Truflun á hjartastarfsemi neti í fíkniefnaneyslu: Hvíldarstaða, hagnýtur segulómun (2014)

Abstract

Internetfíknisjúkdómur (IAD) er í auknum mæli viðurkenndur sem geðröskun, sérstaklega meðal unglinga. Meingerðin sem tengist IAD er þó enn óljós. Í þessari rannsókn stefnum við að því að kanna virkni einkenna í heila í IAD unglingum í hvíld með því að nota hagnýtar segulómunargögn. Við tókum upp myndfræðilega nálgun til að kanna hugsanlegar truflanir á hagnýtri tengingu hvað varðar neteiginleika, þar með talið smáheim, skilvirkni og hnútastærð hjá 17 unglingum með IAD og 16 félagslega lýðfræðilega samsvarandi heilbrigða stjórnun. Rangar uppgötvunarhraða leiðréttar prófmælingar voru gerðar til að meta tölfræðilega marktækni á netfræðilegum mun á hópstigi. Að auki var gerð greining á fylgni til að meta tengslin á milli hagnýtrar tengingar og klínískra mælinga í IAD hópnum. Niðurstöður okkar sýna fram á að veruleg röskun er á virkum tengslum við IAD sjúklinga, sérstaklega milli svæða sem eru staðsett í framhliðarlömpum, framhliðarlömbum og frumuholi. Tengslin sem hafa áhrif eru langdræg og milliloftatengingar. Þrátt fyrir að marktækra breytinga sést fyrir svæðisbundnar mælikvarða, þá er enginn munur á alþjóðlegri netheildarfræði milli IAD og heilbrigðra hópa. Að auki sýnir fylgni greining að fram kemur svæðisbundin frávik eru í samræmi við alvarleika IAD og klínískt hegðunarmat. Niðurstöður okkar, sem eru tiltölulega samkvæmar milli líffærafræðilegra og hagnýtra skilgreindra atlósa, benda til þess að IAD valdi truflunum á hagnýtri tengingu og, það sem skiptir máli, að slíkar truflanir geti tengst hegðunarskerðingu.

Tilvitnun: Wee CY, Zhao Z, Yap PT, Wu G, Shi F, o.fl. (2014) Truflað heilastarfsnet í fíkniefnaneyslu á internetinu: Hagnýt rannsókn á segulómun. PLoS ONE 9 (9): e107306. doi: 10.1371 / journal.pone.0107306

Ritstjóri: Satoru Hayasaka, Wake Forest School of Medicine, Bandaríkjunum

Móttekið: Janúar 20, 2014; Samþykkt: Ágúst 11, 2014; Útgáfuár: September 16, 2014

Höfundaréttur: © 2014 Wee o.fl. Þetta er opin aðgangur sem dreift er samkvæmt skilmálum Creative Commons Attribution License, sem leyfir ótakmarkaða notkun, dreifingu og æxlun á hvaða miðli sem er, að því tilskildu að upphaflegir höfundar og heimildir séu lögð fram.

Fjármögnun: Þessi vinna var studd að hluta af National Institutes of Health (NIH) styrkjum EB006733, EB008374, EB009634, AG041721 og CA140413, svo og National Natural Science Foundation of China (81171325) og National Key Technology R & D Program 2007BAI17B03. Fjárveitendur höfðu ekkert hlutverk í hönnun rannsókna, gagnasöfnun og greiningu, ákvörðun um útgáfu eða undirbúning handritsins.

Samkeppnis hagsmunir: Höfundarnir hafa lýst því yfir að engar hagsmunir séu til staðar.

Hvernig gengur lífið dag frá degi? Er það í jafnvægi og allt eins og það á að vera? Er jafnvægi hvort sem litið er á veraldlega stöðu eða andlega? Lífið er eins og það er. Það er ekki alltaf sólskyn. Það koma reglulega lægðir með rok og rigningu. Við vitum að í heildar samhenginu er lægð hluti af vistkerfi að leita að jafnvægi. Stundum erum við stödd í miðju lægðarinnar. Þar er logn og gott veður, sama hvað gengur á þar sem stormurinn er mestur. Sama lögmál gildir varðandi þitt eigið líf. Ef þú ert í þinn miðju, þínum sannleik þá heldur þú alltaf jafnvægi átakalaust. Sama hvað gustar mikið frá þér þegar þú lætur til þín taka. Huldufólk hefur gefið okkur hugleiðslu sem hjálpar okkur að finna þessa miðju, finna kjarna okkar og sannleikann sem í honum býr. Þegar þú veist hver þú ert og hvers vegna þú ert hér, mun líf þitt vera í flæðandi jafnvægi. Hugleiðslan virkjar þekkinguna sem er í vitund jarðar og færir hana með lífsorkunni inn í líkama okkar. Þar skoðar hún hugsana og hegðunar munstrið og athugar hvort það myndar átakalausu flæðandi jafnvægi. Hinn möguleikinn er falskt jafnvægi sem hafa þarf fyrir að viðhalda með tilheyrandi striti, áhyggjum og ótta. Síðan leiðbeinir þessi þekking okkur að því jafnvægi sem er okkur eðlilegt. Við blómstrum átakalaust, líkt og planta sem vex átakalaut frá fræi í fullþroska plöntu sem ber ávöxt.

Greint hefur verið frá því að ofnotkun á internetinu geti leitt til breyttra félagslegra hegðunar einkenna sem eru svipuð þeim sem finnast í fíkniefnum og sjúklegri fjárhættuspil. [1], [2]. Með auknum fjölda netnotenda undanfarna áratugi hefur þetta vandamál í auknum mæli verið talið alvarlegt lýðheilsumál [3]. Netfíkn og tölvutengd fíkn almennt virðast vera víðfeðmt fyrirbæri og hefur áhrif á milljónir einstaklinga í Bandaríkjunum og erlendis, þar sem tíðni tíðni er mest hjá unglingum og háskólanemum í þróunarsvæðum í Asíu [3]-[7]. Áhrif ofneyslu internets á ungum fullorðinsárum eru sérstaklega klínísk og samfélagsleg, þar sem unglingsár eru tímabil verulegra breytinga á taugalíffræði sem tengjast ákvarðanatöku. [8] og sýnir þar með meiri næmi fyrir tilfinningatruflunum og fíkn [9]-[11]. Síðan sem frumverk Young [2], netfíkn hefur vakið verulega athygli félagsfræðinga, sálfræðinga, geðlækna og kennara.

Klínískum eiginleikum hegðunarvandamála sem tengjast netnotkun hefur verið lýst undir ýmsum greiningarviðmiðum, þar með talið röskun á netfíkn (IAD) [12], sjúkleg netnotkun [13]og vandræða netnotkun [14]. IAD hefur verið flokkað sem truflun á höggstjórn, þar sem það felur í sér óaðlögandi netnotkun án vímuefna, svipað og sjúklegt fjárhættuspil. IAD sýnir svipaða eiginleika annarra fíkna, þ.mt þróun náms-, fjárhags- og atvinnuerfiðleika vegna ávanabindandi hegðunar og vandamála við að þróa og viðhalda persónulegum og fjölskyldusamböndum. Einstaklingar sem þjást af IAD munu eyða meiri tíma í einveru sem hefur síðan áhrif á eðlilega félagslega virkni þeirra. Í verstu tilfellunum geta sjúklingar fundið fyrir líkamlegum óþægindum eða læknisfræðilegum vandamálum eins og úlnliðsbeinheilkenni, þurr augu, bakverk, alvarlegan höfuðverk, borða óreglu og truflaðan svefn [15], [16]. Þar að auki eru sjúklingar oft ónæmir fyrir meðferð við IAD og hafa hátt bakslag [17], og margir þeirra þjást einnig af annarri fíkn, svo sem fíkn í fíkniefni, áfengi, fjárhættuspil eða kynlíf [18].

Þó að IAD sé ekki enn talið fíkn eða geðröskun í DSM-5 [19], það eru nægar rannsóknir, aðallega byggðar á sálfræðilegum spurningum sem tilkynnt er um sjálf, og sýna neikvæðar afleiðingar í daglegu lífi með tilliti til atferlisþátta, sálfélagslegra þátta, stjórnunar á einkennum, geðsjúkrar meðvirkni, klínískrar greiningar og meðferðarniðurstaðna [6], [20]-[23]. Fyrir utan þessar hegðunargreiningar, hefur taugamyndunartækni verið beitt nýlega til að kanna áhrif þungrar ofnotkunar á internetinu á uppbyggingar- og hagnýta eiginleika heila mannsins [7], [24]-[29]. Hagnýtur segulómun í hvíldarástandi (R-fMRI), áhrifarík in vivo tól til að rannsaka taugastarfsemi heilans, hefur áður verið notað til að bera kennsl á hugsanlegar truflanir á virkni heilahimnunnar í IAD [24], [26], [27], [30]. . In Í [27], svæðisbundin einsleitni (ReHo) greining, sem mælir samkvæmni svæðisbundinna sveiflusveifla (LFF) innan heilaneta, leiddi í ljós aukna samstillingu milli heilasvæða sem tengjast umbunarleiðum hjá IAD sjúklingum. Sambærileg rannsókn á einstaklingum með leikjafíkn á netinu (OGA) lagði til að nota aukna amplitude LFF í vinstri miðlægu sporbaugaberki, sem hefur líffærafræðileg tengsl við nokkur svæði sem tengjast markvissri ákvarðanatöku, sem lífmarkaður fyrir sjúkdóminn. [30]. Hong et al. notaði tölfræðilega netbundna tölfræði (NBS) til að greina mun á hópum á svæðisbundnum hagnýtingatengingum milli IAD og samanburðarhópa og víðtæk lækkun á hagnýtri tengingu kom fram í IAD hópnum, einkum engin alþjóðleg truflun á heildarnetfræði [26]. Í annarri rannsókn sem byggir á hagnýtri tengingu voru breytingar á sjálfgefnum nettengingum kannaðar með því að nota aftari heilaberki (PCC) sem fræsvæði [24]. Niðurstöður sýndu aukna hagnýtingartengingu milli tvíhliða afturhliðarlinsu í heila og miðtímabólgu, auk minnkandi tengsla milli tvíhliða óæðri garnhimnu og hægri óæðri tíma.

Í núverandi rannsókn beitum við línuritskenningu til að greina IAD út frá R-fMRI gögnum. Við metum fyrst mikilvægi truflana á tengingu við notkun parametric próf með mörgum samanburðarleiðréttingum. Þetta gerir okkur kleift að kanna að fullu fullt mynstur af heila hagnýtum tengingum og mynstur tenginga milli stórra neta [31]. Í öðru lagi kannum við mögulegar truflanir á tengingum sem tengjast IAD hvað varðar alheims neteignir, þ.mt eiginleikar smáheims (þ.e. þyrpingarstuðull og einkennandi stígalengd) og netnýtni (þ.e. hnattræn og staðbundin skilvirkni) yfir stjórnun í litlum heimi. Í þriðja lagi, með sama dreifnibilsneti, metum við hagnýtur mikilvægi nets með því að taka tillit til tengsla svæðisins við allt hagnýtt samband [32] byggt á miðlægu mælikvarða hvers arðsemi. Við erum hvött til að nota miðstöð netkerfisins til staðfærðu betur trufluðu svæðin á staðbundnara stigi. Að lokum kannum við tengsl milli netmælinga og bæði atferlisstigs og klínískra skora þátttakenda. Rannsókn á tengslum netseiginleika og klínískrar niðurstöðu eykur þekkingu okkar á fíkniefnafræði og veitir mikilvæga innsýn til þróunar áreiðanlegri IAD greiningartækni.

Efni og aðferðir

Þátttakendur

Þrjátíu og þrír rétthentir þátttakendur, sem samanstanda af 17 unglingum með IAD (15 karlar og 2 konur) og 16 kyn-, aldurs- og menntunarmótuðum heilbrigðum einstaklingum (14) og 2 konum, tóku þátt í þessari rannsókn . Sjúklingarnir voru ráðnir frá Barna- og unglingageðdeild, Geðheilsustöð í Sjanghæ, læknadeild Jiao Tong háskóla í Sjanghæ. Viðmiðunarfólkið var ráðið frá nærsamfélaginu með auglýsingum. Rannsóknin var samþykkt af siðanefnd læknisfræðilegra rannsókna og stofnanarannsóknarnefnd geðheilbrigðisstofnunar Shanghai í samræmi við yfirlýsingu Helsinki og fullu skriflegu upplýstu samþykki var fengið frá foreldrum / forráðamönnum hvers þátttakanda.

Lengd IAD var áætluð með afturvirkri greiningu. Allir einstaklingar voru beðnir um að muna eftir lífsstíl sínum þegar þeir voru upphaflega háðir internetinu. Til að sannreyna netfíkn sína voru sjúklingarnir prófaðir aftur samkvæmt breytta greiningarspurningalista Young (YDQ) vegna viðmiðana við netfíkn af Beard og Wolf [33], og áreiðanleiki sjálfskýrðu IAD var staðfestur með viðtali við foreldra þeirra. IAD sjúklingarnir eyddu a.m.k. klukkustundir á dag á internetinu eða leikjum á netinu, og daga á viku. Við staðfestum þessar upplýsingar frá herbergisfélögum og bekkjarfélögum sjúklinganna að þeir kröfðust oft þess að vera á internetinu seint á kvöldin og trufluðu líf annarra þrátt fyrir afleiðingarnar. Athugið að allir sjúklingarnir voru háðir internetinu að minnsta kosti eða meira en 2 ár. Upplýsingar um breytta YDQ fyrir viðmiðanir við netfíkn er að finna í Skrá S1.

Eftir fyrri IAD rannsóknir [34], aðeins þeir læknar sem eyddu minna en 2 klukkustundum (klukkustund eytt = ) á dag á internetinu voru með í núverandi rannsókn. HC hópurinn eyddi daga á viku á internetinu. Læknarnir voru einnig prófaðir með breyttum YDQ viðmiðum til að tryggja að þeir þjáðust ekki af IAD. Allir ráðnir þátttakendur voru móðurmálskínuræddir og höfðu aldrei notað ólögleg efni. Athugið að breytta YDQ var þýdd á kínversku til að auðvelda þátttakendum. Til að réttlæta frekari greiningarniðurstöður er önnur IAD greiningaraðgerð, Young's Internet Addiction Scale (YIAS) [35], var gerð fyrir hvern þátttakanda. YIAS er 20 atriða spurningalisti sem er þróaður af Dr. Kimberly Young til að meta umfang fíknar á internetinu. Það flokka netnotendur í þrjú stig af alvarleika byggt á 100 punkta stigakerfi: mildur netnotandi ( stig), hóflegur netnotandi ( stig) og alvarlegur netnotandi ( stig).

Fyrir utan greiningu á IAD með breyttum YDQ og YIAS voru hegðunaraðstæður IAD sjúklinga einnig metnar með nokkrum hegðunartengdum spurningalistum: Barratt Impulsiveness Scale-11 (BIS-11) [36], Time Management Disposition Scale (TMDS) [37], Styrkleikar og erfiðleikar Spurningalisti (SDQ) [38]og McMaster fjölskyldumatstæki (FAD) [39]. Bæði barna- og foreldraútgáfur SDQ voru notaðar í rannsókninni. Upplýsingar um þessa spurningalista eru í Skrá S1.

Áður en allir þátttakendur voru í viðtali við sjúkrasögu fóru þeir í einfalda líkamsskoðun (blóðþrýstings- og hjartsláttarpróf) til að útiloka líkamlegar kvillar sem tengjast hreyfingu, meltingarfærum, taugaveiklun, öndunarfærum, blóðrás, innkirtlum, þvagfærum og æxlunarkerfi. Útilokunarviðmiðin innihéldu: 1) sögu um geðheilsu og geðröskun, svo sem kvíðaröskun, þunglyndi, áráttu, geðklofa, einhverfu eða geðhvarfasýki; 2) sögu um vímuefnaneyslu eða fíkn; 3) sögu um líkamlega kvilla sem tengjast hreyfingu, meltingarfærum, taugaveiklun, öndunarfærum, blóðrás, innkirtlum, þvagi og æxlunarkerfi; og 4) meðgöngu eða tíða hjá konum á skannadeginum. Þessi útilokunaraðferð er mikilvæg til að tryggja að þátttakendur í þessari rannsókn séu ekki fyrir áhrifum af öðrum líkamlegum, taugasjúkdómum eða taugasjúkdómum og dregur því úr hugsanlegum hlutdrægni í niðurstöðum sem fengust. Ítarlegar lýðfræðilegar upplýsingar og klínísk einkunn er að finna í Tafla 1.

Sækja:  

• PPT

  PowerPoint renna

• PNG

  stærri mynd (70KB)

• TIFF

  upprunalega mynd (305KB)

Tafla 1. Lýðfræðilegar upplýsingar þátttakenda sem taka þátt í þessari rannsókn.

doi: 10.1371 / journal.pone.0107306.t001

Gagnaöflun og forvinnsla

Gagnaöflun var framkvæmd með 3.0 Tesla skanni (Philips Achieva). Hagnýtar myndir í hvíldarástandi hvers þátttakanda fengust með bergmálstíma (TE) = 30 ms og endurtekningartíma (TR) = 2000 ms. Upptökufylki var 64 × 64 með rétthyrndu FOV 230 × 230 mm², og voxel upplausn 3.59 × 3.59 × 4 mm³. Skönnunin innihélt 220 bindi fyrir hvern þátttakanda. Við gagnaöflunina voru þátttakendur beðnir um að liggja hljóðlega í skannanum með lokuð augun. Þrátt fyrir að engin aukatækni eða tæki hafi verið beitt til að mæla hvort einstaklingarnir hafi í raun lokað augunum, hafa viðfangsefnin staðfest að þeir voru meðvitaðir og höfðu lokað augunum meðan á skönnuninni stóð.

Forvinnsla gagna var gerð með venjulegri leiðslu í tveimur verkfærakistum R-fMRI vinnslu, DPARSF [40] og HVILJA [41]. Fyrir hverja forvinnslu var fyrstu 10 R-fMRI bindi hvers einstaklings hent til að ná jafnvægi á segulmagni. R-fMRI rúmmál voru eðlileg í MNI rýmið með upplausn 3 × 3 × 3 mm³. Afturhvarf óþæginda merkja þ.m.t. slegils, hvíts efnis og hnattrænna merkja var framkvæmt. Enginn þátttakenda var undanskilinn miðað við viðmiðun á tilfærslu meira en 3 mm eða snúningshorn meiri en 3 gráður í hvaða átt sem er. Til að lágmarka áhrif höfuðhreyfinga enn frekar notuðum við 24-breytu leiðréttingu Friston sem og Voxel-sértæka meðalrammaflutninga (FD) [42] með FD þröskuld 0.5. Fyrir mat á hagnýtri tengingu var meðaltal R-fMRI tímaraðar hvers arðsemi síað framhjá ( Hz).

Netbygging og greining á einstökum tengingum

Fræðileg greining á línuriti var samþykkt í þessari rannsókn til að kanna hagnýtar breytingar á heila tengingu af völdum IAD meðal hóps kínverskra unglinga. Hagnýt heilanet voru smíðuð á stórstigi þar sem hnúður tákna fyrirfram skilgreind heilasvæði og brúnir tákna millisvæðis hagnýtingartengingu (RSFC). Til að skilgreina nethnúta, pöruðum við heilann í áhugasvæði (ROI) með því að vinda fMRI myndirnar í Atlas sjálfvirku líffærafræðimerkingarinnar [43]. Svæði byggð á AAL atlasinu eru skráð í töflu S1 í Skrá S1. Táknræn tímaröð hvers arðsemi var síðan fengin með því að meðaltal aðhvarfs tímaþáttarins yfir allar raddvörur í hverju arðsemi. Til að mæla millisvæðis RSFC reiknuðum við út Pearson fylgni fyrir allar mögulegar (() = 4005) arðsemi parar og smíðaði samhverft tengifylki til að tákna þessar tengingar. Við greindum mun á hópstigi milli hvers parðs af arðsemi hvað varðar styrk styrkleika. Verulegur munur fyrir hverja hagnýta tengingu var metinn með því að nota massa einbreytilegt (tvíhala) prófanir með þröskuldi og leiðrétting á rangri uppgötvunarhlutfalli (FDR).

Net mæligildi og einkenni greining

Pearson fylgnistengd hagnýtingartengifylki er þétt tengt, með mörgum fölskum, litlum styrkleikum. Til að móta heila netkerfi manna betur, sem sýna eiginleika í litlum heimi, var hagnýtt tengifylki hvers og eins unnið frekar til að fá dreifð svið sem fellur innan smáheimsstjórnarinnar () [44]-[48]. Þessi stjórn tryggir tiltölulega stöðug einkenni smáheima fyrir heilanet 90 arðsemi [44]. Nánar tiltekið var Pearson fylgnifylki hvers námsgreinar breytt í tvöfalt aðliggjandi fylki, , samkvæmt fyrirfram skilgreindu strjálleiki, þar sem allir eru upphaflega stillt á einn og síðan eru þeir þættir sem svara til lægstu fylgnigildanna ítrekað stilltir á núll þar til ákveðnu stigi dreifni er náð. Byggt á þessum netum notuðum við bæði alþjóðlegar og svæðisbundnar netmælingar til að greina heildar arkitektúr og svæðisbundinn hnút miðstöð heila netanna til samanburðar á hópstigi. Alheimsmælikvarðarnir sem notaðir voru innihalda breytur í litlum heimi, þ.e. þyrpingarstuðullinn () og einkennandi stíglengd () [49], [50], sem og alheimsnetskilvirkni () og staðbundið net skilvirkni (). Að auki reiknuðum við út eðlilegar útgáfur af þessum mælingum með handahófi netum (og ) til að tryggja smærri eignir uppbyggðra heilaneta. Við skilgreinum net sem lítinn heim ef það uppfyllir eftirfarandi þrjú skilyrði: , , og hlutfall smáheims, . Þrjár miðlægar mælikvarðar á hnúða - gráðu (), skilvirkni () og betweenness () - af hverju heilasvæði voru reiknuð til að kanna staðbundin einkenni hagnýtt net [44], [46].

Til að tölfræðilega rannsaka muninn á milli hópa gerðum við tvíhliða, tvennsýni prófanir með þröskuldi (FDR leiðrétt) á hverri netmælingu (hnattræn og svæðisbundin) byggt á flatarmáli undir ferli (AUC) hvers netmælinga sem er smíðuð úr litla heiminum stjórn [48]. AUC veitir yfirlit yfir staðfræðilega eiginleika heila netkerfa yfir öllu stjórnkerfi smáheims, í stað þess að taka aðeins tillit til staðfræðinnar við einn dreifðarþröskuld [44], [51]. Nánar tiltekið, fyrir hverja netmælingu, reiknuðum við fyrst AUC gildi hvers einstaklings fyrir sig yfir net með mismunandi dreifnistig og gerðum síðan tveggja sýnishorn -prófanir til að tölfræðilega mæla út hópsstigamun milli IAD og heilbrigðra hópa. Það er athyglisvert að fyrir tölfræðiprófin beittum við mörgum línulegum afturförum til að fjarlægja áhrif aldurs, kyns og menntunar sem og samspil þeirra [31], [52]-[54].

Áreiðanleiki og endurtakanleiki með Functional Atlas

Í núverandi rannsókn voru hagnýt tenginet byggð á svæðisbundnu stigi með því að pakka heilanum í 90 arðsemi byggt á AAL atlasinu. Hins vegar hefur einnig verið greint frá því að heilanet sem unnið er úr mismunandi geislaskema eða notast við mismunandi staðbundna vog geta sýnt sérstaka staðfræðilega byggingarlist [55]-[57]. Til að meta áreiðanleika og endurtekjanleika niðurstaðna okkar endurtókum við tilraunirnar með því að nota virkan atlas Dosenbach [58], sem skiptir mannsheilanum í 160 arðsemi, þar á meðal litla heila. Í þessum atlasi er hvert arðsemi skilgreint sem 10 mm þvermál ferningur sem umlykur valinn fræpunkt og fjarlægðin milli allra arðsemisstöðva er að minnsta kosti 10 mm án skörunar á staðnum, sem þýðir að sum heilasvæði falla ekki undir safnið af arðsemi.

Tengsl milli netmælinga og atferlisstiga

Fyrir þau svæði (byggt á AAL atlasinu) sem sýna verulegan mun á hópstigi í svæðisbundnum hnút miðju, notuðum við parvisa Pearson fylgni (, FDR leiðrétt) til að greina tengsl milli neteiginleika hvers svæðis og hegðunarstig einstaklings. Nánar tiltekið, í fylgni greiningu, voru netmælikvarðar meðhöndlaðir sem háðar breytur, en hegðunarstig, þ.e. BIS-11, TMDS, SDQ og FAD, voru meðhöndluð sem sjálfstæðar breytur. Til að skilja frekar tengslin milli heilasvæðanna sem hafa áhrif og alvarleika sjúkdómsins reiknuðum við einnig Pearson fylgni stuðulinn milli netkerfa og YIAS skora.

Niðurstöður

Lýðfræðileg og klínísk einkenni

Það er enginn marktækur munur á aldri, kyni og menntunarári (allir með ) milli IAD og HC hópa. Hins vegar er verulegur munur á netnotkun miðað við daga vikunnar () og klukkustundir á dag (). Þó að enginn marktækur munur sé á milli hópa fyrir BIS-11 og TMDS stig (allir með ), SDQ-P (), SDQ-C () og FAD () stig eru marktækt hærri í IAD hópnum, eins og sést á Tafla 1 og Mynd 1. Sérstaklega er YIAS (), klíníska mælikvarðinn sem notaður er til að flokka IAD, sýnir marktækasta muninn á hópnum.

Sækja:  

• PPT

  PowerPoint renna

• PNG

  stærri mynd (35KB)

• TIFF

  upprunalega mynd (246KB)

Mynd 1. Munur á milli hópa hvað varðar klíníska og atferlismælingar.

(YIAS = Internet's Addiction Scale, BIS-11 = Barratt Impulsiveness Scale-11, TMDS = Time Management Disposition Scale, SDQ-P = Styrkleikar og erfiðleikar Spurningalisti foreldraútgáfa, SDQ-C = Styrkleikar og erfiðleikar Spurningalisti barnaútgáfa, FAD = McMaster Fjölskyldumatstæki).

doi: 10.1371 / journal.pone.0107306.g001

Sérstök virk tenging

Í samanburði við HC hópinn urðu aðeins þrjár hagnýtar tengingar verulegar breytingar eftir FDR leiðréttingu. Tvær tengingar milli himna og jarðar, ein á milli vinstri hornhimnu (parietal lobe) og hægri miðju sporbaugabörkur (frontal lobe) og annars á milli vinstri fusiform gyrus (occipital lobe) og hægri hornhyrndu gyrus (parietal lobe), sýna aukinn tengileikastyrk í IAD sjúklingar. Ein tenging innan hemisbolta, milli hægra blöðruhálskirtils (subcortical cortex) og hægri gyrus supramarginal (parietal lobe), sýnir minni tengsl í sjúkdómshópnum. Þessar verulega breyttu virkni tengingar eru sýndar á Mynd 2. Rauðir og bláir litatengingar tákna aukna og skerta virkni tenginga, í sömu röð, í IAD hópnum. Athugið að flestar hagnýtar tengingar hafa áhrif á svæði sem eru staðsett á hægra heilahveli og parietal lobe.

Sækja:  

• PPT

  PowerPoint renna

• PNG

  stærri mynd (1.7MB)

• TIFF

  upprunalega mynd (1.82MB)

Mynd 2. Verulega breytt virkni tengsl hjá IAD sjúklingum (FDR leiðrétt).

Rautt: aukin hagnýt tenging, Blá: skert hagnýt tenging. (FRO: Frontal, INS: Insula, TEM: Temporal, PAR: Parietal, OCC: Occipital, LIM: Limbic, SBC: Subcortical). Þessi sjón er búin til með BrainNet Viewer pakkanum (http://www.nitrc.org/projects/bnv) og Circos (http://circos.ca/).

doi: 10.1371 / journal.pone.0107306.g002

Alheimseinkenni hagnýtra neta

Við könnuðum staðfræðilega eiginleika innra hagnýtra heila neta með því að bera saman hegðun þeirra í litlum heimi við sambærileg handahófi net yfir mörg dreifnistig neta, . Sérstaklega könnuðum við litla heimsviðmið (td þyrpingarstuðul, einkennandi slóðalengd og hlutfall smáheims, ), sem og alþjóðleg og staðbundin skilvirkni. Handahófi netkerfi sem notuð voru í rannsókninni varðveittu fjölda hnúta og brúna, sem og gráðu dreifingu raunverulegra heila neta sem hafa áhyggjur af með endurvíringartækni sem lýst er í [59]. Tölfræðilegar greiningar með tveimur sýnum prófanir (, FDR leiðrétt) á AUC gildi yfir smáheimsstjórninni sýndi engan marktækan mun á IAD og HC hópunum hvað varðar alheims neteiginleika.

Svæðisbundnir eiginleikar hnúta í virkum netum

Þrátt fyrir algengar litlu heimsmyndir, kom fram marktækur munur á hópstigi í svæðisbundnum hnútum. Í þessari rannsókn teljum við að heilasvæði sé verulega breytt í IAD hópnum ef að minnsta kosti ein af þremur svæðisbundnum hnútamælingum þess hefur -gildi minna en 0.05 (FDR leiðrétt) miðað við AUC gildi þess. Tafla 2 dregur saman þau svæði sem eru verulega breytt hjá IAD sjúklingum. Í samanburði við HC hópinn sýndu IAD sjúklingar breytingar á miðlægum hnút, aðallega staðsettir í vinstri óæðri garnhimnu (IPL), vinstri thalamus (THA) og öðrum svæðum eins og limbic kerfinu, sérstaklega hægri fremri cingulate gyrus (ACG) og hægri miðju cingulate gyrus (MCG). Sérstaklega er IPL og ACG hluti af sjálfgefnu netkerfinu (DMN), sem áður hefur verið tengt við breytta tengingu við fíkniefni [60]-[62].

Sækja:  

• PPT

  PowerPoint renna

• PNG

  stærri mynd (38KB)

• TIFF

  upprunalega mynd (169KB)

Tafla 2. Svæði sem sýna óeðlilega miðlæga hnút hjá IAD sjúklingum samanborið við heilbrigða samanburði (HC) byggða á AAL atlasinu.

doi: 10.1371 / journal.pone.0107306.t002

Áreiðanleiki og endurtakanleiki með Functional Atlas

Þegar atlas Dosenbach er notað til að skilgreina arðsemi, kemur fram marktækur munur á hópum aðallega í tengingum að framan og á parietal við litla heila. Þessar niðurstöður eru dregnar saman í Tafla 3. Þrátt fyrir að þessar tengingar séu frábrugðnar þeim sem greindar eru með hliðsjón af AAL atlasinu, eru flestar truflaðar tengingar með sömu lobes í heila, nema litla heila svæðin. Hvað varðar alheimsnetsmælingar fundum við engan mun á IAD og HC hópum, svipað og niðurstöðurnar byggðar á AAL atlasinu. Að því er varðar staðbundin netmælikvarða komumst við að því að sum skilgreindu svæðin eru staðsett staðbundin nálægt þeim svæðum sem greind eru byggð á AAL-atlasinu, svo sem ACG og THA eins og gefið er upp Tafla 4.

Sækja:  

• PPT

  PowerPoint renna

• PNG

  stærri mynd (119KB)

• TIFF

  upprunalega mynd (370KB)

Tafla 3. Hagnýtar tengingar hjá IAD einstaklingum sem upplifðu verulegar breytingar byggðar á Dosenbach atlasinu.

doi: 10.1371 / journal.pone.0107306.t003

Sækja:  

• PPT

  PowerPoint renna

• PNG

  stærri mynd (37KB)

• TIFF

  upprunalega mynd (167KB)

Tafla 4. Svæði sem sýna óeðlilega miðlæga hnút hjá IAD sjúklingum samanborið við heilbrigða samanburði (HC) byggða á atlasi Dosenbach.

doi: 10.1371 / journal.pone.0107306.t004

Tengsl milli netmælinga og atferlisaðgerða

Það er ekkert markvert (, FDR leiðrétt) fylgni milli alþjóðlegra netmælinga (, , og ) og atferlis- og klínísk einkunn. Samt sem áður eru svæðisbundnar mæligildi nokkurra svæða verulega (, FDR leiðrétt) fylgni með atferlis- og klínískum skorum. Rétt ACG er jákvætt fylgni við YIAS stig. Rétta MCG er jákvætt fylgni við YIAS stig. Vinstri THA er jákvætt fylgni við YIAS og SDQ-P stigin. Vinstri IPL er þó ekki marktækt fylgt neinu atferlis- eða klínísku skori. Heilasvæðin sem eru verulega fylgd með atferlis- og klínískum stigum eru sýnd í Mynd 3.

Sækja:  

• PPT

  PowerPoint renna

• PNG

  stærri mynd (1.23MB)

• TIFF

  upprunalega mynd (1.36MB)

Mynd 3. Heilasvæðin sem eru verulega fylgd með atferlis- og klínískum skorum í IAD hópnum (FDR leiðrétt).

Þessi mynd var búin til með BrainNet Viewer pakkanum (http://www.nitrc.org/projects/bnv). (YIAS = Internet's Addiction Score, BIS-11 = Barratt Impulsiveness Scale-11, TMDS = Time Management Disposition Scale, SDQ-P = Styrkleikar og erfiðleikar Spurningalisti foreldraútgáfa, SDQ-C = Styrkleikar og erfiðleikar Spurningalisti barnaútgáfa.).

doi: 10.1371 / journal.pone.0107306.g003

Discussion

Breytingar á einstökum virkum tengingum

Innsýn í vélbúnað þroska heilans á mönnum er mikilvæg til að skilja betur sjúklegan grundvöll truflana sem hafa áhrif á börn og unglinga, sem leiðir til hugsanlegrar meðferðar snemma. Byggt á grafískri fræðilegri greiningu á R-fMRI gögnum hefur verið lagt til að hagnýtt skipulag heila mannsins þroskist og þróist frá barnæsku til unglingsárs til fullorðinsára með því að fylgja einstaka þróun - meiri hagnýtur aðskilnaður hjá börnum og meiri hagnýtur samþætting hjá fullorðnum heilheilsustigið [63]-[66]. Sérstaklega breytist skipulag hagnýtra heilaneta frá staðbundnum tengingum í dreifðari arkitektúr með þróun [63], [66], þar sem fullorðnir hafa tilhneigingu til að hafa veikari skammtíma virkni tengingu og sterkari langtíma virkni tengingu en börn [65].

Niðurstöður okkar sýna að truflaðar tengingar sem sjást í IAD, þó aðeins handfylli eftir FDR leiðréttingu, eru langdrægar og millispheric hagnýtar tengingar sem eru mikilvægar fyrir fjarskipti í heila mannsins. Truflun á langdrægum og millilofts tengingum er algengt einkenni í mörgum hegðunargalla, þar með talið einhverfu [67]-[70], geðklofi [71], ópíóíðafíkn [72], [73], og kókaín fíkn [74]. Líta má á skerðingu á langdrægum tengingum sem bilun í aðlögunarferlinu innan dreifðrar virkni netheila mannsins [63], [64], [75], frávik frá eðlilegum taugaþróunarferli. Þess vegna giskum við á að óeðlileg þróun langdrægra og millihvelatenginga hjá IAD unglingum sem sést í þessari rannsókn sé ein möguleg ástæða fyrir ávanabindandi hegðun þeirra.

Breytingar á alheimsnetseignum

Mannheilinn er álitinn flókið og stórt samtengt kraftmikið kerfi með ýmsa mikilvæga staðfræðilega eiginleika, svo sem smáheim, mikla skilvirkni með litlum raflögnarkostnaði og mjög tengdum miðstöðvum [46], [76]-[79]. Í litlu heimskerfinu eru hnútar staðbundnir í þyrpingum í þágu vinnslu upplýsinga og eru fjartengdir með litlum fjölda langdrægra tenginga til að fá skilvirka heildarleiðsögn [50]. Bæði IAD og HC hóparnir sýndu eiginleika í litlum heimi, þ.e. háa þyrpingarstuðla () og svipaðar einkennandi stíglengdir (), þegar borið er saman við sambærileg handahófi netkerfi. Hins vegar sáum við stöðugt stærri normaliseraða þyrpingarstuðla og svipaða eðlilega einkennandi leiðarlengd í IAD hópnum samanborið við HC hópinn yfir tengiþéttleika, í takt við fyrri R-fMRI rannsóknir [26]. Stærri þyrpingarstuðull endurspeglar truflaða taugafrumusamþættingu milli fjarlægra svæða, sem sýna tiltölulega fádæma langt fjarlæga og tiltölulega þétta skammtíma virkni tenginga í IAD og HC hópum. Framvinda klínískra stiga, frá vægum til alvarlegum, getur valdið meiri skerðingu eða aftengingu langt fjarlægra tenginga og þannig mögulega hvatt til þess að koma á stuttum fjarlægum tengingum innan klasans sem aðrar leiðir til að varðveita upplýsingasendingu milli tveggja fjarlægra svæða. Hins vegar getur komið á ótengdum klösum með því að koma á stuttum fjarlægum tengingum sem eykur hættuna á að mynda stjórnlaust eða handahófi upplýsingaflæði um allt netið. Á hinn bóginn sýndu öll heilanet svipaða samhliða upplýsingavinnslu á heimsvísu og staðbundinni skilvirkni samanborið við sambærilegt handahófi net [80]. Þessar niðurstöður styðja hugmyndina um smáheims líkan af mannheilanum sem veitir jafnvægi á milli staðbundinnar sérhæfingar og alþjóðlegrar samþættingar [81]. Athugun okkar á engum marktækum mun á IAD og HC hópum hvað varðar alheims neteiginleika getur falið í sér að breytingar á hagnýtri netuppbyggingu í IAD séu lúmskar. Þar af leiðandi gætu frekari rannsóknir á svæðisbundnum IAD lífmerkjum leitt í ljós verulegar upplýsingar um meinafræði sjúkdómsins og fíkn almennt.

Svæðisbundnir eiginleikar hnúta í virkum netum

Breytingar á IAD sem tengjast miðju hnúðar eru aðallega að finna í limbískum kerfisþáttum, þar með talið ACG og MCG, IPL og THA. Truflanir á þessum svæðum sem og tengdum tengibrautum þeirra er hægt að túlka þannig að þær endurspegli minni skilvirkni upplýsingavinnslu og hugsanlega endurspegla truflanir á virkni IAD.

Cingulate gyrus (CG), óaðskiljanlegur hluti af limbic kerfinu, tekur þátt í tilfinningamyndun og vinnslu, námi og minni, framkvæmdastjórnun og öndunarstýringu [82]. Það tekur við aðföngum frá THA og nýhimnuborðinu og rennur út í heilaberki í gegnum holbóluna. Þessi leið beinist að tilfinningalega mikilvægum atburðum og stjórnar árásargjarnri hegðun [29]. Truflun á aðgerðum tengdum CG gæti skaðað getu einstaklingsins til að fylgjast með og stjórna hegðun hans, sérstaklega hegðun sem tengist tilfinningum [83]. Flestar efnis- og atferlisfíknigreiningar hafa sýnt verulegar breytingar á fremri og aftari hluta CG (ACG og PCG), þar með talið áfengisfíkn. [84], sjúkleg fjárhættuspil [85], og IAD [27], [29]. Hjá kókaín misnotendum hefur einnig verið greint frá svipuðum og viðbótarbreytingum á MCG [86]. Í fyrri fMRI rannsóknum hefur það einnig verið sýnt fram á að framan, miðju og aftari CG eru öll fyrir áhrifum við umbun og refsingu [87]. Vegna hlutverks MCG við úrvinnslu jákvæðra og neikvæðra tilfinninga er ekki að undra að svæðið sýni verulega tengingartruflanir hjá IAD sjúklingum.

THA er skiptiborð um heilaupplýsingar og tekur þátt í mörgum heilastarfsemi, þar á meðal um vinnslu verðlauna [88], markmiðsmiðaðri hegðun og hugrænum og hreyfanlegum aðgerðum [89]. Það miðlar skynjunar- og hreyfimerkjum frá svæðum undir styttri í heilaberki [90]. Í gegnum THA fær svigrúm heilabörkur bein og óbein vörpun frá öðrum svæðum í heila sem eru tengd styrkingu lyfja, svo sem amygdala, CG og hippocampus [91], til að stjórna og leiðrétta hegðun sem tengist umbun og refsingu [92]. Óeðlileg þalamó-barkarás sem finnst í leikjafíklum á netinu [93] getur bent til skertrar starfsemi THA sem tengist langvarandi mynstri með léleg svefngæði [94] og yfirþyrmandi athygli í tölvunni. Að auki er THA tengt hippocampus virkni [95] sem hluti af útvíkkaða hippocampal kerfinu, sem skiptir sköpum fyrir vitræna virkni eins og rýmisleiðsögn og samþjöppun upplýsinga úr skammtímaminni yfir í langtímaminni [96], [97].

Við sáum verulega breytingar á hnútamiðstöðvum í IPL, í takt við niðurstöðurnar sem greint var frá í nýlegum IAD rannsóknum á R-fMRI [24], [93]. Líkt og THA er IPL tengt gífurlega við heyrnar-, sjón- og sjónskynjunarbarka og það er hægt að vinna úr mismunandi tegundum áreitis samtímis. Sem ein af síðustu þróuðu mannvirkjum í heila mannsins meðan á þróun stendur getur IPL verið viðkvæmari fyrir of mikilli útsetningu fyrir heyrnar- og sjónrænu áreiti, sérstaklega á barnsaldri. IPL skerðing af völdum ofnotkunar á internetinu getur dregið úr getu einstaklings til að miðla rétt viðbrögðshömlun á höggstjórnun [98], [99], skaðað getu þeirra til að standast þrá af völdum netþráða, sem getur skaðað IPL enn frekar. Slík hringlaga mynstur sjást oft hjá fíknum í efnum og atferli.

Svæði DMN eru venjulega virkari í hvíld en að framkvæma markmið sem beint er að [62]. Vitað er að þessi svæði taka þátt í tilfinningalegum mótum og sjálfsvísandi athöfnum, þar á meðal að meta mikilvægi innri og ytri vísbendinga, muna fortíðina og skipuleggja framtíðina [60], [62], sem eru mikilvæg viðmið í greiningu IAD. Áður hefur verið lagt til að breytt tenging við DMN svæðin stuðli að ýmsum einkennum við hegðun sjúkdóma [100], þar með talin fíkniefni [101], [102] og atferlisfíkn [24], [103]. Niðurstöður okkar um breytta hagnýta tengingu sem tengjast nokkrum svæðum DMN eru að hluta til í samræmi við fyrri athuganir, sem bendir til þess að DMN hafi möguleika til að þjóna sem lífmerki til að bera kennsl á IAD sjúklinga.

Áreiðanleiki og endurtakanleiki með Functional Atlas

Sum óeðlileg heilasvæði sem greind voru á grundvelli AAL atlasins voru einnig auðkennd með því að nota hagnýta atlasið, sem styður áreiðanleika og endurtakanleika niðurstaðna okkar. Ein möguleg ástæða fyrir aðeins mismunandi niðurstöðum er stjórn notað í þessari rannsókn. Smáheimseinkenni tenginets sem eru byggð á AAL atlas 90 arðsemi er mest stöðug innan þessa sviðs [44]. Hins vegar gæti þetta dreifðarsvið ekki verið ákjósanlegt fyrir atlasa með mismunandi fjölda arðsemi. Ennfremur eru arðsemi sem fæst frá Dosenbach atlasinu skilgreind með virkni og nær ekki yfir allan heilann [58]. Í þessum atlasi eru miðstöðvar allra 160 arðseminnar fyrst greindar og kúla með 5 mm radíus er ræktuð frá hverri miðju og framleiðir 10 mm kúlulaga arðsemi. Miðja hvers arðsemi er einnig stillt á að vera að minnsta kosti 10 mm í sundur frá miðjum annarra arðsemi, sem leiðir til staðbundins atlas sem ekki skarast. Á hinn bóginn nær AAL-atlasið yfir gráa efnisvef alls heilans. Þessi munur á skilgreiningu arðsemi og heildarsvæði sem fjallað er um getur stuðlað að breytingum á niðurstöðunum. Þess vegna eru frekari rannsóknir með stærri árgangi nauðsynlegar til að ákvarða að hve miklu leyti val á heilaþurrkunaráætlun hefur áhrif á einkennun netfræði.

Fylgni milli netmælinga og atferlisaðgerða

Í þessari rannsókn sáum við enga fylgni milli hnattrænna netmælinga og atferlisaðgerða, sem gefur til kynna að engar breytingar séu á heildarheilakerfi heila. Þessi niðurstaða getur einnig bent til þess að afbrigði heilanetsins séu lúmsk vegna flækju heila mannsins (taugastækkun) [104], [105] við að endurheimta flestar daglegar aðgerðir sínar með öðrum leiðum (taugakerfi). Plastleiki heila felur í sér endurskipulagningu á tengingum milli taugafrumna eða taugafrumna og getur haft áhrif á ógrynni af þáttum [106]-[108]. Það gerist á aldurstengdan hátt með meiri tíðni á barns- og unglingsárum en fullorðinsár, sem bendir til betri bata á skertum taugafræðilegum tengingum hjá unglingum með IAD. Ennfremur hefur verið sýnt fram á að margvísleg hegðunarskilyrði, allt frá fíkn til taugasjúkdóma og geðraskana, eru tengd staðbundnum breytingum á taugahringrásum. [106]. Það kemur því ekki á óvart að gróft stig alþjóðlegt netráðstafanir eins og meðalþyrpingarstuðull, einkennandi slóðalengd og netnýtni eru minna viðkvæmar til að greina breytingar á heilabraut í IAD hópnum.

Samt sem áður eru svæðisbundnar mæligildi nokkurra heilasvæða tengd sumum atferlisaðgerðum. Einkum er móðurútgáfan af SDQ (SDQ-P), sem mælir bæði getu einstaklings til að takast á við hvatvísi á viðeigandi hátt og alvarleika tilfinninga og félagslegs hegðunarvandamála byggt á þeim upplýsingum sem foreldrar lærðu unglinganna veita. fylgni við heilasvæðin sem hafa áhrif á virkni sem finnast í IAD. Vanhæfni til að stjórna hvatvísri hegðun og tilfinningum er eitt helsta hegðunareinkenni. Algengt er að sjúklingarnir geri sér ekki grein fyrir breytingum á tilfinningum sínum og hegðun þó að þessar breytingar séu tiltölulega augljósar fyrir fólk í kringum sig. Þetta kann að vera meginástæðan fyrir því að engin netráðstafanir eru í tengslum við barnaútgáfuna af SDQ (SDQ-C) vegna sjálfsmatsins. Á hinn bóginn er engin marktæk fylgni milli svæðisbundinna netmælinga og annarra atferlisaðgerða þar á meðal BIS-11, FAD og TMDS. Þessi niðurstaða er studd af stóru -gildi fyrir þessar aðgerðir milli IAD og heilbrigðra hópa (Tafla 1). Þessar niðurstöður geta bent til þess að sumar þessara atferlisaðgerða séu gagnlegar til að ákvarða áhrifasvæði og hjálpa því greiningu IAD, þó enn sé þörf á verulegri vinnu til að skilja betur hlutverk þessara aðgerða í hegðunarfíkn eða truflun.

Aðferðafræðileg mál / takmarkanir

Það eru nokkrar takmarkanir sem ber að varpa ljósi á í þessari rannsókn. Í fyrsta lagi var greining á IAD aðallega byggð á niðurstöðum úr spurningalistum sem gerðir voru fyrir sig, sem gætu haft áhrif á áreiðanleika greininga. Í framtíðinni verður að þróa stöðluð greiningartæki til að greina IAD til að bæta áreiðanleika og gildi IAD greininga. Í öðru lagi er rannsókn okkar takmörkuð af lítilli úrtaksstærð og ójafnvægi á kyni þátttakenda (31 karl og 4 konur), sem gæti dregið úr tölfræðilegum krafti og alhæfingu niðurstaðna, þó að þessum þáttum hafi verið stjórnað í greiningu. Áhrif kyns á algengi IAD eru enn umdeilt mál. Byggt á niðurstöðum Young [35], mikill fjöldi kvenna hefur ósjálfstæði á internetinu. Hins vegar greindi nýleg rannsókn frá því að karlar hafi meiri hættu á IAD hegðun [109]. Hins vegar hefur einnig verið greint frá því að engin tengsl séu milli kyns og IAD [110], [111]. Framtíðartilraunir með stærri árgang með jafnvægis kynjahlutfalli eru nauðsynlegar til að meta betur tengsl kynja og næmni IAD.

Stuðningsupplýsingar

Skrá S1.

Viðbótarefni.

doi: 10.1371 / journal.pone.0107306.s001

(PDF)

Acknowledgments

Þessi vinna var studd að hluta af National Institutes of Health (NIH) styrkjum EB006733, EB008374, EB009634, AG041721 og CA140413, svo og National Natural Science Foundation of China (81171325) og National Key Technology R & D Program 2007BAI17B03.

Höfundur Framlög

Hannaði og hannaði tilraunirnar: CYW ZZ PTY GW FS TP YD JX YZ DS. Gerðu tilraunirnar: CYW ZZ YD JX YZ DS. Greind gögnin: CYW PTY DS. Framlögð hvarfefni / efni / greiningartæki: ZZ YD JX YZ. Skrifaði blaðið: CYW PTY TP DS.