Front Hum 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.
Struttura anormale e funzione nella corteccia striato e prefrontale (PFC) sono state rivelate nel disturbo da dipendenza da Internet (IAD). Tuttavia, si sa poco sulle alterazioni dei circuiti funzionali corticostriatali in IAD. Lo scopo di questo studio era di indagare l'integrità dei circuiti funzionali corticostriatali e le loro relazioni con le misure neuropsicologiche in IAD mediante connettività funzionale a riposo (FC). Quattordici adolescenti IAD e controlli sani 15 sono stati sottoposti a scansioni fMRI allo stato di riposo. Utilizzando sei regioni striatali bilaterali predefinite di interesse, le mappe di correlazione voxel-wise sono state calcolate e confrontate tra i gruppi. Le relazioni tra alterazioni della connettività corticostriatale e misurazioni cliniche sono state esaminate nel gruppo IAD. Rispetto ai controlli, i soggetti IAD mostravano una ridotta connettività tra lo striato ventrale inferiore e la testa caudata bilaterale, la corteccia cingolata anteriore sottogengivale (ACC) e la corteccia cingolata posteriore, e tra lo striato ventrale superiore e ACC bilaterale dorsale / rostrale, talamo ventrale anteriore e putamen / pallidum / insula / giro frontale inferiore (IFG), e tra il caudato dorsale e ACC dorsale / rostrale, talamo e IFG, e tra il putamen rostrale ventrale sinistro e l'IFG destro. I soggetti IAD hanno anche mostrato una maggiore connettività tra il putamen caudale dorsale sinistro e l'area motorio caudale caudale bilaterale. Inoltre, i circuiti funzionali cotricostriatali alterati erano significativamente correlati con le misure neuropsicologiche. Questo studio fornisce direttamente la prova che la IAD è associata ad alterazioni dei circuiti funzionali corticostriatali coinvolti nell'elaborazione affettiva e della motivazione e nel controllo cognitivo. Questi risultati sottolineano che le connessioni funzionali nei circuiti corticostriatali sono modulate da stati affettivi / motivazionali / cognitivi e suggeriscono inoltre che la IAD potrebbe avere anormalità di tale modulazione in questa rete.
Introduzione
Il disturbo da dipendenza da Internet (IAD), un problema di salute mentale diffuso in tutto il mondo, ha attirato una considerevole attenzione da parte della comunità pubblica e scientifica (Spada, 2014). Nell'appendice del nuovo Manuale Diagnostico e Statistico del Disordini Mentali, la quinta edizione (DSM-5), il disturbo del gioco su Internet, uno dei principali sottotipi di IAD, è elencata come un disturbo che richiede ulteriori studi (Petry et al., 2014). IAD porta a conseguenze negative nella vita quotidiana; tuttavia, si sa poco dei biomarcatori, della prevalenza, del decorso e degli esiti del trattamento associati alla IAD.
Per comprendere i meccanismi neurobiologici alla base della IAD, sono stati condotti studi di imaging per studiare anomalie strutturali e funzionali associate alla IAD. I cambiamenti strutturali e funzionali del cervello associati alla IAD sono stati esaminati in studi precedenti altrove (Kuss e Griffiths, 2012; Ko et al., 2015; Lin e Lei, 2015). In breve, viene costantemente dimostrato che la corteccia prefrontale (PFC) e lo striato sono implicati nella IAD. I soggetti con IAD hanno ridotto densità / volumi di materia grigia (Yuan et al., 2011; Zhou et al., 2011; Weng et al., 2013), spessore corticale (Hong et al., 2013a; Yuan et al., 2013), il metabolismo del glucosio (Tian et al., 2014) e attivazione cerebrale alterata (Dong et al., 2013a; Ko et al., 2014) nel PFC, compresa la PFC dorsolaterale, la corteccia orbitofrontale (OFC) e la corteccia anteriore di cinguate (ACC). I tossicodipendenti IAD hanno anche riscontrato un livello inferiore di recettori D2 della dopamina (Kim et al., 2011; Hou et al., 2012), alterato metabolismo del glucosio (Park et al., 2010a) e attivazione cerebrale (Ko et al., 2014; Li et al., 2014) nello striato. Questi risultati sono in linea con l'attuale modello fisiopatologico sottolineando il ruolo di primo piano per lo striato e PFC nei disturbi da dipendenza (Goldstein e Volkow, 2011; Limbrick-Oldfield et al., 2013).
La connettività funzionale a riposo (FC), misurando le correlazioni interregionali dell'attività cerebrale spontanea dai segnali MRI (functional magnetic resonance imaging) dipendenti dal livello di ossigeno nel sangue (BOLD), è stata ampiamente utilizzata per studiare l'organizzazione funzionale / connettività del cervello. Con questa tecnica, l'evidenza suggerisce che i circuiti funzionali corticostriatali sono fondamentali per l'emergere di comportamenti ripetitivi e compulsivi, comportamento abituale, ricerca della ricompensa e comportamenti di ricerca di novità, e comportamenti di dipendenza (Feil et al., 2010; Pastore, 2013). Inoltre, i circuiti funzionali corticostriatali alterati sono stati trovati nell'autismo (Di Martino et al., 2011), disturbo ossessivo compulsivo (Harrison et al., 2009; Posner et al., 2014; Burguière et al., 2015) e disturbo da depressione maggiore (Furman et al., 2011). Una rete corticostriatale interrotta è stata riportata anche in utenti di pornografia frequenti coinvolti in comportamenti retributivi e di dipendenza (Kühn e Gallinat, 2014). Studi di imaging hanno anche dimostrato forti legami tra disturbi dell'uso di sostanze e disfunzioni all'interno dei circuiti funzionali corticostriatali (Feil et al., 2010; Volkow et al., 2013).
Anatomicamente, lo striato è una struttura eterogenea che può essere parcellizzata in sottoregioni, che è coinvolta in circuiti corticostriatali funzionalmente segregati alla base di diverse funzioni cognitive (Alexander et al., 1986; Choi et al., 2012; Gordon et al., 2015; Manza et al., 2015). Per esempio, parcellizzando caudato e putamen in tre regioni, rispettivamente, Di Martino et al. (2008) delineato i modelli dettagliati dei circuiti funzionali corticostriatali che sono coinvolti in processi affettivi, motivazionali, cognitivi e motori (Di Martino et al., 2008). È stato dimostrato da studi precedenti che la connettività funzionale / efficacia tra striato e corteccia è ridotta nei soggetti IAD (Hong et al., 2013b, 2015; Li et al., 2014; Wee et al., 2014). Tuttavia, la maggior parte di questi studi non ha indagato su come i circuiti corticostriatali funzionalmente segregati specifici delle subregioni dello striato siano interessati.
Pertanto, nel presente studio, abbiamo utilizzato un insieme convalidato di sei semi striatali bilaterali (tre semi nel caudato e tre semi nel putamen) per esplorare alternanze di specifici circuiti funzionali corticostriatali negli adolescenti con IAD. Gli obiettivi sono: (1) per indagare le differenze nella distribuzione topografica dei circuiti funzionali corticostriatali tra adolescenti con IAD e controlli sani senza IAD; e (2) per illuminare le relazioni tra i circuiti funzionali corticostriatali e le misure neuropsicologiche nei soggetti IAD.
Materiali e Metodi
Soggetti
Lo studio è stato approvato dal comitato etico dell'ospedale RenJi di Shanghai Jiao Tong University Medical School. I partecipanti e i loro genitori hanno fornito il consenso informato scritto prima degli esami di risonanza magnetica.
In questo studio hanno partecipato diciotto adolescenti destrorsi con IAD e 18 destrorsi di mano destra, età, sesso ed educazione. Lo standard diagnostico per la IAD è stato stabilito dal questionario diagnostico modificato di Young per i criteri di dipendenza da Internet di Beard e Wolf (Barba e Lupo, 2001). Tutti i soggetti sono stati sottoposti a screening per disturbi psichiatrici con la Mini International Neuropsychiatric Interview for Children and Adolescents (MINI-KID; Sheehan et al., 2010). I criteri di esclusione includevano una storia di abuso di sostanze o dipendenza; una storia di importanti disturbi psichiatrici, come schizofrenia, depressione, disturbo d'ansia, episodi psicotici o ospedalizzazione per disturbi psichiatrici. I soggetti IAD non hanno ricevuto trattamenti farmacologici mentre un piccolo numero di soggetti IAD ha ricevuto la psicoterapia. I dati di risonanza magnetica strutturale e di diffusione di questi soggetti erano stati utilizzati nei nostri studi precedenti (Zhou et al., 2011; Lin et al., 2012). Per questo studio, i dati rs-fMRI di tre controlli e di quattro soggetti IAD sono stati scartati a causa dell'ampio movimento della testa (vedere la sezione di pre-elaborazione). Di conseguenza, nello studio sono stati utilizzati un totale di quindici controlli e quattordici soggetti IAD. Informazioni demografiche dettagliate per tutte le materie sono elencate in Tabella 1.
Tabella 1. Caratteristiche demografiche e comportamentali dei soggetti utilizzati in questo studio.
Valutazioni neuropsicologiche
Sei questionari, tra cui Young's Internet Addiction Scale (YIAS; Giovane, 1996), Questionario sulle forze e le difficoltà (SDQ; Goodman, 1997), Time Management Disposition Scale (TMDS; Huang e Zhang, 2001), Barratt Impulsiveness Scale-11 (BIS; Patton et al., 1995), i disturbi emotivi correlati allo schermo per ansia infantile (SCARED; Birmaher et al., 1997) e dispositivo di valutazione della famiglia (FAD; Epstein et al., 1983), sono stati usati per valutare le caratteristiche neuropsicologiche dei partecipanti.
Acquisizione Immagine
Le scansioni fMRI dello stato di riposo sono state eseguite da una ecografia planare su uno scanner medico 3.0 Tesla Phillips Achieva con i seguenti parametri: tempo di ripetizione = 2000 ms; tempo di eco = 30 ms; angolo di inversione = 90 °; matrice di acquisizione = 64 × 64; campo visivo = 230 × 230 mm2; spessore della fetta = 4 mm senza spacco. Ogni volume del cervello comprendeva fette assiali 34 e ogni analisi conteneva volumi 220. Durante l'acquisizione dei dati, tutti i soggetti sono stati istruiti a riposare, a tenere gli occhi chiusi ea non pensare a nulla in particolare.
Pre-elaborazione dei dati
La pre-elaborazione dei dati è stata eseguita utilizzando SPM8.1 I primi volumi 10 per ciascun soggetto sono stati scartati per evitare gli effetti dell'instabilità del sistema. I restanti volumi 210 sono stati corretti per il ritardo di acquisizione e riallineati al primo volume. Sono stati esclusi da questo studio i soggetti con uno spostamento massimo in qualsiasi direzione maggiore di 2.0 mm o una rotazione della testa superiore a 2.0 °. Di conseguenza, sono stati esclusi i dati di quattro soggetti IAD e di tre controlli. I risultati hanno mostrato che non c'erano differenze sul movimento della testa tra due gruppi (p = 0.55 per movimento traslazionale e p = 0.43 per movimento rotatorio). Le immagini riallineate sono state poi normalizzate spazialmente nello spazio del Neurological Institute di Montreal e ricampionate in un voxel isotropico 3 mm. Le immagini normalizzate sono state livellate con una larghezza massima 6-mm a metà del kernel isotropico gaussiano e diverse fonti di varianze spurie inclusi i parametri di movimento della testa, deriva lineare, segnali BOLD globali e segnali BOLD nella sostanza bianca e nel liquido cerebro-spinale erano rimosso attraverso la regressione lineare. Infine, il filtro passa-banda temporale (0.01-0.08 Hz) è stato eseguito sulla serie temporale di ciascun voxel utilizzando una finestra rettangolo ideale.
Analisi della connettività funzionale
Abbiamo impiegato sei regioni striatali bilaterali precedentemente validate ("semi"; Di Martino et al., 2008). I semi di Caudato includevano lo striato ventrale inferiore (VSi, corrispondente al nucleo accumbens; ± 9, 9, -8), lo striato ventrale superiore (VSs; ± 10, 15, 0) e caudato dorsale (DC; ± 13, 15, 9 ). I semi di Putamen includevano il pomo ventrale (VRP; ± 20, 12, -3), il pomo dorsale putamen (DRP; ± 25, 8, 6) e il putamen caudale dorsale (DCP; ± 28, 1, 3). Il raggio per ciascun seme è 6 mm. Le coordinate per i semi dell'emisfero destro e sinistro sono state definite nello spazio MNI. Questi semi sono stati convalidati sulla base di suddivisioni anatomiche e funzionali dello striato, e i loro modelli di connettività sono stati replicati in modo indipendente (Di Martino et al., 2008, 2011; Harrison et al., 2009; Kelly et al., 2009; Choi et al., 2012; Gabbay et al., 2013; Gordon et al., 2015; Manza et al., 2015).
Per ogni soggetto, una mappa del coefficiente di correlazione incrociata per ciascun seme è stata ottenuta per prima cosa calcolando il coefficiente di correlazione incrociata tra i tempi medi della sottoregione seme e quello di ciascun voxel dell'intero cervello attraverso la regressione degli effetti del movimento della testa, lineare deriva e attività cerebrale dal liquido cerebrospinale e dalla sostanza bianca. E poi la mappa del coefficiente di correlazione incrociata è stata convertita in z-valore di mappe della trasformazione r-to-z di Fisher per avvicinarsi a una distribuzione normale. Il zle mappe dei valori sono state inserite in un campione campione voxel t test per determinare le mappe del gruppo FC con altezza (p <0.001) ed estensione (p <0.001) soglie corrette a livello dell'intero cervello (Greicius et al., 2007). Le mappe di gruppo FC di soggetti IAD e controlli sani sono state combinate utilizzando un'operazione "OR" per generare una maschera combinata, che è stata utilizzata per limitare le successive analisi di gruppo. Poi il zLe mappe dei valori all'interno di questa maschera sono state inserite in un campione a due voxel t testare con età e sesso come covariate per valutare il gruppo tra le differenze FC. La soglia combinata di p <0.005 per ogni voxel e dimensione del cluster di 351–405 mm3 (sinistra (l) VSi: 351 mm3; destra (r) VSi: 378 mm3; lVS: 405 mm3; rVS: 378 mm3; LDC: 405 mm3; rDC: 405 mm3; LDRP: 378 mm3; rDRP: 405 mm3; PDCP: 405 mm3; rDCP: 432 mm3; lVRP: 405 mm3; rVRP: 405 mm3), corrispondente a una corretta p <0.05 è stato utilizzato per ottenere le mappe di differenza FC tra gruppi significativi. Questa correzione è stata confinata all'interno della maschera combinata ed è stata determinata da 5000 simulazioni Monte Carlo utilizzando il programma AFNI AlphaSim.2
Associazioni di comportamento cerebrale
Analisi di regressione multipla a gradini con resistenza FC media nelle regioni che mostrano differenze FC tra gruppo come variabile dipendente ed età, sesso, istruzione, YIAS, SDQ, SCARED, FAD, TMDS e BIS come variabili indipendenti per verificare se il i circuiti funzionali modificati sono correlati con i punteggi comportamentali.
Risultati
Misure demografiche e comportamentali
I partecipanti al gruppo IAD e al gruppo di controllo normale sono stati abbinati per età, sesso e anni di istruzione. Non ci sono state differenze significative nel TMDS e BIS tra i due gruppi mentre i soggetti IAD avevano YIAS più elevato (p <0.0001), SDQ (p <0.0001), SCARED (p <0.001) e FAD (p = 0.017) punteggi rispetto ai controlli. Le caratteristiche demografiche e le misure comportamentali per IAD e soggetti di controllo sono stati elencati in Tabella 1.
Circuiti funzionali corticostriatali
Coerentemente con i lavori precedenti, le analisi FC basate su seme hanno fornito mappe dettagliate di circuiti funzionali distinti per ciascuno dei sei semi nello striato per emisfero. Il modello FC per i semi caudato e putamen è stato mostrato in Figure 1, 2, rispettivamente. I nostri risultati hanno ricapitolato precedenti studi (Di Martino et al., 2008, 2011; Harrison et al., 2009; Kelly et al., 2009; Choi et al., 2012; Gabbay et al., 2013; Gordon et al., 2015; Manza et al., 2015) ed erano coerenti con la connettività anatomica nota (Haber, 2003) e l'attivazione funzionale adattata da una meta-analisi della letteratura del compito (Postuma e Dagher, 2006). Sebbene i modelli di FC striatale per soggetti IAD e controlli normali fossero simili per ciascuno dei sei semi striatali, le estensioni del gruppo IAD erano ridotte rispetto a quelle del gruppo di controllo. Risultati specifici sono mostrati in figura 3; tavolo 2 e sono descritti di seguito.
Figura 1. Mappe di connettività funzionale (FC) dei semi caudati per ciascun gruppo. Le mappe FC per gli adolescenti con disturbo da dipendenza da Internet (IAD) (rosso) e i controlli normali (HC, giallo) sono stati generati separatamente e quindi sovrapposti per scopi di visualizzazione; il colore viola chiaro indica le aree sovrapposte per entrambi i gruppi. La colonna sinistra (destra) indica le mappe FC generate dai semi caudati di sinistra (destra). La colonna centrale indica i semi caudati. Il lato sinistro dell'immagine corrisponde all'emisfero sinistro del cervello. VSi, striato ventrale inferiore; VS, striato ventrale superiore; DC, caudato dorsale.
Figura 2. Mappe di connettività funzionale (FC) dei semi putamen per ciascun gruppo. Le mappe FC per adolescenti IAD (rosso) e controlli normali (HC, giallo) sono state generate separatamente e quindi sovrapposte per scopi di visualizzazione; il colore viola chiaro indica le aree sovrapposte per entrambi i gruppi. La colonna sinistra (destra) indica le mappe FC generate dai semi putamen sinistro (destro). La colonna centrale indica i semi putamen. Il lato sinistro dell'immagine corrisponde all'emisfero sinistro del cervello. VRP, putamen rostrale ventrale; DRP, putamen rostrale dorsale; DCP, putamen caudale dorsale.
Figura 3. Le aree cerebrali hanno mostrato differenze FC significative tra gli adolescenti con IAD e controlli normali corrispondenti (p <0.05, AlphaSim corretto), quando le regioni seme erano situate in (A) lVSi, (B) rVSi, (C) lVS, (D) rVS, (E) lDC, (F) rDC, (G) lVRP e (H) lDCP. Per ulteriori dettagli, vedere la tabella 2. I colori caldi e freddi indicano che FC aumenta e diminuisce in IAD se confrontato con i controlli.
Tabella 2. Regioni che mostrano differenze significative di connettività funzionale tra adolescenti con disturbo da dipendenza da Internet (IAD) e soggetti di controllo corrispondenti (p <0.05, AlphaSim corretto).
Striato ventrale inferiore e superiore
Entrambi i gruppi hanno visualizzato un gradiente FC da ventromediale a divisioni dorsolateral di prefrontale e ACC passando da VSi a VSs. Inoltre, il VSi ha mostrato una significativa correlazione positiva con la corteccia cingolata posteriore (PCC). Quando le mappe FC sono state confrontate tra i gruppi, sono state osservate differenze significative per VSi e VS. Per quanto riguarda il VSi, gli adolescenti IAD hanno dimostrato una FC significativamente ridotta con la testa caudata e l'ACC subcallosale bilateralmente. È stata rilevata anche una diminuzione della FC tra il VSi sinistro e il PCC bilateralmente. Per la regione seme VS, i soggetti IAD hanno esibito FC inferiore con ACC dorsale / rostrale e talamo anteriore ventrale bilateralmente, e le aree sottocorticali di sinistra tra cui putamen, pallidum, insula e giro frontale inferiore (IFG).
Dorsale caudato
Sia nei soggetti IAD che nei controlli sani, la DC ha mostrato relazioni positive con le regioni cerebrali coinvolte nel controllo cognitivo. Il confronto diretto tra i gruppi ha rivelato che IAD ha mostrato una FC diminuita tra l'ACC DC e dorsale / rostrale bilateralmente. Anche la DC sinistra mostrava una FC ridotta con il talamo laterale ventrale sinistro, così come la CC destra mostrava relazioni positive più basse con l'IFG sinistro in IAD.
Putamen rostrale dorsale caudale e dorsale
Coerentemente con il loro ruolo nel controllo motorio, i semi di putamen dorsali hanno mostrato relazioni positive significative con le aree sensorimotorie primarie e secondarie sia per IAD che per soggetti sani. Tuttavia, rispetto ai controlli sani, la IAD ha mostrato un aumento della FC tra il DCP sinistro e l'area motoria del cingolo caudale bilateralmente.
Putamen rostrale ventrale
I semi di VRP si correlavano positivamente con l'ACC rostrale e la PFC laterale dorsale comunemente associata al monitoraggio dei conflitti e ai processi correlati agli errori. Anche se IAD ha mostrato meno extender FC con altre regioni del cervello, solo FC tra il VRP sinistro e l'IFG destro ha dimostrato differenze significative tra i gruppi.
Associazioni di comportamento del cervello in IAD
Nei soggetti IAD, punteggi più alti sullo YIAS hanno predetto una minore forza FC tra i VS giusti e il caudato dorsale bilaterale (r = -0.560; p = 0.038; figura 4A). Inoltre, i punteggi SCARED più alti hanno predetto una minore forza FC tra i VS corretti e l'ACC bilaterale rostrale (r = -0.540; p = 0.046; figura 4B), tra la CC sinistra e l'ACC bilaterale dorsale / rostrale (r = -0.566; p = 0.035; figura 4C), e tra il VRP sinistro e l'IFG destro (r = -0.609; p = 0.021; figura 4D). Abbiamo anche utilizzato la correlazione spearman per rilevare le associazioni tra FC modificato e misure comportamentali. I risultati della regressione di spearman erano simili a quelli della regressione lineare. Lo YIAS era correlato con la forza dell'FC tra il VS destro e il caudato dorsale bilaterale (r = -0.594; p = 0.025). I punteggi di SCARED sono stati associati alla forza FC tra il VS destro e l'ACC bilaterale rostrale (r = -0.548; p = 0.042), e tra il VRP sinistro e l'IFG destro (r = -0.666; p = 0.009). I punteggi SCARED avevano una correlazione di tendenza con la forza FC tra la DC sinistra e l'ACC bilaterale dorsale / rostrale (r = -0.464; p = 0.095).
Figura 4. Analisi di correlazione tra forza FC e misure comportamentali all'interno del gruppo IAD. (UN) Correlazioni tra la forza della FC (indicata dalla media z valore) dello striato ventrale superiore destro (rVS) al caudato dorsale e alla scala di dipendenza da Internet di Young (YIAS; r = -0.560, p = 0.038). (B) Correlazioni tra la forza della FC (indicata dalla media z valore) delle rVS alla corteccia cerebrale anteriore rostrale (ACC) e lo schermo per i disturbi emotivi correlati all'ansia infantile (SCARED; r = -0.540, p = 0.046). (C) Correlazioni tra la forza della FC (indicata dalla media z valore) del dorso caudale di sinistra (lDC) all'ACC rostrale / dorsale e al SCARED; (r = -0.566, p = 0.035). (D) Correlazioni tra la forza della FC (indicata dalla media z valore) del putamen rostrale ventrale sinistro (lVRP) al giro frontale inferiore destro (IFG) e il SCARED (r = -0.609, p = 0.021).
Discussione
A nostra conoscenza, questo è il primo studio per indagare l'integrità delle reti funzionali corticostriatali e le relazioni tra anormalità a livello di circuito e misure cliniche in IAD. Per entrambi i soggetti e i controlli IAD, abbiamo replicato i risultati di Di Martino et al. (2008), osservando schemi di connettività coerenti con ipotetica ipotensione e motivazione (striato ventrale inferiore), cognitivo (putamen ventrale, caudato dorsale, striato ventrale superiore) e suddivisione motoria (putamen dorsale) dello striato. Se confrontato con i controlli, IAD mostra modelli di connettività simili ma ha una resistenza di connettività alterata per ogni sottoregione dello striato eccetto il DRP. Inoltre, abbiamo riscontrato che i punteggi YIAS erano negativamente correlati con la forza di connettività tra i VS giusti e il caudato dorsale bilateralmente, e punteggi SCARED erano inversamente associati con le resistenze di connettività tra VS destro e ACC bilaterale rostrale, tra DC sinistro e dorsale bilaterale / ACC rostrale così come tra il VRP sinistro e l'IFG giusto. Queste relazioni indicano che più grave è la dipendenza da Internet, più debole è la forza di connessione tra queste regioni. I nostri risultati suggeriscono che i circuiti funzionali corticostriatali possono essere utilizzati come biomarker qualificato per comprendere i meccanismi neurali sottostanti di lesione o per valutare l'efficacia di specifici interventi precoci in IAD.
Circuiti corticostriatali funzionali interrotti in IAD
Nel presente studio, i semi di VSi hanno mostrato una diminuzione della connettività con la testa caudata, l'ACC sottogeniaco e il PCC nel gruppo IAD, una connessione nota per essere importante per l'elaborazione affettiva e motivazionale (Johansen-Berg et al., 2008; Beckmann et al., 2009). La scoperta di una ridotta connettività tra il nucleo accumbens / VSi e la testa caudata implica la modifica delle funzioni legate alla ricompensa in IAD, che indica che i tossicodipendenti di Internet preferiscono selezionare ricompense immediate più piccole (cioè effetti euforici immediati) piuttosto che ricompense più grandi che si verificano in futuro , come buona salute, buone relazioni o successo professionale (Irvine et al., 2013). Come notato, è stata osservata una diminuita attivazione nel caudato dopo continue vittorie in IAD (Dong et al., 2013b). L'ACC sottogenivo, un'alta probabilità di connettività con il nucleo accumbens / VSi, è un hub critico all'interno di reti distribuite che si occupano di eccitazione o regolazione emotiva negativa (Johansen-Berg et al., 2008; Rudebeck et al., 2014). Precedenti studi di imaging cerebrale hanno dimostrato che l'ACC subgenuale è implicato nell'esperienza di stati d'animo negativi (Mayberg et al., 1999) e l'ACC sottogengivale è un bersaglio con stimolazione cerebrale profonda per il trattamento della depressione (Liston et al., 2014). Studi neuropsicologici hanno rivelato che alti tassi di ansia e disturbi dell'umore sono stati trovati in soggetti con IAD (Bozkurt et al., 2013; Zhang et al., 2013). Il PCC, una regione cerebrale centrale della rete in modalità predefinita, è implicato in funzioni autoreferenziali (Vogt et al., 2006). Densità di materia grigia anormale (Zhou et al., 2011) e la microstruttura della sostanza bianca (Dong et al., 2012a) nel PCC sono stati segnalati in individui IAD. Gli studi clinici psicologici hanno anche scoperto che gli studenti universitari di dipendenza da Internet hanno punteggi di autodifendenza e di cooperazione inferiori (Dalbudak et al., 2013a), suggerendo che i soggetti IAD hanno un grado inferiore per le funzioni autoreferenziali. Presi insieme, i risultati di una ridotta connettività tra il VSi e la testa caudata, l'ACC sottocutaneo e il PCC indicano che gli adolescenti IAD mostrano un'elaborazione affettiva e motivazionale anormale.
La nostra scoperta di una ridotta connettività tra il caudato (VS e DC) e l'ACC bilaterale dorsale / rostrale implicano disfunzione del circuito croticostriatale-limbico coinvolto nel controllo cognitivo ed emotivo (Botvinick et al., 2004; Li e Sinha, 2008) in IAD. L'ACC dorsale è stato associato al mantenimento della memoria di lavoro, al monitoraggio dei conflitti e all'elaborazione degli errori, mentre l'ACC rostrale è coinvolto nell'elaborazione affettiva e nella regolazione emotiva (Bush et al., 2000). Come notato, la densità più bassa della materia grigia nell'ACC dorsale sinistra è stata trovata nella coorte di dati di risonanza magnetica strutturale nei nostri studi precedenti (Zhou et al., 2011). Un'altra ricerca ha dimostrato che l'IAD aveva un volume di materia grigia diminuito nell'ACC rostrale (Yuan et al., 2011). È stata inoltre rivelata una maggiore attività nell'ACC per la condizione di interferenza del paradigma stroop (Dong et al., 2012b) e una meta-analisi ha mostrato che IAD aveva una iperattivazione significativa nel mediale frontale / ACC (Meng et al., 2014). I soggetti con IAD hanno anche dimostrato una capacità di monitoraggio dell'errore compromessa rispetto ai controlli, correlata all'attività più intensa nell'ACC dorsale nelle risposte di errore (Dong et al., 2013a). Gli studi sul comportamento hanno dimostrato che i soggetti IAD erano associati a tempi di reazione più lunghi e a più errori di risposta in condizioni incongruenti rispetto ai controlli senza IAD (Dong et al., 2011). La connettività ridotta tra VS e insula è stata riportata anche nella IAD. L'insula è stata precedentemente dimostrata essere costantemente attivata durante il monitoraggio delle prestazioni e modulata dalla consapevolezza dell'errore (Menon e Uddin, 2010). Uno studio di meta-analisi dell'imaging cerebrale ha suggerito che l'insula è coinvolta nella consapevolezza dell'errore (Klein et al., 2007). Pertanto, l'insula svolge un ruolo importante nell'elaborazione degli errori in termini di adattamento del comportamento umano. Come notato, i soggetti IAD hanno mostrato densità di materia grigia inferiore (Zhou et al., 2011) e diminuzione dello spessore corticale (Yuan et al., 2013) nell'insula. Inoltre, la riduzione dell'attivazione insulare durante l'elaborazione degli errori è stata precedentemente riscontrata in soggetti con IAD (Ko et al., 2014). Pertanto, come la dipendenza dalla sostanza, il controllo cognitivo interrotto e l'elaborazione dello stress emotivo insieme all'uso compulsivo di Internet costituiscono il nucleo dei deficit funzionali croticostriatal-limbici nei tossicodipendenti IAD.
IAD ha anche dimostrato una ridotta connettività tra lo striato (VS, DC e VRP) e l'IFG, una connessione nota per essere coinvolta nel controllo inibitorio (Chambers et al., 2009; Swick et al., 2011). Deficit nel controllo inibitorio possono contribuire alla perdita di controllo del loro uso di Internet e alla persistenza nell'uso dei giochi online nonostante il disagio personale, i sintomi di dipendenza psicologica e le diverse conseguenze negative. Studi epidemiologici hanno mostrato che gli adolescenti con IAD hanno mostrato più impulsività (cioè deficit nell'inibizione della risposta) rispetto ai controlli senza IAD (Cao et al., 2007; Dalbudak et al., 2013b). Uno studio neuropsicologico mostrava una ridotta inibizione della risposta nei soggetti con IAD (Zhou et al., 2012). Un altro potenziale del cervello correlato all'evento con lo studio di attività Go / No-Go ha dimostrato che gli studenti IAD avevano meno efficienza nell'elaborazione delle informazioni e un controllo degli impulsi inferiore rispetto ai loro coetanei normali (Dong et al., 2010). Inoltre, i soggetti con disturbo del gioco su Internet hanno mostrato un'attivazione cerebrale più elevata durante l'elaborazione dell'inibizione della risposta sul lobo frontale sinistro rispetto ai controlli (Ko et al., 2014). Nel gruppo IAD sono state trovate anche connettività ridotte tra striato (VS e DC) e pallido e talamo. Nei circuiti corticostriatali, il pallido è l'uscita dello striato e il pallido si collega al talamo che proietta sulla corteccia (Alexander et al., 1986). Questi circuiti sono ritenuti importanti per focalizzare e mantenere i comportamenti desiderati sopprimendo i comportamenti indesiderati (Haber e McFarland, 2001). Gli individui IAD sono noti per avere difficoltà con l'inibizione della risposta, il che probabilmente contribuisce alla loro propensione a ricadere in presenza di segnali relativi a Internet. Pertanto, i risultati implicano che uno scarso controllo inibitorio, una ridotta capacità di sopprimere i comportamenti automatici e abituali, è prevalente nei soggetti con IAD.
È interessante notare che IAD ha mostrato un aumento della connettività tra il DCP sinistro e le aree del motore caudale cigolato bilaterale che vengono spesso attivate durante i movimenti semplici del braccio (Shima e Tanji, 1998). Dato che i tossicodipendenti di Internet trascorrono moltissimo tempo online e diventano sorprendentemente abili e precisi nel clic del mouse e nella digitazione della tastiera (Kuss e Griffiths, 2012), è possibile che tali processi di formazione possano indurre cambiamenti neuroplastici nelle aree relative al motore caudale cigulato.
Relazioni tra corticostriatale circuiti funzionali e comportamento in IAD
In questo studio, abbiamo studiato i correlati comportamentali delle alterazioni dei circuiti funzionali corticostriatali negli adolescenti IAD. La riduzione della forza FC tra il VS destro e il caudato dorsale bilaterale dei soggetti IAD correlata in modo significativo con l'aumento del punteggio YIAS; mentre il punteggio più alto di SCARED sembrava essere correlato con le FC più basse tra il VS destro e l'ACC bilaterale rostrale, tra il DC sinistro e l'ACC bilaterale dorsale / rostrale, e tra il VRP sinistro e l'IFG destro. Lo YIAS è un questionario ampiamente utilizzato per valutare la dipendenza di Internet. Precedenti studi psicometrici hanno riportato che i soggetti IAD avevano punteggi YIAS più alti di quelli senza IAD (Cao e Su, 2007). Poiché si ritiene che la connettività ridotta indichi più difficoltà nell'impegnare un circuito quando necessario, questa osservazione della correlazione negativa tra i punteggi YIAS e la forza di connettività tra i VS giusti e il caudato bilaterale dorsale implicava che i soggetti IAD con punteggi YIAS più alti sembravano cercare il stimolazione sopraphysiological di Internet sopra ricompense naturali. Il SCARED è un questionario self-report affidabile e valido che misura i sintomi dei disturbi d'ansia nei bambini (Birmaher et al., 1997). Studi neuropsicologici hanno rivelato che gli adolescenti IAD avevano punteggi SCARED significativamente più alti di quelli senza IAD (Xiuqin et al., 2010). L'associazione negativa tra punteggi SCARED e punti di forza della connettività derivano dalla disfunzione dei circuiti corticostriatali coinvolti nella regolazione dell'affetto. Inoltre, i risultati di associazioni significative tra la forza di connettività all'interno dei circuiti corticostriatali e le caratteristiche comportamentali indicano che le reti corticostriatali possono servire come un predittore di astinenza o un potenziale nuovo target di trattamento per la IAD.
Confronto con anomalie dei circuiti funzionali corticostriatali nella tossicodipendenza
Gli studi FC a riposo hanno anche dimostrato forti associazioni tra tossicodipendenza e anormalità dei circuiti funzionali corticostriatali. Ad esempio, è stato osservato un aumento di FC tra lo striato ventrale sinistro e OFC destro, che si estende nell'ACC rostroventrale nella dipendenza da cocaina (Wilcox et al., 2011). La forza FC all'interno della PFC striato-dorsolaterale era correlata positivamente con la quantità di uso di cocaina negli utilizzatori di cocaina e l'equilibrio tra ACC striatale-dorsale e circuiti corteccia prefrontale / orbitofrontale striatale anteriore era significativamente associato alla perdita di controllo sull'uso di cocaina (Hu et al., 2015). L'abuso cronico di alcol ha anche un effetto deleterio sulla funzione all'interno dei circuiti corticostriatali. Ad esempio, lo striato dorsale-mOFC FC è stato alterato (Lee et al., 2013) e la connettività frontostriatale compromessa ha indotto un processo decisionale anormale e l'inibizione della ricompensa e della risposta nella dipendenza da alcol (Park et al., 2010b; Courtney et al., 2013; Forbes et al., 2014). Per quanto riguarda la dipendenza da nicotina, la ridotta FC tra striato ventrale e corteccia cingolata anteriore dorsale era correlata negativamente alla gravità della dipendenza da nicotina (Hong et al., 2009). Inoltre, l'aumento di FC tra il nucleo accumbens e l'ACC ventrale / rostrale e OFC, tra il caudato destro e il giro frontale medio bilaterale e il giro frontale superiore destro è stato osservato negli utilizzatori di eroina cronica (Ma et al., 2010; Wang et al., 2013). Sembra quindi che la IAD e la tossicodipendenza siano associate, in una certa misura, a anomalie dei circuiti funzionali corticostriatali simili nel cervello, che possono costituire una firma neurale per queste forme di dipendenza.
Limiti
Ci sono diverse limitazioni che dovrebbero essere menzionate in questo studio. In primo luogo, la diagnosi di IAD si è basata principalmente sui risultati di questionari autodenunciati, che in alcuni casi potrebbero comportare la classificazione dell'errore. Pertanto, la diagnosi di IAD deve essere perfezionata con strumenti diagnostici standardizzati per migliorare l'affidabilità e la validità. In secondo luogo, la dimensione del campione nello studio era relativamente piccola e anche la generalizzazione dei risultati dovrebbe essere cauta. A causa di questa limitazione, i risultati dovrebbero essere considerati preliminari e devono essere replicati in studi futuri con un campione più ampio. In terzo luogo, escludiamo i casi che erano comorbidi con la sostanza e altri principali disturbi psichiatrici, ei risultati dovrebbero essere generalizzati con cautela a questi gruppi con l'abuso di droghe comorbili e altre malattie psichiatriche. In quarto luogo, i dettagli della durata della malattia non sono stati registrati in questo studio. Pertanto, in questo studio non è stato possibile confermare alcuna associazione tra i deficit nei circuiti funzionali corticostriatali e la durata della IAD. In quinto luogo, a causa della limitata risoluzione dei dati fMRI a riposo, esaminiamo FC basato su un piccolo numero di sottoregioni nel corpo striato, che può portare alla rappresentazione incompleta dei circuiti funzionali corticostriatali. Pertanto, per risolvere questo problema negli studi futuri è stato necessario utilizzare dati fMRI a stato di riposo ad alta risoluzione. Infine, senza studi prospettici, le relazioni causali tra disfunzioni dei circuiti funzionali corticostriatali e IAD non hanno potuto essere risolte in questo studio. Gli studi futuri dovrebbero tentare di identificare le relazioni causali tra IAD e alterati percorsi funzionali corticostriatali.
Conclusione
In sintesi, abbiamo utilizzato l'analisi FC a riposo per studiare l'architettura funzionale corticostriatale negli adolescenti IAD. I risultati dimostrano che la IAD è caratterizzata da compromissione dei circuiti funzionali corticostriatali che coinvolgono l'elaborazione affettiva ed emotiva e il controllo cognitivo. I risultati suggeriscono che IAD può condividere meccanismi psicologici e neurali con altri tipi di disturbi del controllo degli impulsi e dipendenza da sostanze. Inoltre, le associazioni tra la forza di connettività dei circuiti corticostriatali e le misure comportamentali indicano che i circuiti corticostriatali possono servire come potenziale nuovo target di trattamento per la IAD e la FC corticostriatale può essere preziosa nel fornire informazioni sulla prognosi per la IAD. I nostri risultati indicano che l'anormale FC corticostriatale a riposo può servire come in vivo biomarker per testare nuovi, potenzialmente più efficaci, terapie di dipendenza da Internet.
Contributi degli autori
FL, YZ, YD, JX e HL erano responsabili del concetto di studio e del design. YZ, LQ e ZZ hanno contribuito all'acquisizione di dati. FL ha assistito con l'analisi dei dati e l'interpretazione dei risultati. FL ha redatto il manoscritto FL e HL hanno fornito una revisione critica del manoscritto per importanti contenuti intellettuali. Tutti gli autori hanno esaminato criticamente il contenuto e approvato la versione finale per la pubblicazione.
Finanziamento
Questo lavoro è stato parzialmente supportato dal National Basic Research Program of China (973 Program) Grant No. 2011CB707802 e dalla Natural Science Foundation of China (No. 21221064, 81171302 e 81171325) e National Key Technology R&D Program Grant No 2007BAI17B03.
Dichiarazione di conflitto di interessi
Gli autori dichiarano che la ricerca è stata condotta in assenza di relazioni commerciali o finanziarie che potrebbero essere interpretate come un potenziale conflitto di interessi.
Le note
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Parole chiave: circuiti corticostriatali, connettività funzionale, disturbo da dipendenza da internet, misure neuropsicologiche, fMRI a riposo
Citation: Lin F, Zhou Y, Du Y, Zhao Z, Qin L, Xu J e Lei H (2015) Circuiti funzionali corticostriatali aberranti in adolescenti con disturbo da dipendenza da Internet. Davanti. Ronzio. Neurosci. 9: 356. doi: 10.3389 / fnhum.2015.00356
Ricevuto: 20 November 2014; Accettato: 02 June 2015;
Pubblicato online: 16 June 2015.
A cura di:
Charlotte A. Boettiger, Università della North Carolina, USA
Recensito da:
Carol Seger, Colorado State University, USA
Sheng Zhang, Yale University, USA
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* Corrispondenza: Hao Lei, Centro nazionale per la risonanza magnetica a Wuhan, laboratorio chiave di risonanza magnetica e fisica atomica e molecolare, Istituto di fisica e matematica di Wuhan, Accademia delle scienze cinese, 30 Xiaohongshan, Wuhan 430071, Cina, [email protected]
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