Kommentarer: fMRI-skanningar hittar onormalheter i hjärnan hos dem med Internet Addiction Disorder.
Chin Med J (Engl). 2010 Jul; 123 (14): 1904-8.
Liu J, Gao XP, Osunde I, Li X, Zhou SK, Zheng HR, Li LJ.
Källa
Institute of Mental Health, Second Xiangya Hosipital, Central South University, Changsha, Hunan 410011, Kina.
Sammanfattning:
Bakgrund:
Internetadditionsstörning (IAD) blir för närvarande ett allvarligt psykiskt hälsoproblem bland kinesiska ungdomar. Patogenesen för IAD förblir emellertid oklar. Syftet med denna studie tillämpade regional homogenitet (ReHo) -metod för att analysera encefalisk funktionell egenskap hos IAD-studenter under vilotillstånd.
Metoder:
Funktionell magnetisk resonansbild (fMRI) utfördes i 19 IAD-studenter och 19-kontroller under vilotillstånd. ReHo-metoden användes för att analysera skillnaderna mellan genomsnittet ReHo i två grupper.
Resultat:
Följande ökade ReHo-hjärnregioner hittades i IAD-gruppen jämfört med kontrollgruppen: cerebellum, hjärnstam, höger cingulat-gyrus, bilateral parahippocampus, höger frontal lob (rektal gyrus, underlig frontal gyrus och mittre frontal gyrus), vänster högre frontal gyrus, vänster precuneus , höger postcentral gyrus, höger mellersta ockipital gyrus, högre inferior temporal gyrus, vänster överlägsen temporär gyrus och mellersta temporala gyrus. De minskade ReHo-hjärnregionerna hittades inte i IAD-gruppen jämfört med kontrollgruppen.
Slutsatser:
Det finns abnormiteter i regional homogenitet hos IAD-studenter jämfört med kontrollerna och förbättringen av synkronisering i de flesta encefaliska regioner kan hittas. Resultaten återspeglar den funktionella förändringen av hjärnan hos IAD-studenter. Förbindelserna mellan förbättringen av synkronisering mellan cerebellum, hjärnstam, limbisk lob, frontala lob och apikala lob kan vara relativt till belöningsvägar.
Användningen av Internet har ökat avsevärt de senaste åren. Data från Kina Internet Network Information Center (från och med december 31, 2008) visade att 298 miljoner människor hade gått online, varav 60% var tonåringar under 30 år gamla. Med detta stigande antal Internetanvändare har problemet med internetberoende stört uppmärksamhet från psykiatriker, lärare och allmänheten. Internetadditionsstörning blir för närvarande ett allvarligt psykiskt problem bland kinesiska ungdomar. Chou och Hsiao1 rapporterade att förekomsten av Internet-beroende bland universitetsstudenter i Taiwan var 5.9%. Wu och Zhu2 identifierade 10.6% av de kinesiska studenterna som internetberoende. Patogenesen för IAD förblir emellertid oklar.
Vilande tillstånd fMRI har dock väckt mer uppmärksamhet nyligen eftersom deltagarna i studien bara instrueras att förbli rörliga och hålla ögonen stängda under fMRI-skanningen. FMRI i vilotillstånd har därför den praktiska fördelen med klinisk tillämpning. I den nuvarande fMRI-studien i vilotillstånd användes en nyligen rapporterad regional homogenitet (ReHo) -metod för att analysera den blodsyren-beroende (BOLD) signalen i hjärnan. 3 Det hoppas att fMRI i vilotillstånd tillåter ny insikt i patofysiologi för IAD.
METODER
Ämnen
Enligt modifierade YDQ-kriterier från Beard and Wolf, 3 från juli 2008 till maj 2009, 19 IAD (11 män och 8 kvinnor; medelålder för (21.0 ± 1.3) år med intervall från 18 till 25 år) och 19 sexmatchat individer (medelålder på (20.0 ± 1.8) år med intervall från 18 till 25 år) genomgick fMRI under vilotillstånd på vårt sjukhus. Ämnen var alla högerhänt mätt med Edinburgh Inventory. Inga patienter tog några mediciner som kunde påverka hjärnans excitabilitet. Alla försökspersoner hade en normal neurologisk undersökning. De uppfyllde följande inkluderingskriterier: 1) de översta 5-kriterierna måste uppfyllas i Diagnostic Questionnaire for Internet Addiction (Beard3— “5 + 1-kriterier”) och uppfylla någon av de återstående tre kriterierna. 2) attackens varaktighet var ≥6 timmar per dag under 3 månader. 3) social funktion nedsatt signifikant, inklusive nedgång i akademiska prestationer, oförmögen att upprätthålla normalt skolinlärning. Personer rapporterade ingen historia om neurologisk sjukdom vid schizofreni, depression och substansberoende eller psykiatrisk störning. Det fanns ingen statistisk signifikant skillnad i ålder, kön eller utbildningsnivåer mellan IAD-gruppen och kontrollgruppen. Forskningskommittén för andra Xiangya Hosipital ansluten till Central South University godkände studien. Alla försökspersoner gav sitt skriftliga informerade samtycke för studien.
MR-screening
Bilder förvärvades på en 3.0T Siemens Tesla Trio Tim-skanner med höghastighetsgradienter. Deltagarens huvud var placerat med en vanlig huvudspole. Skumstoppning tillhandahölls för att begränsa huvudets rörelse. Högupplösta axiella T1- och T2-viktade bilder erhölls i varje ämne. Under fMRI i vilotillstånd instruerades försökspersoner att hålla ögonen stängda, att förbli orörliga eller tänka på något särskilt. Följande parametrar användes för T1 anatomisk avbildning axiellt: 3080/12 ms (TR / TE), 36 skivor, 256 × 256 matris, 24 cm synfält (FOV), 3 mm snittjocklek och 0.9 mm mellanrum, 1 NEX, vändvinkel = 90. På samma platser för anatomiska skivor förvärvades funktionella bilder med hjälp av en ekoplanar bildsekvens med följande parametrar: 3000/30 ms (TR / TE), 36 skivor, 64 × 64 matris, 24 cm synfält (FOV), 3 mm snittjocklek och 0.9 mm mellanrum, 1 NEX, vippvinkel = 90. Varje fMRI-skanning varade i 9 minuter.
Statistisk analys
Data för varje ämnes fMRI innehöll 180 tidpunkter. De första fem tidpunkterna för fMRI-data kasserades på grund av instabilitet i den initiala MR-signalen och anpassningen av deltagarna till omständigheten, vilket lämnade 175 volymer. De återstående 175 volymerna förbehandlades med hjälp av mjukvaran Statistical Parametric Mapping 2 (SPM2) (London University, Storbritannien). De korrigerades i skiva-tid och justerades till den första bilden i varje session för rörelsekorrigering, normaliserades rumsligt till MNI och utjämnades med ett Gauss-filter med 8 mm full bredd vid halvmaximum (FWHM) för att minska buller och kvarvarande skillnader i gyral anatomi. Alla försökspersoner hade mindre än 0.5 mm maximal förskjutning i X, Y, Z och 1.0 ° angylar rörelse under hela fMRI-skanningen. Inga försökspersoner uteslöts. Ett tidsfilter (0.01 Hz <f <0.08 Hz) applicerades för att avlägsna lågfrekventa drift och fysiologiskt högfrekvent brus.
Vi använde Kendalls överensstämmelseskoefficient (KCC) 4 för att mäta regional homogenitet för tidsserien för en given voxel med sin närmaste 26 granne voxel på ett voxel-sätt. KCC kan beräknas med följande formel:
Där W är KCC för ett kluster, varierade från 0 till 1; Ri är summan rang för tidpunkten i, n är antalet tidpunkter för varje voxel-tidsserie (här n = 175); = ((n + 1)) / 2 är medelvärdet av Ri: s; k är antalet voxels i klustret (här k = 27). Individuell W-karta erhölls på en voxel-för-voxel-basis för varje ämnesdatamängd. Ovanstående program kodades i Matrix Laboratory (MATLAB, MathWorks Inc., Natick, USA)
För att utforska ReHo-skillnaden mellan IAD: erna och kontrollerna utfördes ett test på två nivåer av slumpmässig effekt med två prov på de enskilda ReHo-kartorna på ett voxel-för-voxel-sätt. Den resulterande statistiska kartan sattes till en kombinerad tröskel på P <0.001 och en minsta klusterstorlek på 270 mm3, vilket resulterar i en korrigerad tröskel på P <0.05.
RESULTAT
För alla försökspersoner hittades ingen signifikant patologisk förändring med högupplöst T1- och T2-viktad MRT. IAD-gruppen visade ökade hjärnregioner i ReHo i vilotillstånd jämfört med kontrollerna. Den ökade ReHo distribuerades över cerebellum, hjärnstam, höger cingulat gyrus, bilateral parahippocampus, höger frontal lob (rektal gyrus, inferior frontal gyrus och mellersta främre gyrus), vänster högre frontal gyrus, vänster precuneus, höger postcentral gyrus, höger mitt occipital gyrus , höger underordnad temporär gyrus, vänster överlägsen temporär gyrus och mellanliggande temporär gyrus. Den minskade ReHo i IAD-gruppen hittades inte (figur och tabell).
Figur. Olika områden i hjärnan med ökad ReHo i kombinerade bilder av IAD och kontroller erhållna av SPM2-programvaran. A: lillhjärnan. B: hjärnstammen. C: höger cingulate gyrus. D: höger parahippocampus. E: vänster parahippocampus. F: vänster överlägsen frontgyrus. Dessa regioner har det högre ReHo-värdet: IAD: er> kontroller. L: vänster. R: rätt. Blå korsform representerar hjärnans regioner. Ett t-test med ett prov utfördes på de enskilda ReHo-kartorna på ett voxel-för-voxel-sätt mellan IAD: erna och kontrollerna. Data från de två grupperna testades med användning av två-prov t-test. Den slutliga statistiska kartan sattes till en kombinerad tröskel på P <0.001 och en minsta klusterstorlek på 270 mm3, vilket resulterar i en korrigerad tröskel på P <0.05.
Tabell. Hjärnregioner med onormal regional homogenitet i IAD jämfört med kontrollerna
DISKUSSION
ReHo-metod om fMRI
ReHo-metoden, ett nytt sätt att analysera fMRI-data under vilotillstånd.4 Den grundläggande teorihypotesen om ReHo-metoden är att en given voxel tillfälligt liknar sina grannar. Den mäter ReHo för tidsserien för den regionala BOLD-signalen. Därför återspeglar ReHo den temporära homogeniteten hos den regionala BOLD-signalen snarare än dens densitet. ReHo kan upptäcka aktiviteten i de olika hjärnregionerna. ReHo-metoden har redan använts framgångsrikt för studien av Parkinson, Alzheimer, depression, hyperaktivitetsstörningar i uppmärksamhetsunderskott, schizofreni och epilepsi. 5-10 Men ingen har någonsin upptäckt hjärnaktiviteten hos IAD genom att använda fMRI i vilotillstånd.
Egenskaper och betydelse av de ökade ReHo-hjärnregionerna i IAD jämfört med kontrollerna
Jämfört med kontrollerna fann experimentgruppen att de ökade ReHo-hjärnregionerna var fördelade över cerebellum, hjärnstam, höger cingulerad gyrus, bilateral parahippocampus, höger frontal lob (rektal gyrus, lägre frontal gyrus och mittre frontal gyrus), vänster högre frontal gyrus , vänster precuneus, höger postcentral gyrus, höger mellersta occipital gyrus, högre underliggande temporär gyrus, vänster överlägsen temporär gyrus och mellanliggande temporär gyrus. Det representerar ökningen av nervaktivitet.
Studier har visat att cerebellum har en hög nivå kognitiva funktioner, 11-12 såsom språkmedvetenhet och så vidare. Det finns en omfattande funktionell koppling mellan cerebellum och hjärnan, vilket hjälper till att reglera den kognitiva aktiviteten, tänkande och känslor till viss del. Det finns fibrösa leder mellan mesencephalon och cerebellum, cerebellum och thalamus, cerebellum och cerebrum, t.ex. prefrontala lob. Forskare har upptäckt korrelationerna mellan strukturella avvikelser i hjärnan och den kliniska manifestationen av viss psykisk sjukdom. 13 Studier har funnit hos patienter med schizofreni att prefrontala lob-cerebellum och cerebellum-thalamus-förbindelserna försvagades, men thalamus-prefrontala lob-förbindelse förbättrades. 14
Den cingulerade gyrusen som tillhör det limbiska systemet är belägen på toppen av corpus callosum. Det, tillsammans med parahippocampal gyrus, ansågs vara en övergångsregion för heterotypisk cortex och neocortex, som också var känd som mesocortex. Det främre cingutatet reglerar reaktioner och fungerar som en sensorisk integrator i tändningsregleringen. Den främre cingulerade primära funktionen är övervakning av konflikt. Det bakre cingulatet var involverat i processen med visuell känsla och sensorimotor.15-18
Mesencephalon och subiculum hippocampi spelar en impotant roll i det mesolimbiska dopaminergiska systemet. Ventral tegmental kärna är en viktig del av belöningsvägen och det finns omfattande förbindelser mellan mesencephalon och cerebellum, och mesencephalon och cerebrum. Förbättringen av reaktivitetssynkroniseringen av mesencephalon, cerebellum, cingulat gyrus och parahippocampal gyrus överensstämmer med den ämne som är belöningssubstans. Det indikerade att förbindelserna mellan givande vägar i IAD i viss utsträckning förbättrades.
Studien fann ökad ReHo i temporal region och occipital region, vilket antyder den ökade synkroniseringen i IAD-gruppen än kontrollgruppen. Detta kan orsakas av missbrukars beteende, som att kontakta nätverksbilden ofta, njuta av den bullriga internetbaren eller i spelljudet. Optik- och auditoriet, som har stimulerats upprepade gånger under lång tid, blir lätt att upphetsas eller har en upphetsad spännbarhet. Den temporala lobens huvudfunktion är att reglera sinnesuppfattningen inklusive visuell och hörselbearbetning genom den primära och sekundära associerade cortex. Den ökade ReHo i cortex av temporär lob fungerar som en positiv intensifierande faktor för att avslöja sig själv som internetmisbrukare. Det repetitiva beteendet som surfar på Internet från IAD förtjänar ytterligare forskning.
Genom fMRI fann Bartzokis et al19 att volymen av frontala lob och temporala lob minskade signifikant hos kokain och amfetaminberoende personer, medan gråmaterialet av temporala lob i kokainberoende personer minskade tydligt med åldersökningen. Det indikerade att kokainberoende kan påskynda minskningen av gråmaterialet i temporala lobar och minskningen av frontalloben och temporala loben kan vara identifieringsmarkören för missbrukens beteende. Variationen av ReHo i cortex av den temporala loben av internetmisbrukare kan vara det tidiga tecknet på att barinstrukturen förändras, och till viss del kan indikera onormaliteten i hjärnfunktionen. Modell et al20 upptäckte aktivering bland caudate nucleus, corpora striata, thalamencephal, cortex of the frontal lob in alcohol and drug addict by fMRI. Tremblay och Schultz21 fann att funktionen av orbital gyri i frontalloben och belöningsrelaterad, och skada på orbital gyri i frontala lob kan leda till minskad hämning och impuls.
Jämfört med den normala personen avslöjar den ökade ReHo i vissa regioner i frontalben och parietalben en avancerad synkronisering än vad man normalt sett. Cortexen i frontalloben, som är den mest komplexa och mycket utvecklade neocortexregionen, accepterar de afferenta nervfibrerna från parietalloben, temporala loben, occipitalloben och den sensoriska latero-associeringsbarken nära Brodman 1, 2 och 3, liksom som limbisk lateroassociation, inklusive cingulat gyrus, parahippocampal gyrus och vars efferenta nervfibrer projicerar till striatum och pons. Det är det viktiga hjärnområdet för impulsionskontrollen. 22-24
Olika studier fann att parietalloben hade ett samordnat förhållande till visuospatial uppgift. Positionsförändringen av det angående objektet kunde leda till en stark aktivering av överlägsen parietal cortex på båda sidor. 25,26 Av fMRI upptäckte Zheng et al27 att den apikala loben spelade en dominerande roll när hjärnan hade att göra med kortvarigt minne. Neuroanatomi fann att den dorsala prefrontala loben accepterade projektionen av associeringsfiber från apikala lob, och den primära visuella cortex överförde de rumsliga egenskaperna (i den visuella informatorn transformerad av visuell väg) till den tillhörande cortexen i den apikala loben och bildade den rumsliga uppfattningen vid samtidigt. Slutligen överförs den integrerade rumsliga informationen till den dorsala prefrontala loben för att bilda rumsligt minne. Med ett ord slutgav visuell information behandlingen av positionell och rumslig relation i överlägsen bakre cortex genom ryggvägen. 28
Baserat på tillgänglig litteratur och resultaten från detta experiment tror vi att bilderna och ljudet matas in av vissa hörsel- och visuella ledningsvägar. Konkreta sinnen som färg, relativ rumslig position och rymduppfattning bildas i parietalben. I slutändan sprids signaler till den främre loben för att fortsätta behandlingen, som nästa beslut, planering och genomförande. Den frekventa aktiveringen av dessa encefaliska regioner hos Internetmisbrukare leder till att synkroniseringen i dessa regioner förbättras. Förbättringen av synkronisering mellan cerebellum, hjärnstam, limbic lob, frontal lob och apical lob kan vara förknippad med belöningsvägar, och dess konkreta mekanismer måste bekräftas genom ytterligare studier.
Sammanfattningsvis använde denna forskning fMRI-metoden för vilotillstånd för att samla in data och ReHo-metoden för att analysera data. Vi upptäckte att det fanns onormalheter i regional homogenitet hos IAD-studenter jämfört med kontrollgruppen. Synkroniseringen förbättras i de flesta hjärnregioner. Resultaten återspeglar den funktionella förändringen av hjärnan hos IAD-studenter och förbättringen av synkronisering mellan hjärnbotten, hjärnstammen, limbisk lob, frontalloben, apikala loben kan vara relevant för att belöna vägar. Denna studie ger en ny metod och idé för att studera IAD: s etiologi och bekräftar möjligheten att tillämpa ReHo på prekliniska och kliniska IAD-studier samtidigt.
REFERENSER
1. Chou C, Hsiao MC. Internetmissbruk, användning, tillfredsställelse och nöjeupplevelse: Taiwans högskolestudenters fall. Comput Educ 2000; 35: 65-80.
2. Wu HR, Zhu KJ. Sökvägsanalys av relaterade faktorer som orsakar internetberoende hos studenter Chin J Pub Health (Chin) 2004; 20: 1363-1364.
3. Skägg KW, Wolf EM. Ändring i de föreslagna diagnostiska kriterierna för internetberoende. Cyberpsychol Behav 2001; 4: 377-383.
4. Zang Y, Jiang T, Lu Y, He Y, Tian L. Regional homogenitetstrategi för fMRI-dataanalys. NeuroImage 2004; 22: 394-400.
5. Wu T, Long X, Zang Y, Wang L, Hallett M, Li K, et al. Regionala homogenitetsförändringar hos patienter med Parkinsons sjukdom. Hum Brain Mapp 2009; 30: 1502-1510.
6. Liu Y, Wang K, Yu C, He Y, Zhou Y, Liang M, et al. Regional homogenitet, funktionell anslutningsförmåga och bildmarkörer för Alzheimers sjukdom: en översyn av fMRI-studier i vilotillstånd. Neuropsykologi 2008; 46: 1648-1656.
7. Tian LX, Jiang TZ, Liang M, Zang Y, He Y, Sui M, et al. Förbättrad hjärnaktivitet i vilotillstånd hos ADHD-patienter: en fMRI-studie. Brain Dev 2008; 30: 342-348.
8. Yuan Y, Zhang Z, Bai F, Yu H, Shi Y, Qian Y, et al. Onormal nervaktivitet hos patienter med eftergivna geriatrisk depression: en funktionsmagnetisk resonansstudie i vilotillstånd. J Affect Disord 2008; 111: 145-152.
9. Liu H, Liu Z, Liang M, Hao Y, Tan L, Kuang F, et al. Minskad regional homogenitet vid schizofreni: en funktionell magnetisk resonansavbildningsundersökning i vilotillstånd. Neuroreport 2006; 17: 19-22.
10. Yu HY, Qian ZY, Zhang ZQ, Chen ZL, Zhong Y, Tan QF, et al. Studie av hjärnaktivitet baserad på aritmetik för amplituden av lågfrekvensfluktuationer med fMRI under mental beräkning. Acta Biophysica Sinica 2008; 24: 402-407.
11. Katanoda K, Yoshikawa K, Sugishita M. En funktionell MR-studie på de neurala underlagen för skrivning. Hum Brain Mapp 2001; 13: 34-42.
12. Preibisch C, Berg D, Hofmann E, Solymosi L, Naumann M. Cerebral aktiveringsmönster hos patienter med författarkramper: en funktionell magnetresonansbildningsstudie. J Neurol 2001; 248: 10-17.
13. Wassink TH, Andreasen NC, Nopoulos P, Flaum M. Cerebellar morfologi som en prediktor för symptom och psykosocialt resultat vid schizofreni. Biol Psychiatry 1999; 45: 41-48.
14. Schlosser R, Gesierich T, Kaufmann B, Vucurevic G, Hunsche S, Gawehn J, et al. Förändrad effektiv anslutning under arbetsminnesprestanda vid schizofreni: en studie med fMRI och strukturell ekvationsmodellering. NeuroImage 2003; 19: 751-763.
15. Badre D, Wagner AD. Urval, integration och övervakning av konflikter; bedöma arten och generaliteten hos prefrontala kognitiva kontrollmekanismer. Neuron 2004; 41: 473-487.
16. Braver TS, Barch DM, Gray JR, Molfese DL, Snyder A. Anterior cingulate cortex and response conflict: effekter av frekvens, hämning och fel. Cereb Cortex 2001; 11: 825-836.
17. Barch DM, Braver TS, Akbudak E, Conturo T, Ollinger J, Snyder A. Anterior cingulate cortex och responskonflikt: effekter av responsmodalitet och behandlingsdomän. Cereb Cortex 2001; 11: 837-848.
18. Bush G, Frazier JA, Rauch SL, Seidman LJ, Whalen PJ, Jenike MA, et al. Framre cingulerad cortexdysfunktion vid uppmärksamhetsunderskott / hyperaktivitetsstörning avslöjad av fMRI och Counting Stroop. Biol Psychiatry 1999; 45: 1542-1552.
19. Bartzokis G, Beckson M, Lu PH, Edwards N, Rapoport R, Wiseman E, et al. Åldersrelaterade hjärnvolymminskningar i amfetamin- och kokainberoende och normala kontroller: konsekvenser för beroendeforskning. Psychiatry Res 2000; 98: 93-102.
20. Modell JG, Mountz JM, Beresford TP. Basala ganglia / limbiska striatala och thalamocortical involvering i begär och förlust av kontroll i alkoholism. J Neuropsychiatry Clin Neurosci 1990; 2: 123-144.
21. Tremblay A, Schultz W. Relativ belöningsförmåga i primär orbitofrontal cortex. Natur 1999; 398: 704-708.
22. Robbins TW. Sinnets kemi: neurokemisk modulering av prefrontal kortikal funktion. J Comp Neurol 2005; 493: 140-146.
23. Hester R, Garavan H. Exekutiv dysfunktion vid kokainberoende: bevis för diskordant frontal-, cingulat- och cerebellär aktivitet. J Neurosci 2004; 24: 11017-11022.
24. Berlin HA, Rolls ET, Kischka U. Impulsivitet, tidsuppfattning, känslor och förstärkningskänslighet hos patienter med orbitofrontala cortexskador. Hjärna 2004; 127: 1108-1126.
25. Sack AT, Hubl D, Prvulovic D, Formisano E, Jandl M, Zanella FE, et al. Brain Res Cogn Brain Res 2002; 13: 85-93.
26. Vandenberghe R, Gitelman DR, Parrish TB, Mesulam MM. Funktionell specificitet av överlägsen parietal medling av rumslig förskjutning. Neuroimage 2001; 14: 661-673.
27. Zheng JL, Wu YM, Shu SY, Liu SH, Guo ZY, Bao XM, et al. Roll av parietalloberna i erkännande av det rumsliga minnet hos friska frivilliga.Tianjin Med J (Chin) 2008; 36: 81-83.
28. Rao SC, Rainer G, Miller EK. Integration av vad och var i primatens prefrontala cortex. Vetenskap 1997; 276: 821-824.
;
