pharmakologischen und kognitiven Unterschieden oder Veränderungen im Zusammenhang mit Dopamin ziemlich empfindlich ist.^{12, 13, 14, 15} Auf der anderen Seite ist bekannt, dass FA relativ stärker mit Mikrostruktur-Eigenschaften in Zusammenhang steht, die mit der Gehirn-Konnektivität zusammenhängen und empfindlich auf Zunahme der Axonmembrandicke, des Durchmessers und / oder der Menge der parallelen Organisation der Axone sind, und dass sie auch den Prozess des Nervensystems widerspiegeln kann Plastizität.^{10, 16} Wir haben diese Maßnahmen daher in dieser Studie angewendet.

Auf der Grundlage der zuvor genannten psychologischen und neurologischen Bildgebungsstudien zu VGP haben wir die Hypothese aufgestellt, dass VGP diese neuronalen Mechanismen in den Bereichen des PFC beeinflusst und den oberen temporalen und unteren frontalen Gyrus belässt, die an verbalen Prozessen beteiligt sind.¹⁷ die orbitofrontalen und subkortikalen dopaminergen Systeme, die an Belohnungs- und Motivationsprozessen beteiligt sind;¹⁸ und der Hippocampus, der an Erinnerung und Schlaf beteiligt ist.¹⁹ Angesichts der Verbreitung von VGP bei Kindern ist es wichtig, die Folgen von VGP aufzuzeigen.

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Material und Methoden

Themen

Alle Probanden waren gesunde japanische Kinder. Für vollständige Beschreibungen siehe Ergänzende Methoden. Gemäß der Erklärung von Helsinki (1991) wurde von jedem Probanden und seinem / ihrem Elternteil eine schriftliche Einwilligungserklärung eingeholt. Die Genehmigung für diese Experimente wurde vom Institutional Review Board der Tohoku University erhalten. Einige Jahre (Einzelheiten zu diesem Intervall siehe Tabelle 1) Nach dem Vorversuch wurde ein Nachversuch durchgeführt und ein Teil der Probanden des Vorversuchs beteiligte sich auch an diesem Nachversuch.

Schnittbildanalysen wurden bei 240-Probanden (114-Jungen und 126-Mädchen; Durchschnittsalter, 11.5 ± 3.1-Jahre; Reichweite, 5.7-18.4-Jahre) durchgeführt, und longitudinale Bildgebungsanalysen wurden bei 189-Probanden (95-Jungen und 94-Mädchen; Alter 14.5 ± 3.0 Jahre; Bereich 8.4 – 21.3 Jahre).

Bewertung psychologischer Variablen

Sowohl im Vor- als auch im Nachexperiment haben wir den Intelligenzquotienten (Full Scale Intelligence Quotient (FSIQ)) unter Verwendung der japanischen Version der Wechsler Adult Intelligence Scale-Third Edition (WAIS-III) für ältere Personen gemessen 16 Jahre oder die Wechsler-Intelligenzskala für Kinder - Dritte Ausgabe (WISC-III) für Probanden unter 16 Jahren.²⁰ Die Tests wurden von ausgebildeten Prüfern durchgeführt.²¹ Wir haben den FSIQ, den verbalen IQ (VIQ) und den Performance IQ (PIQ) für jedes Subjekt aus ihren WAIS / WISC-Werten berechnet. Der IQ-Test von Wechsler ist eine der am weitesten verbreiteten psychometrischen Messungen der kognitiven Funktion. Die Testergebnisse dieses Tests prognostizieren zuverlässig verschiedene Ergebnisse in den Bereichen Bildung, Karriere und soziale Beziehungen.²² Für die Qualitätsprüfung wurden die Korrelationen der Ergebnisse vor dem Testversuch mit den Testergebnissen nach dem Experiment und dem gesamten intrakraniellen Volumen vor dem Experiment berechnet (angegeben in Ergänzende Ergebnisse).

Im Vorversuch wurde die Dauer der VGP an Wochentagen anhand eines Fragebogens zum Selbstbericht mit Multiple-Choice-Fragen erfasst. Es gab die folgenden acht Optionen: 1, keine; 2, ein bisschen; 3, ungefähr 30 min; 4, ungefähr 1 h; 5, ungefähr 2 h; 6, ungefähr 3 h; 7, 4 h; und 8 haben keine Möglichkeit zu sagen. Diese Auswahlmöglichkeiten wurden in Stunden von VGP (Auswahl 1 = 0, Auswahl 2 = 0.25, Auswahl 3 = 0.5, Auswahl 4 = 1, Auswahl 5 = 2, Auswahl 6 = 3) und Stunden von VGP umgewandelt in den unten beschriebenen statistischen Analysen. Daten von Probanden, die sich für die Option 7 entschieden haben, wurden aus den Analysen mit Stunden von VGP entfernt. Diese Methode scheint eine grobe Methode zur Beurteilung der Menge an VGP zu sein. Es ist jedoch weit verbreitet und wurde im Feld validiert (siehe Diskussion und Referenzen zur Gültigkeit von Methoden in Ergänzungsmaterial).

Als zusätzliche Kovariaten erhielten wir die folgenden Informationen: Beziehung zu den Eltern, Anzahl der mit Kindern zusammenlebenden Eltern, Jahreseinkommen der Familie, Bildungsqualifikationen beider Elternteile und Urbanität des Ortes (auf Gemeindeebene), an dem die Probanden lebten . Einzelheiten zu diesen Maßnahmen einschließlich der detaillierten Bewertungsmethoden finden Sie in unserer vorherigen Studie.²³

Bei Teilnehmern der vierten Klasse oder darunter beantworteten die Eltern Fragen zur VGP-Menge und zum Verhältnis zwischen Kindern und Eltern. Bei Teilnehmern ab der fünften Klasse beantworteten Kinder diese Fragen selbst. Für die Gründe für diese Wahl der Schwelle siehe Ergänzende Methoden.

Verhaltensdatenanalyse

Die Verhaltensdaten wurden unter Verwendung der Prädiktionsanalyse-Softwareversion 22.0.0 (PASW Statistics 22; SPSS, Chicago, IL, USA; 2010) analysiert. Für psychologische Analysen wurden einseitige multiple Regressionsanalysen verwendet, um die vermuteten negativen Zusammenhänge zwischen der Menge an VGP und VIQ im Vorexperiment (Querschnittsanalysen) sowie die negativen Zusammenhänge zwischen der Menge an VGP im Vorexperiment und VIQ-Änderungen zu untersuchen vom Vorversuch zum Nachversuch (Längsschnittanalysen). In den Querschnittsanalysen Geschlecht, Alter (Tage nach der Geburt), Jahreseinkommen der Familie, durchschnittliche Anzahl von Jahren für den höchsten Bildungsabschluss der Eltern, die Person, die die Frage nach der Höhe des VGP und der Urbanität des Gebiets des Teilnehmers beantwortet hat lebten, wurden die Anzahl der Eltern, die mit dem Teilnehmer zusammen lebten, und die Beziehung zu den Eltern als Kovariaten hinzugefügt. In Längsschnittanalysen wurden zusätzlich das Zeitintervall zwischen Vor- und Nachexperiment und die abhängige Variable der Querschnittsanalyse (VIQ) als Kovariaten hinzugefügt. Andere IQ-Testergebnisse wurden auf dieselbe Weise untersucht. One-tailed-Tests wurden für Analysen verwendet, bei denen spezifische Hypothesen getestet wurden (negative Auswirkungen von VGP auf VIQ). Dies wurde durchgeführt, weil in diesen Analysen die zu prüfenden Hypothesen betroffen waren, ob VGP verbale Funktionen negativ beeinflusst. Darüber hinaus wurden für IQ-Scores, die die Auswirkungen von VGP in Querschnittsanalysen zeigten, einseitige Tests in Längsschnittanalysen verwendet (gemäß den gleichen Richtungen wie die Effekte in Querschnittsanalysen).

Auf die Analyseergebnisse, die für den Studienzweck relevant waren, wurden mehrfache Vergleichskorrekturen angewendet. In diesen sechs Analysen wurden Ergebnisse mit einer Schwelle von P<0.05 (korrigiert um die Falschentdeckungsrate (FDR) unter Verwendung der zweistufigen geschärften Methode²⁴) wurden als statistisch signifikant angesehen. Die Ergebnisse betrachteten wir nur dann als signifikant, wenn sie unkorrigiert und korrigiert wurden P-Werte waren beide <0.05.²⁵

Bilderfassung und Analyse

Die Datenerfassung mit Magnetresonanztomographie (MRI) wurde unter Verwendung eines Philips Achieva-Scanners 3-T (Best, Niederlande) durchgeführt. Verwendung einer Spin-Echo-Echo-Planar-Bildgebungssequenz (TR = 10 293 ms, TE = 55 ms, Δ= 26.3 ms, δ= 12.2 ms, FOV = 22.4 cm, 2 × 2 × 2 mm³ Voxel, 60-Scheiben, SENSE-Reduktionsfaktor = 2, Anzahl der Akquisitionen = 1), diffusionsgewichtete Daten wurden erfasst. Die Diffusionsgewichtung wurde entlang der 32-Richtungen isotrop verteilt (b-Wert = 1000 s mm^-2). Darüber hinaus ist ein einzelnes Bild ohne Diffusionsgewichtung (b-Wert = 0 s mm^-2; b0-Bild) wurde aufgenommen. Die Gesamtabtastzeit betrug 7 min 17 s. FA- und MD-Karten wurden aus den gesammelten Bildern unter Verwendung eines im Handel erhältlichen Diffusionstensor-Analysepakets auf der MR-Konsole berechnet. Weitere Einzelheiten finden Sie unter Ergänzende Methoden.

Vorverarbeitung von Imaging-Daten

Die Vorverarbeitung und Analyse der Bilddaten wurde mit SPM8 durchgeführt, das in Matlab implementiert wurde. Grundsätzlich normalisierten wir prä- und post-MD- sowie prä- und post-FA-Bilder von Probanden mit einer zuvor validierten diffeomorphen anatomischen Registrierung durch eine exponentiierte Legenalgebra (DARTEL) -basierte Registrierungsprozessmethode, dann wurden normalisierte MD-Bilder durch das benutzerdefinierte Maskenbild maskiert Dies ist mit großer Wahrscheinlichkeit eine graue oder weiße Substanz, und normalisierte FA-Bilder wurden durch das benutzerdefinierte Maskenbild maskiert, das wahrscheinlich weiße Substanz ist und geglättet wird. Für Details siehe Ergänzende Methoden.

Schließlich wurde die Signaländerung in MD (oder FA) zwischen den Bildern vor dem Experiment und nach dem Experiment an jedem Voxel innerhalb der oben genannten Maske für jeden Teilnehmer berechnet. Die resultierenden Karten, die die MD- (oder FA-) Änderung zwischen den Untersuchungen vor und nach der MRI repräsentieren ((MD after-MD before) oder (FA after-FA before)), wurden dann an die longitudinalen Bildgebungsanalysen weitergeleitet, wie in beschrieben folgenden Abschnitt.

Bilddatenanalyse für das gesamte Gehirn

Statistische Analysen der Querschnittsaufnahmen des gesamten Gehirns wurden mit SPM8 durchgeführt. Eine multiple Regressionsanalyse im ganzen Gehirn wurde durchgeführt, um den Zusammenhang zwischen MD oder FA und der Menge an VGP zu untersuchen. Die Kovariaten waren die gleichen wie die in den psychologischen Querschnittsanalysen verwendeten, mit der Ausnahme, dass bei bildgebenden Analysen das gesamte Intrakranialvolumen unter Verwendung der Voxel-basierten Morphometrie berechnet wurde (Einzelheiten siehe Takeuchi et al.²⁶) wurde als Kovariante hinzugefügt.

In den Längsschnittanalysen von MD (oder FA) wurden Karten analysiert, die Signaländerungen in MD (oder FA) zwischen den Bildern vor und nach dem Experiment darstellen. Wir untersuchten den Zusammenhang zwischen Änderungen vor und nach dem Experiment MD (und FA) und den Stunden von VGP. Die Kovariaten waren die gleichen wie die in den psychologischen Längsschnittanalysen verwendeten, mit der Ausnahme, dass bei bildgebenden Analysen das gesamte intrakraniale Volumen als Kovariante hinzugefügt wurde, was durch die Voxel-by-Voxel-Basis unter Verwendung eines biologischen parametrischen Kartierungswerkzeugs (BPM) (www.fmri.wfubmc.edu).

Die MD-Analysen beschränkten sich auf die oben erstellte Maske aus grauer + weißer Substanz. Die Analysen von FA beschränkten sich auf die Maske der weißen Substanz, die oben erstellt wurde.

Eine Mehrfachvergleichskorrektur der Querschnittsanalysen wurde unter Verwendung der Schwellenwertverbesserung (TFCE) durchgeführt.²⁷ mit randomisierten (5000-Permutationen) nichtparametrischen Permutationsprüfungen über die TFCE-Toolbox (http://dbm.neuro.uni-jena.de/tfce/). Wir haben die Schwelle eines familienbezogenen Fehlers (FWE) angewendet P<0.05. In Längsschnittanalysen wurde eine Mehrfachvergleichskorrektur unter Verwendung des FDR-Ansatzes durchgeführt.²⁸ und Bereiche, die die Ausdehnungsschwelle überschritten haben²⁹ basierend auf dieser clusterbestimmenden Schwelle wurden berichtet. Es wurden unterschiedliche statistische Schwellenwerte verwendet, da Permutationstests (1) falsch positive Raten im Allgemeinen richtig steuern können³⁰ (2) BPM erlaubt jedoch nicht die Verwendung von TFCE. Wir haben für jede Analyse die beste verfügbare statistische Methode ausgewählt.

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Die Ergebnisse

Grundinformationen

Die Merkmale der Probanden sind in dargestellt Tabelle 1. Die Dauer des VGP an Wochentagen wurde anhand des Fragebogens zum Selbstbericht erfasst. Die Durchschnittswerte und s. werden in präsentiert Tabelle 1.

Querschnittsverhaltensanalyse

Es wurden mehrere Regressionsanalysen verwendet, bei denen Vorexperimentdaten verwendet wurden und die Variablen wurden korrigiert (siehe Methoden für Details). Diese Analysen zeigten, dass die VGP-Menge im Vorexperiment signifikant und negativ mit VIQ im Vorexperiment korrelierte (Abbildung 1a, P= 0.027, nicht korrigiert, P= 0.038, korrigiert um FDR, t= −1.930, standardisierter partieller Regressionskoeffizient (β) = - 0.120) wie erwartet und mit FSIQ im Vorversuch (P= 0.032, nicht korrigiert, P= 0.038, korrigiert um FDR, t= -2.159, β= −0.135), korrelierte jedoch im Vorexperiment tendenziell nur negativ mit PIQ (P= 0.061, P= 0.038, korrigiert um FDR, t= -1.879, β= -0.118).

Längsverhaltensanalyse

Es wurden mehrere Regressionsanalysen verwendet, die Längsschnittdaten verwendeten und um die Störvariablen korrigiert wurden (siehe Methoden für Details). Die Ergebnisse zeigten, dass die Stunden der VGP im Vorexperiment signifikant und negativ mit der VIQ-Änderung zwischen den Vorexperiment- und Postexperiment-Daten korrelierten (Abbildung 1b, P= 0.044, nicht korrigiert, P= 0.038, korrigiert um FDR, t= −1.710, standardisierter partieller Regressionskoeffizient (β) = - 0.119), korrelierte jedoch nur negativ mit dem FSIQ im Vorexperiment mit dem FSIQ-Wechsel zwischen den Vorexperiment- und Postexperimentdaten (P= 0. 064, P= 0.038, korrigiert um FDR, t= -1.525, β= −0.076) und korrelierte nicht mit der Änderung der PIQ zwischen den Daten des Vor- und Nachexperiments (P= 0. 595, P= 0.2975, korrigiert um FDR, t= -0.533, β= -0.037).

Querschnittsanalysen von MD und FA

Mehrere Regressionsanalysen zeigten, dass die Stunden des VGP im Vorexperiment in ausgedehnten Regionen der grauen und weißen Substanz im bilateralen PFC, im vorderen Cingulum, im lateralen und medialen temporalen Kortex, in den Basalganglien und im Gusus fusiformus signifikant und positiv mit MD im Vorfeld korrelierten (siehe Tabelle 2 und Abbildungen 2a und b für genaue anatomische Bereiche). Darüber hinaus gab es signifikante negative Korrelationen zwischen den Stunden von VGP im Vorexperiment und FA, hauptsächlich in den Bereichen Genu und Körper des Corpus callosum, der bilateralen anterioren Korona strahlen und der rechten oberen Korona radiata (vgl Tabelle 3 und Abbildungen 2c und d für genaue anatomische Bereiche).

Längsschnittanalysen von MD und FA

Mehrere Regressionsanalysen ergaben, dass die Stunden des VGP im Vorexperiment signifikant und positiv mit Änderungen der MD zwischen dem Vor- und Nachexperiment im anatomischen Cluster korrelierten, der Bereiche der grauen und weißen Substanz der linken Basalganglien, des linken Schläfenlappen und des bilateralen Thalamus enthielt. ein Cluster in den ventralen Teilen des PFC; ein anatomischer Cluster mit den grauen und weißen Hauptbereichen der rechten Insula, des rechten Putamens und des rechten Thalamus; und ein anatomischer Cluster, der Bereiche der grauen und weißen Substanz der linken mittleren und unteren Schläfenlappen, der Fusiformen und der linken Okzipitallappen enthielt (Abbildungen 3a – c, Tabelle 4). Es gab keine signifikanten Ergebnisse im Zusammenhang mit FA-Änderungen.

Analysen von MD und psychometrischer Intelligenz

Mehrere Regressionsanalysen, bei denen Vorexperimentdaten verwendet wurden, und die für verwirrende Variablen korrigiert wurden (siehe Ergänzende Methoden für Details) wurden beschäftigt. Diese Analysen zeigten, dass der FSIQ signifikant und negativ mit MD in Bereichen korrelierte, die hauptsächlich um den linken Thalamus, den linken Hippocampus, das linke Putamen, die linke Insula, den linken Heschl-Gyrus und die damit verbundenen Bündel der weißen Substanz, wie z (Abbildung 4a; TFCE-Wert = 1423.1, TFCE-korrigiert P-value = 0.0166, Clustergröße = 1512-Voxel). Außerdem korrelierte PIQ signifikant und negativ mit MD in weit verbreiteten Bereichen der grauen und weißen Substanz in den weit verbreiteten Bereichen des gesamten Gehirns (Abbildung 4c; sehen Zusatztabelle S5 für genaue anatomische Bereiche). VIQ korrelierte nicht signifikant mit MD in der Ganzhirnanalyse. Ein erheblicher Trend wurde jedoch in Bereichen beobachtet, in denen die Auswirkungen des FSIQ beobachtet wurden. Die Analyse der Region of Interest ergab, dass VIQ in diesem Bereich signifikant und negativ mit MD korrelierte (Abbildung 4b; TFCE-Wert = 357.31, TFCE-korrigiert P-value = 0.002, Clustergröße = 1475-Voxel) (zur Berücksichtigung der statistischen Gültigkeit dieser Analyse der interessierenden Region und zum Nachweis, dass die Assoziationen zwischen MD und VIQ sowie PIQ in diesem Bereich durch die Assoziationen zwischen MD und Common gebildet werden) Komponenten von VIQ und PIQ, siehe Ergänzende Methoden und Ergänzende Ergebnisse). Diese Ergebnisse legen nahe, dass PIQ in weit verbreiteten Gebieten mit MD assoziiert ist und dass VIQ mit einem engeren Bereich in der linken Hemisphäre verbunden ist. Darüber hinaus führte eine gemeinsame Wirkung von PIQ und VIQ zu einer Auswirkung von FSIQ auf MD in diesem Bereich.

Die beobachteten MD-Korrelationen mit FSIQ und VIQ überlappten sich mit denen von VGP in den Querschnittsanalysen, nicht jedoch mit denen in den Längsschnittanalysen. Wenn jedoch die Schwelle für die Clusterbildung auf gelockert wurde P<0.1 in FDR in den Längsschnittanalysen von VGP korrigiert, überlappte der gebildete Cluster die MD-Korrelate von FSIQ und VIQ.

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Diskussion

In dieser Studie haben wir erstmals die Auswirkungen von VGP auf MD und FA bei Kindern aufgezeigt. Unsere Hypothesen wurden teilweise bestätigt, und unsere Querschnitts- und Längsschnittstudien zeigten durchweg, dass eine größere Menge an VGP mit einer erhöhten Anzahl von MD in kortikalen und subkortikalen Bereichen und einer verminderten verbalen Intelligenz verbunden war.

Die vorliegenden MD-Ergebnisse und konvergenten Beweise legen nahe, dass übermäßiges VGP die Entwicklung bevorzugter neuronaler Systeme direkt oder indirekt stört, was mit der verzögerten Entwicklung verbaler Intelligenz zusammenhängen kann. Die vorliegenden Ergebnisse zeigten, dass längeres VGP in ausgedehnten Regionen mit größerer MD und geringerer verbaler Intelligenz verbunden ist, sowohl im Querschnitt als auch in Längsrichtung. Andererseits nimmt MD während der Entwicklung im Allgemeinen ab.³¹ Darüber hinaus war in der vorliegenden Studie ein höherer PIQ mit niedrigerer MD in ausgedehnten Regionen im Gehirn assoziiert, und höherer FSIQ und VIQ waren beide mit niedrigerem MD im linken Thalamus, linkem Hippocampus, linkem Putamen, linker Insula, linkem Heschl-Gyrus assoziiert und zugehörige Bündel aus weißer Substanz. MD in Bereichen, die diese Bereiche umfassen oder an diesen angrenzend, zeigte die positiven Auswirkungen von VGP sowohl im Querschnitt als auch in Längsrichtung. Diese Beweise legen nahe, dass übermäßiges VGP die Entwicklung bevorzugter neuronaler Systeme direkt oder indirekt stört, was mit der verzögerten Entwicklung verbaler Intelligenz zusammenhängen kann.

Frühere Studien haben mehrere physiologische Mechanismen vorgeschlagen, die MD-Veränderungen zugrunde liegen. Verminderte MD wurde vorgeschlagen, um verschiedene zelluläre und zytoarchitektonische Veränderungen widerzuspiegeln, die zu einer höheren Gewebedichte führen, wie im Einführungsabschnitt beschrieben. Des Weiteren hat sich gezeigt, dass MD eindeutig auf neuronale Plastizität anspricht, und es wurde gezeigt oder vorgeschlagen, dass die oben genannten Gewebemechanismen durch Prozesse verändert werden, die neurale Plastizität betreffen.¹¹ Daher wird angenommen, dass eine Abnahme der MD normalerweise eine Zunahme der Gewebs- und Funktionsanpassungen widerspiegelt. MD ist jedoch für ein bestimmtes Gewebe nicht sehr spezifisch.³² Darüber hinaus kann MD die Abnahme des Blutflusses widerspiegeln, und in bestimmten Fällen spiegelt sich die funktionelle Anpassung in einer Zunahme der MD wider.¹² Ob es sich bei dem verringerten MD um eine anpassungsfähige Veränderung handelt, sollte daher aus einer umfassenden Perspektive ermittelt werden, die auch psychologische Maßnahmen umfasst.

Für alle identifizierten Bereiche, in denen MD mit der Menge an VGP sowohl in Querschnitts- als auch in Längsschnittanalysen korrelierte, wurde vorgeschlagen, dass sie eindeutige Rollen in verbalen Prozessen, im Gedächtnis und in ausführenden Prozessen haben. Belohnung und Motivation; und Lese- und Sprachprozesse und durch diese Prozesse kann VGP direkt oder indirekt zu zuvor berichteten Funktionsdefiziten führen. Erstens ist der Hippocampus mit Speicher- und Schlafprozessen verbunden.¹⁹ Es ist bekannt, dass VGP Schlafstörungen und Lernstörungen, Gedächtnis und Wissen in Verbindung bringt.^{3, 4} Beobachtete Abnormalitäten in diesem Bereich, die mit VGP in Zusammenhang stehen, können mit Defiziten in den mit VGP zusammenhängenden Funktionen zusammenhängen. Zweitens spielen der linke mittlere Frontal- und der untere Frontgyrus entscheidende Funktionen in Führungsfunktionen und im zentralen System und in den Untersystemen des Arbeitsgedächtnisses.³³ Zum anderen werden diese Prozesse durch VGP ursächlich gestört.² Drittens spielen Bereiche in den Basalganglien, dem Orbitofrontalkortex und der Insula verschiedene Rollen für Belohnungs- und Motivationsprozesse.^{34, 35} Interessanterweise bewirkt VGP ähnlich wie Psychostimulanzien eine erhebliche Freisetzung von Dopamin im dopaminergen System⁵ und verursacht Sucht.⁶ Es ist bekannt, dass Dopamin neurotoxische Eigenschaften aufweist, und übermäßiges Dopamin schädigt Gewebe und Zellen im Gehirn.³⁶ Darüber hinaus ergab eine vorherige Studie mit Psychostimulanzien (Methamphetamin), dass die MD in Regionen des dopaminergen Systems höher waren.³⁷ Eine Interventionsstudie zur Parkinson-Krankheit ergab, dass die Verabreichung des Dopamin-Agonisten L-Dopa zu einer erhöhten MD in Regionen des dopaminergen Systems führte.¹⁴ Daher sind eine größere Menge an VGP und eine gleichzeitige Erhöhung der Dopaminfreisetzung mit späteren MD-Änderungen im dopaminergen System verbunden, ähnlich den Wirkungen von Substanzen, die Dopamin freisetzen. Das MD dieser Bereiche ist mit Merkmalen mit negativem Einfluss verbunden, während übermäßiges VGP mit Leere oder depressiven Tendenzen verbunden ist, wenn keine Videospiele abgespielt werden.³⁸ Durch neuronale Mechanismen in diesen Bereichen kann VGP direkt oder indirekt mit den zuvor berichteten Funktionsdefiziten in Verbindung gebracht werden. In der vorliegenden Studie nahm VIQ als Reaktion auf VGP ab, und unabhängig vom IQ-Typ war ein niedrigerer IQ mit einem höheren MD in Bereichen einschließlich des dopaminergen Systems und des Hippocampus verbunden. Neben Lern- und Gedächtnisprozessen spielen Motivationsprozesse eine Schlüsselrolle bei der IQ-Testleistung bei Kindern.³⁹ Daher können die beobachteten Auswirkungen von VGP auf VIQ teilweise durch diese neuronalen Mechanismen vermittelt werden. Dies sind jedoch Spekulationen, da es sich bei der vorliegenden Studie um eine longitudinale und nichtinterventionelle Studie handelt und wir nicht über ausreichende Daten verfügen, um diese Spekulationen und Kausalitäten zu belegen. zukünftige Studien sind erforderlich, um diese Spekulationen oder Kausalitäten zu bestätigen.

Die Zusammenhänge zwischen einer größeren Menge an VGP und einem niedrigeren FA sowie einem niedrigeren PIQ wurden nur in Querschnittsanalysen beobachtet. Man nimmt an, dass ein niedrigerer FA in Bereichen wie dem Corpus callosum, in dem sich mehrere neuronale Fasern nicht kreuzen, nicht bevorzugte Traktfunktionen darstellt, die mit einer verringerten Myelinisierung von Axonen und anderen physiologischen Mechanismen einhergehen.^{16, 40} Der beobachtete Mangel an Assoziationen in den Längsschnittanalysen kann auf viele Ursachen zurückgeführt werden. Eine ist die geringere statistische Leistung bei Längsschnittanalysen aufgrund einer geringeren Stichprobengröße oder eines höheren Alters, da jüngere Kinder eine größere Plastizität aufweisen.⁴¹ Die meisten auffälligen Plastizitäten können auch im Anfangsstadium der Erfahrung mit VGP gemäß diesen Maßnahmen auftreten, und neuronale Plastizität kann daher in Längsschnittanalysen dieser Maßnahmen nicht beobachtet werden. Die letzte, aber unkomplizierteste Interpretation ist, dass VGP keine erkennbaren Auswirkungen auf diese Maßnahmen hat. Die beobachtete Querschnittsverbindung bestand darin, dass Kinder mit solchen neurokognitiven Eigenschaften (niedrigerer PIQ und niedrigerer FA in weit verbreiteten Regionen) Videospiele in größerer Anzahl spielen. In Verbindung mit den vorliegenden Erkenntnissen der FA wurden in früheren Studien die FA-Eigenschaften von Patienten mit Internetsucht untersucht.^{42, 43} Diese Studien sind für die aktuellen Ergebnisse relevant, da die Abhängigkeit des Internet von der Menge des VGP abhängt.⁴⁴ Vielleicht wegen Online-Spielen. Obwohl die Ergebnisse dieser beiden Fälle inkonsistent sind, wurde festgestellt, dass Patienten mit Internetsucht in präfrontalen Bereichen einschließlich der vorderen Teile des Corpus callosum eine niedrigere FA aufweisen. In dieser Studie wurde außerdem ein Fragebogen zu Angststörungen bei Kindern eingesetzt⁴⁵ und zeigte, dass Patienten mit Internetsucht schwerwiegendere emotionale Probleme aufweisen und dass diese Probleme mit FA im vorderen Corpus callosum assoziiert waren. Obwohl frühere Studien gezeigt haben, dass die strukturellen Korrelate der grauen Substanz der Menge an VGP nicht mit der Internetsucht zusammenhängen,⁴⁴ Es ist möglich, dass die vorliegenden FA-Ergebnisse gemeinsame pathogene Mechanismen mit der Internetsucht haben (z. B. Verletzbarkeit und / oder erworbene Anzeichen von Sucht / emotionalen Problemen). Diese Möglichkeiten sollten in zukünftigen Studien untersucht werden.

Die vorliegenden Studien haben unser Verständnis der direkten oder indirekten Auswirkungen von VGP bei Kindern verbessert. Wie in früheren Studien beschrieben, hat das bisherige Neuroimaging eher beständig eine positive Korrelation zwischen der Menge an VGP und der Menge der grauen Substanz in der DLFPC gezeigt, und dies wurde im Allgemeinen als positives Ergebnis betrachtet.^{7, 8, 9} Eine ähnliche Tendenz zwischen der Menge an VGP und dem Volumen der regionalen grauen Substanz in der linken dorsolateralen PFC (T= 3.27, 689 mm³, P<0.0025) wurde in der Querschnittsanalyse dieser Studie beobachtet. In dieser Analyse wurde die VBM-Analyse mit den gleichen Kovariaten durchgeführt, die in dieser Studie verwendet wurden (Details zu den Vorverarbeitungsverfahren finden Sie unter Takeuchi.) et al.²⁶). Zusätzliche Studien haben jedoch gezeigt, dass die mit der Computererfahrung bei Kindern und jungen Erwachsenen verbundene Zunahme der grauen Substanz negative psychologische Folgen hat.^{26, 46} Die vorliegenden Studien haben die direkten oder indirekten Auswirkungen von VGP aus Sicht von FA und MD und verbaler Intelligenz untersucht und die negativen Aspekte von VGP bei jüngeren Probanden weiter unterstützt.

Die vorliegende Studie hatte einige Einschränkungen. Erstens war dies keine Interventionsstudie und beinhaltet daher einige häufige Einschränkungen bei beobachtenden epidemiologischen Studien. Diese Studie beinhaltete Längsschnittanalysen und war frei von einigen Einschränkungen (z. B. die Möglichkeit, dass Assoziationen zwischen verbaler Intelligenz und VGP durch eine Tendenz von Kindern mit geringerer Intelligenz zum Spielen von Videospielen verursacht wurden). Die vorliegenden Ergebnisse können jedoch immer noch nicht beweisen, dass VGP die beobachteten Änderungen direkt verursacht hat. Es ist möglich, dass zahlreiche Umweltfaktoren, die in den Analysen nicht korrigiert werden konnten, die beobachteten Veränderungen verursachten. Es ist auch möglich, dass die Anzahl der täglichen Aktivitäten (z. B. Lernen, Lesen, Gespräche mit anderen Personen und Bewegung) durch die im VGP verbrachte Zeit ersetzt wurde. Dies trifft eher auf Kinder zu, da Kinder an Wochentagen (beispielsweise in der Schule) ihre Zeit eher einheitlich verbringen. Während der verbleibenden Zeit neigen andere Aktivitäten dazu, gleichzeitig zuzunehmen, wenn bestimmte Aktivitäten zunehmen. Aus diesem Grund ist es nicht angebracht, diese Aktivitäten in mehreren Regressionsanalysen zu korrigieren. Es sollte auch daran erinnert werden, dass die Zeit, die in VGP verbracht wird, bei Kindern eine Abnahme der Zeit für verbale Aktivitäten (oder Übungen) widerspiegelt und dass einige der beobachteten Effekte möglicherweise durch solche Effekte vermittelt wurden. Selbst wenn dies der Fall wäre, glauben wir nicht, dass der Zweck dieser Studie nicht erfüllt wurde, da die Zeit, die Sie in VGP verbringen, die Art der Zeit widerspiegelt, die Sie in der Praxis in VGP verbracht haben. Mit anderen Worten, im Gegensatz zu den experimentellen Einstellungen, im wirklichen Leben, selbst wenn ein bestimmtes Videospiel vorteilhafte Auswirkungen auf bestimmte Funktionen hat, muss eine beträchtliche Zeit, die ein solches Spiel verbringt, andere günstige Aktivitäten ersetzen, wie etwa Lernen und Übung. Weitere Informationen zu diesem Thema und zur Bewertung der Auswirkungen des Sports finden Sie hier Ergänzende Methoden und Ergebnisse. Es ist auch möglich, dass die Menge an VGP andere Beeinträchtigungen widerspiegelte (VGP-Abhängigkeit und geringe Motivation für akademische oder soziale Aktivitäten), und dass diese Beeinträchtigungen neurokognitive Funktionen beeinflussen. Wenn alternativ eine höhere Menge an VGP zur Spielsucht führt, kann dies neurokognitive Funktionen beeinflussen. Zukünftige Studien müssen durchgeführt werden, um diese kausalen Mechanismen zu berücksichtigen. Weitere Diskussionen zu diesem Thema finden Sie unter Ergänzende Methoden. Darüber hinaus haben wir in dieser Studie auch eine validierte und weit verbreitete, aber grobe kognitive Maßnahme (Wechsler-IQ-Test) verwendet, und wir haben keine Daten gesammelt, die spezifisch sozioemotionale Maßnahmen auswerten können. Die Auswirkungen von VGP auf diese spezifischen Funktionen sowie deren Zusammenhang mit bildgebenden Diffusionstensor-Maßnahmen sollten in zukünftigen Studien untersucht werden. Studien haben auch gezeigt, dass bestimmte Videospiele (z. B. gewalttätige, räumliche und strategische Spiele) bestimmte Auswirkungen haben.⁴⁷ Da unser Studienzweck diese Probleme nicht ansprach, sammelten wir keine Daten, die zur Untersuchung solcher Auswirkungen erforderlich sind. Diese Effekte könnten jedoch in Zukunft untersucht werden. Eine generelle Einschränkung dieser Art von Strukturstudie zu den Auswirkungen von Umweltfaktoren auf neurale und kognitive Mechanismen besteht darin, dass strukturelle Änderungen nicht direkt funktionale Änderungen in den identifizierten Bereichen widerspiegeln, die mit kognitiven Funktionen zusammenhängen. Daher kann unsere Studie nicht direkt erklären, wie MD-Korrelationen der Menge an VGP in den identifizierten Bereichen mit den beobachteten kognitiven Funktionskorrelaten der Menge an VGP und anderen kognitiven Funktionen zusammenhängen.

Zusammenfassend ist festzustellen, dass ein erhöhter VGP direkt oder indirekt mit einer verzögerten Entwicklung der MD in ausgedehnten Regionen des Gehirns sowie mit verbaler Intelligenz zusammenhängt. Zuvor wurde ein breites Spektrum an positiven Wirkungen von VGP berichtet.⁴⁸ Videospiele können unter bestimmten Bedingungen nützlich sein (z. B. ältere Erwachsene, bestimmte Arten von Spielen). Die vorliegende Studie förderte jedoch unser Verständnis von VGP als tägliche Gewohnheit von Kindern und zeigte, dass die Bedingungen, unter denen Kinder über längere Zeit Videospiele spielen, zumindest aus einer bestimmten Perspektive zu einer ungünstigen neurokognitiven Entwicklung führen können.

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Interessenkonflikt

Die Autoren erklären keinen Interessenkonflikt.

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Danksagung

Wir danken Yuki Yamada für den Betrieb des MRI-Scanners, Keiko Okimoto für die Unterstützung bei der Durchführung des Experiments und Yuriko Suzuki von Philips für Ratschläge bezüglich der diffusionsgewichteten Bildgebung. Wir danken auch den Studienteilnehmern, den anderen Prüfern psychologischer Tests und allen Kollegen des Instituts für Entwicklung, Altern und Krebs und der Tohoku University für ihre Unterstützung. Diese Studie wurde von JST / RISTEX und JST / CREST unterstützt. Wir danken Enago (www.enago.jp) für die englischsprachige Rezension.