Internet Game Overuse gaat gepaard met een wijziging van de functionele connectiviteit van Fronto-Striatal tijdens Reward-feedbackverwerking (2018)

Psychiatrie aan de voorkant. 2018 Aug 24; 9: 371. doi: 10.3389 / fpsyt.2018.00371.

Kim J1, Kang E1.

Abstract

Internetgaming-stoornis wordt geassocieerd met abnormale beloningsverwerking in het beloningscircuit, waarvan bekend is dat het interactie heeft met andere hersenregio's tijdens feedback-leren. Kim et al. (1) merkte op dat personen met overmatig gebruik van internetgames (IGO) veranderd gedrag en neurale activiteit vertonen voor niet-geldelijke beloning, maar niet voor geldelijke beloning. Hier breiden we onze analyse van IGO uit naar de functionele connectiviteit van het beloningsnetwerk. Functionele MRI-gegevens werden verkregen tijdens een leertaak van stimulusresponsassociatie van 18 jonge mannen met IGO en 20 op leeftijd afgestemde controles, waarbij geldelijke of niet-geldelijke beloningen werden gegeven als positieve feedback voor een correct antwoord. Groepsverschillen in taakafhankelijke functionele connectiviteit werden onderzocht voor de ventromediale prefrontale cortex (vmPFC) en het ventrale striatum (VS), die bekend staan ​​om respectievelijk beloningsevaluatie en hedonische responsverwerking, met behulp van een gegeneraliseerde vorm van de psychofysiologische interactiebenadering. Voor niet-geldelijke beloningsverwerking werden geen verschillen in functionele connectiviteit gevonden. Voor geldelijke beloning was de connectiviteit van de vmPFC met de linker caudate nucleus daarentegen zwakker voor de IGO-groep ten opzichte van controles, terwijl de vmPFC-connectiviteit met de juiste nucleus accumbens (NAcc) verhoogd was. De kracht van vmPFC-NAcc functionele connectiviteit bleek gedragsmatig relevant te zijn, omdat personen met sterkere vmPFC-NAcc-connectiviteit lagere leerpercentages vertoonden voor geldelijke beloning. Bovendien vertoonde de IGO-groep zwakkere functionele connectiviteit van het ventrale striatum met verschillende hersenregio's, waaronder de rechter ventrolaterale prefrontale cortex, dorsale anterieure cingulaatregio's en linker pallidum. Dus, voor geldelijke beloning, vertoonde de IGO-groep een sterkere functionele connectiviteit binnen de hersenregio's die betrokken zijn bij motivationele opvallendheid, terwijl ze verminderde functionele connectiviteit vertoonden in de wijdverspreide hersengebieden die betrokken zijn bij leren of aandacht. Deze verschillen in functionele connectiviteit van beloningsnetwerken, samen met gerelateerde gedragsstoornissen van beloningsleren, suggereren dat internetgaming-stoornis geassocieerd is met de toegenomen incentive-salience of 'willen' van verslavingsstoornissen, en kunnen dienen als de neurobiologische mechanismen die ten grondslag liggen aan het verminderde doel- gericht gedrag.

trefwoorden: internet gaming-stoornis; geldelijke beloning; taakgerichte functionele connectiviteit; ventrale striatum; ventromediale prefrontale cortex

PMID: 30197606

PMCID: PMC6117424

DOI: 10.3389 / fpsyt.2018.00371

Gratis PMC artikel

Discussie

Gezien het feit dat er geen IGO-gerelateerde verschillen in hersenactivatie voor geld waren, in tegenstelling tot symbolische beloningen (), is het onwaarschijnlijk dat de huidige taakgebaseerde functionele connectiviteitsanalyse voor monetaire beloning wordt beïnvloed door reeds bestaande groepsverschillen in activeringsniveaus. Daarom is monetaire beloning de belangrijkste focus van de discussie die volgt. Het is vermeldenswaard dat de IGO-geassocieerde functionele netwerkveranderingen die moeten worden beschreven niet konden worden waargenomen in een conventionele fMRI-activeringsstudie, waaronder die van Kim et al. ().

Zwakkere vmPFC-connectiviteit met de caudate nucleus

Van de vmPFC is bekend dat deze betrokken is bij het vertalen van beloningen in representaties van subjectieve waarde (, ). Het heeft wederzijdse verbanden met het striatum voor cognitieve en affectieve / emotionele functies (, ). Onze bevindingen onthullen een gedissocieerde functionele koppeling van de vmPFC met subregio's van het striatum geassocieerd met IGO: zwakkere functionele connectiviteit met het dorsale striatum (dwz de caudate nucleus) en een sterkere connectiviteit met het ventrale striatum (dwz de NAcc).

De caudate nucleus is het doelgebied van dopamine-projectie-neuronen in de substantia nigra, en er is bekend dat het betrokken is bij het coderen van actie-uitkomst-associaties tijdens beloningsleren (). Het is een van de hersenregio's waar IGD-geassocieerde abnormaliteiten uitgebreid zijn beschreven in moleculaire (), structureel (, ) en functionele studies (). Jongvolwassenen met internetverslaving bijvoorbeeld vertonen verminderde dopamine D2-receptorbeschikbaarheid in de bilaterale dorsale staart, en de ernst van internetverslaving gemeten met IAT-schalen is negatief geassocieerd met beschikbaarheid van dopamine D2-receptor in de linker caudate (). Ook lijken IGD-patiënten een verhoogd volume grijze massa in de caudate te hebben, samen met verminderde cognitieve controle prestaties (). Dong et al. () hebben verminderde caudate-activering gemeld bij personen met internetverslaving tijdens het nemen van beslissingen in de context van "continue" winsten, wat erop wijst dat er onvoldoende aandacht is voor eerdere gedragsselecties en hun uitkomsten.

Hersenenactivaties als reactie op positieve feedback zijn gemeld in zowel de caudate nucleus en vmPFC, vooral wanneer feedback informatie bevat voor toekomstig gedrag (). Er is aangetoond dat de anatomische sterkte van de caudate-vmPFC-verbinding de flexibiliteit van doelgerichte actie voorspelt (). De verminderde functionele communicatie tussen het dorsale striatum en vmPFC gevonden in de IGO-groep van deze studie impliceert dat er een abnormale besluitvorming of falen van gedragsaanpassing voor geldelijke beloning zou moeten zijn, vooral omdat vergelijkbare bevindingen zijn gerapporteerd voor andere soorten verslaving. Lee et al. () rapporteerde een verminderde functionele koppeling tussen het dorsale striatum en het orbitofrontale gebied rond de vmPFC tijdens een Odd-Even-Pass-taak bij personen met alcoholafhankelijkheid, in samenhang met hun aanhoudende selectie van slecht aangepaste keuzes. We hebben echter geen verband gevonden tussen de zwakke vmPFC-dorsale striatum-connectiviteit van IGO en leerprestaties voor geldelijke beloningen.

Sterkere vmPFC-connectiviteit met de nucleus accumbens

In tegenstelling tot vmPFC-caudate nucleus connectiviteit, was vmPFC-NAcc connectiviteit verbeterd in de IGO-groep. Van de NAcc, als een van de belangrijkste componenten van het ventrale striatum, is gesuggereerd dat het betrokken is bij het toekennen van incentive salience aan een belonende stimulus. Het vmPFC-NAcc-circuit is een neuropathologisch mechanisme van verslaving (). Er is bijvoorbeeld een verhoogde functionele connectiviteit tussen het ventrale striatum en de vmPFC in heroïneafhankelijke personen tijdens de rusttoestand (). Een verhoogde vmPFC-NAcc-connectiviteit werd ook gerapporteerd bij alcoholafhankelijke jonge volwassenen tijdens beloningsverwerking, en individuele verschillen in deze connectiviteit waren geassocieerd met de frequentie van alcoholgebruik ().

Onze bevindingen zijn in overeenstemming met de conclusies van Volkow et al. (), die stelde dat verslaving verband houdt met "NU" -circuits, waarbij een verhoogd vmPFC / NAcc-circuit de voorkeur geeft aan het kiezen van een onmiddellijke beloning. De huidige bevinding van vmPFC-NAcc-koppeling in de IGO-groep is consistent met pathologische veranderingen in de neuronale mechanismen die betrokken zijn bij beloningswaardeverwerking bij verslaving aan substanties, in het bijzonder binnen de "verlangende" circuits.

Hoewel er een negatieve correlatie was tussen de functionele connectiviteit van vmPFC-NAcc en de correcte verblijfsratio voor geldelijke beloning, is voorzichtigheid geboden bij het interpreteren van deze bevinding. Merk op dat twee individuen van de IGO-groep wiens sterke punten van vmPFC-NAcc functionele connectiviteit sterk waren verbeterd tijdens de levering van geldelijke beloningen, het laagste correct-verblijfpercentage vertoonden. In het bijzonder zou één deelnemer in de IGO-groep kunnen worden geïdentificeerd als een statistische uitbijter [Cook's Distance-methode; ()]. De negatieve correlatie die oorspronkelijk werd gevonden in de IGO-groep [r(16) = -0.516, p = 0.028] is niet langer significant als deze uitbijter uit de analyse wordt verwijderd [r(15)= -0.233, p = 0.369]. Als alternatief denken we dat deze uitbijter slechts het extreme voorbeeld is van deze negatieve relatie, waarin de deelnemer met de meest verbeterde functionele koppeling vmPFC-NAcc voor geldelijke beloning de grootste cognitieve interferentie zou ervaren bij het verwerken van beloningsfeedback. De lage prestatie van deze deelnemer was alleen specifiek voor de geldelijke beloning (0.65: gemiddeld correct verblijfpercentage van de IGO-groep = 0.941; SD = 0.094), niet als symbolische beloning (0.77: gemiddelde correcte-stayrate van IGO-groep = 0.822; SD = 0.179). Dit suggereert dat de slechte gedragsprestaties van de uitbijter niet geassocieerd waren met een verkeerd begrip van taakinstructies of een slecht leervermogen in het algemeen. Bovendien was er een vergelijkbare trend van een negatieve relatie, zelfs in de normale controlegroep [r(18) = -0.440, p = 0.052], wat aangeeft dat de verhoogde vmPFC-NAcc functionele koppeling geassocieerd was met slechte leerprestaties voor geldelijke beloning, ongeacht IGO-problemen. Deze interpretatie wordt ondersteund door een eerder rapport dat bij gezonde deelnemers individuen met een verhoogde ventrale striatum-vmPFC-connectiviteit een grotere impulsieve gedragstendens vertoonden tijdens een taak met vertraagde korting (). De huidige bevinding van versterkte vmPFC-NAcc functionele connectiviteit in de IGO-groep kan worden opgevat als een soortgelijk pathologisch mechanisme van een verhoogde saillantie binnen "verlangende" circuits (). Met andere woorden, de verbeterde vmPFC-NAcc-koppeling voor de beloningsprikkel bij IGO-individuen kan verband houden met een grotere respons op salie voor beloning, wat een mogelijk onderliggend mechanisme kan zijn van problematisch internetovermatig gebruik voor opvallende prikkels.

Zwakkere VS-connectiviteit met de dorsale anterior cingulate cortex

Ons onderzoek naar taakgerichte VS-functionele connectiviteit onthulde dat IGO-individuen zwakkere VS-dACC-koppeling hebben ten opzichte van de controlegroep. Deze verminderde functionele koppeling tussen het ventrale striatum en dACC komt overeen met eerdere bevindingen. Er is aangetoond dat intrinsieke connectiviteit van het ventrale striatum-dACC geassocieerd is met een grotere ernst van nicotine () en cocaïneverslaving (). Ook Crane et al. () hebben gemeld dat de groep met een hoog risico bij alcoholgebruikstoornissen (bijv. binge-drinkers) moeite heeft om dit netwerk aan te spreken tijdens beloningsverwerking.

In het kader van leren heeft het dACC een belangrijke rol bij het coderen van actie-uitkomstassociaties, inclusief het integreren van beloningshistorie om beslissingen voor potentiële beloningen te begeleiden (, ). Er is ook gesuggereerd betrokken te zijn bij het signaleren van de behoefte aan aandacht tijdens het leren (). Afwijkingen in de dACC-functie voor feedbackverwerking bij IGD-patiënten zijn gemeld. Yau et al. () merkte op dat adolescenten met problematisch internetgebruik de feedbackgerelateerde negativiteit en P300-amplituden hebben afgestompt tijdens het nemen van risico's, wat wijst op een abnormale ACC-functie bij vroege en late feedbackverwerking. Gezien het feit dat VS ook een kritisch hersengebied is voor beloning-geassocieerd leren () alsmede voor de verwerking van beloningen (), moet de functionele koppeling tussen VS en dACC een cruciale rol spelen in feedbackleren, waarin de uitkomstwaarden voor geselecteerde antwoorden worden bijgewerkt. Daarom zou gewijzigde VS-DACC-functionele koppeling in de IGO-groep kunnen duiden op een probleem bij het weergeven van waardesignalen die zijn gekoppeld aan actie-uitkomstrelaties, wat op zijn beurt tot leerproblemen zou kunnen leiden, ook al werd een verminderde leerprestatie niet waargenomen voor geldelijke beloningen.

Zwakkere VS-connectiviteit met andere corticale en subcorticale regio's

We vonden wijdverspreide abnormale functionele koppelingen in de vlPFC, precuneus en linguale gyrus in associatie met IGO. Deze regio's zijn betrokken bij verschillende cognitieve controles tijdens het leren van feedback. Het is bijvoorbeeld bekend dat de vlPFC flexibel doelgericht gedrag stuurt door motivatie-informatie uit subcorticale gebieden te integreren (, ). De precuneus en linguale gyrus worden geactiveerd als reactie op monetaire beloning tijdens omkeringsleren wanneer een beloning wordt gegeven als een signaal om de rollen om te keren (). Volgens Dong et al. (), is er verminderde inferieure frontale cortexactivering bij IGD-individuen bij het maken van risicovolle keuzes. De verminderde functionele connectiviteit tussen VS en de verschillende corticale regio's in de IGO-groep van de huidige studie suggereert verminderde cognitieve controles van feedbackverwerking wanneer een geldelijke beloning wordt gegeven als positieve feedback.

We ontdekten ook dat de IGO-groep zwakkere functionele VS-connectiviteit vertoonde met het pallidum tijdens monetaire beloningsverwerking. Het pallidum ontvangt efferente verbindingen vanuit het ventrale striatum, vooral vanuit de NAcc, en stuurt een signaal naar de cortex via relais door de thalamus (). Van het pallidum is voornamelijk bekend dat het geassocieerd is met motorische functies, maar een rol in beloningsverwerking is ook veel besproken (). Zhai et al. () meldde dat IGD geassocieerd is met een verminderde efficiëntie van witte stof in het pallidum. De VS en pallidum zijn beide betrokken bij de hedonistische impact van verslaving, waarvan wordt gedacht dat deze wordt gemedieerd door opioïde systemen (), speculeren we dat verminderde VS-Pallidum functionele connectiviteit bij IGO-individuen een weerspiegeling kan zijn van verminderd hedonistisch plezier voor geldelijke beloningen. Deze interpretatie komt overeen met een theoretisch verslavingsmodel met afgenomen hedonische setpoints ().

Waarom zijn effecten op functionele connectiviteit alleen voor geldelijke beloningen?

Alleen voor geldelijke beloningen vertoonde de IGO-groep veranderde functionele connectiviteit, met zwakkere sterkere of sterkere patronen. Tijdens het leren van feedback waren de deelnemers zich ervan bewust dat een correct antwoord zou kunnen resulteren in een geldelijke of een symbolische beloning. Omdat ze niet waren geïnformeerd over welke leerstimulus zou worden gevolgd door een geldelijke beloning, in tegenstelling tot een symbolische beloning, zou de levering van een geldelijke beloning een grotere motivatie hebben gehad in vergelijking met een symbolische beloning. Dat deze effecten beperkt waren tot de IGO-groep suggereert dat deze saliency meer impact had op IGO-individuen dan controles.

Ondanks de functionele connectiviteitseffecten die werden waargenomen in IGO-individuen voor geldelijke beloningen, hebben we geen leerstoornis voor monetaire beloning in de IGO-groep gevonden ten opzichte van controles. Een mogelijke reden hiervoor zou een plafondeffect kunnen zijn. In dit feedbackleerparadigma, waarbij elke feedback werd gegeven op basis van een deterministische stimulus-uitkomst-contingentie, was de gemiddelde correct-stayrate voor geldbeloning in beide groepen erg hoog (IGO-groep: M = 0.94, SD = 0.09; controlegroep: M = 0.95, SD = 0.04). Daarom is het moeilijk om een ​​leerstoornis op te lossen om te leren van een geldbeloning, zelfs in de IGO-groep. Een andere mogelijkheid is dat IGO-individuen kunnen vertrouwen op andere compenserende cognitieve bronnen om de SR-associaties te leren, wat resulteert in vergelijkbare prestaties als de controles. We vonden echter geen bewijs om de compenserende hypothese te ondersteunen, omdat de meeste van de onderzochte functionele netwerken zwakker waren in de IGO-groep dan in controles. Voor het enige voorbeeld van verhoogde functionele connectiviteit in de IGO-groep (dwz vmPFC-NAcc-koppeling) was de relatie met de gedragsprestatie het tegenovergestelde van verwachting: personen met sterkere vmPFC-NAcc-koppeling voor geldbeloning vertoonden een verminderde neiging om de hetzelfde antwoord bij volgende gelegenheden. Dus als er een compensatiemechanisme bestaat voor het overwinnen van leerstoornissen voor beloningsfeedback in IGO, moet het bestaan ​​buiten de vmPFC- of VS-koppelingsnetwerken. Ten slotte moeten we de mogelijkheid overwegen dat compenserende mechanismen van IGO niet voorkomen tijdens de tijd van feedbackverwerking, zoals onderzocht in de huidige studie, maar tijdens het inter-trial interval (werkgeheugenstrategie) of tijdens stimuluspresentatie / responsenselectie. In overeenstemming met dit idee, een vorig verslag () suggereert dat IGO-individuen een werkgeheugenstrategie specifiek voor geldbeloning hebben aangeworven om hun leerbeperking voor beloning te compenseren.

Voorbehouden en beperkingen

Hoewel we verschillende functionele connectiviteitspatronen van VS en vmPFC in de IGO-groep hebben waargenomen, was de mate van deze afwijkingen niet geassocieerd met de ernst van de symptomen van verslaving aan internetgames. De afwijkingen die worden gevonden in de functionele netwerken die betrokken zijn bij de verwerking van beloningsinformatie, kunnen het gevolg zijn van het intensieve gebruik van internetgamen door de IGO-individuen. Deze mogelijkheid wordt echter niet ondersteund door onze gegevens, omdat we geen verband konden vinden tussen de tijd die aan gaming werd besteed en de sterke punten van connectiviteit. Een alternatieve mogelijkheid is dat de ernst van de verslaving mogelijk geen lineair verband vertoont met de mate van afwijkingen bij de verwerking van beloningen. Een andere is dat personen met bepaalde inherente, reeds bestaande functionele netwerkfuncties waarschijnlijk eerder in problemen met overmatig gebruik van games terechtkomen. Casual gaming-activiteit kan bijvoorbeeld problematisch worden voor diegenen die relatief inefficiënt zijn in het verwerken van cognitieve / aandachtseisen om de omgeving te beheersen wanneer ze plezier ervaren voor zeer opvallende beloningen, waardoor dergelijke anders normale individuen in gevaar komen voor IGD. Er zijn longitudinale studies nodig om de langetermijneffecten van het gebruik van internetgames of risicofactoren bij informatieverwerking aan te pakken.

Depressie en attention-deficit / hyperactivity disorder (ADHD) zijn betrokken bij de verwerking van beloningen (, ), die beide ook bekende psychiatrische comorbiditeiten zijn van IGD (). De veranderingen in functionele connectiviteitspatronen die we in de IGO-groep waarnamen, werden niet geassocieerd met één van de comorbiditeiten van IGD, zoals depressie of impulsiviteit. Omdat groepsverschillen voor geldelijke beloning werden waargenomen in functionele hersennetwerken waarvan bekend is dat ze betrokken zijn bij saliency en cognitieve controle van beloning, is het redelijk om aan te nemen dat deze verschillen gerelateerd zijn aan verwerking van beloningsinformatie. Daarom zijn de verschillen in informatieverwerking voor geldelijke beloningen waarschijnlijk kritische IGD-kenmerken die onafhankelijk van persoonlijkheidskenmerken of emotionele stoornissen kunnen voorkomen.

Het is belangrijk om een ​​aantal beperkingen van dit rapport te bespreken. Onze IGO-groep bestond uit jonge mannen die als "risico" op IGD werden beschouwd. Men moet voorzichtig zijn bij het generaliseren van onze bevindingen naar IGO-vrouwen, of naar mannen of vrouwen die klinisch zijn gediagnosticeerd met IGD (). Een ander probleem is het gebruik van een vast interval tussen de stimulus tussen de leerstimuli en feedbackweergave, zoals typisch is voor SR-associatie-leerparadigma's. Dit vaste interval kan ertoe hebben geleid dat de beeldgegevens voor feedbackgerelateerde activering worden beïnvloed door resterende activiteit uit de anticipatieperiode van feedback (dwz cue-presentatie of reactie-initiatie). Inderdaad, een eerdere studie die de voorspellingsfout van de beloning in IGD onderzocht, onthulde blunted VS-activering tijdens cue-verwerking (). Ten slotte moet men in gedachten houden dat de functionele connectiviteitsbenadering geen directe of causale relaties tussen twee regio's onthult, hoewel sommige van onze interpretaties zijn gebaseerd op specifieke anatomische interconnecties die in dierstudies zijn gevonden.

Conclusies

Concluderend, de IGO-groep vertoonde een sterkere functionele connectiviteit binnen de hersenregio's van het beloningsnetwerk betrokken bij motiverende opvallendheid, terwijl de controles een grotere connectiviteit aantoonden met wijdverspreide hersengebieden geassocieerd met leren of aandacht tijdens het leren van een opvallende stimulans. De verbeterde functionele connectiviteit van het vmPFC-NAcc-netwerk en de daarmee samenhangende leerstoornis suggereren dat IGD geassocieerd is met de verhoogde incentive salience of "willen" in verband met verslavingsstoornissen, wat een neurobiologische verklaring kan zijn voor het verminderde doelgerichte gedrag. Bovendien suggereert de zwakkere functionele connectiviteit tussen het beloningscircuit en andere hersengebieden die verband houden met cognitieve controle (dACC of vlPFC) of leren (dorsale striatum) dat er mogelijk aanvullende leerstoornissen kunnen zijn. Ondanks de verschillen in functionele connectiviteit voor het verwerken van geldelijke beloningen, verdoezelde de grotere motivationele scherpte van deze feedback blijkbaar elke leerstoornis, mogelijk vanwege een compenserende strategie die niet werd onderzocht in dit paradigma, zoals werkgeheugen.