Internet-överanvändning är förknippad med en förändring av funktionell anslutning av fronto-striatal under belöningsreaktionsbehandling (2018)

Svagare vmPFC-anslutning med caudatkärnan

Det är känt att vmPFC är involverad i att översätta belöningar till representationer av subjektivt värde (39, 42). Det har ömsesidiga kontakter med striatum för kognitiva och affektiva / emotionella funktioner (43, 44). Våra fynd avslöjar en dissocierad funktionell koppling av vmPFC med underregioner av striatum förknippade med IGO: svagare funktionell anslutning med ryggstriatum (dvs. caudatkärnan) och starkare anslutning till det ventrala striatum (dvs NAcc).

Kaudatkärnan är målregionen för dopaminprojektionsneuroner i substantia nigra och är känd för att vara involverad i kodning av åtgärdsresultatassociationer under belöningsinlärning (45). Det är en av hjärnregionerna där IGD-associerade avvikelser har rapporterats allmänt i molekylär (46), strukturella (47, 48) och funktionella studier (17). Till exempel uppvisar unga vuxna med internetberoende minskad dopamin D2-receptortillgänglighet i det bilaterala dorsalt kaudatet, och svårighetsgraden av internetberoende uppmätt med IAT-skalor är negativt associerad med dopamin D2-receptortillgänglighet i vänster caudat (46). Dessutom verkar IGD-individer ha ökad gråmaterialvolym i caudatet, tillsammans med nedsatt kognitiv kontrollprestanda (47). Dong et al. (17) har rapporterat reducerad caudataktivering hos individer med internetberoende under beslutsfattande i samband med ”kontinuerliga” vinster, vilket antyder otillräcklig uppmärksamhet på tidigare beteendeval och deras resultat.

Hjärnaktiveringar som svar på positiv feedback har rapporterats i både caudatkärnan och vmPFC, särskilt när feedback innehåller information för framtida beteende (49). Den anatomiska styrkan hos caudate-vmPFC-anslutningen har visat sig förutsäga flexibiliteten i målriktad handling (50). Den försämrade funktionella kommunikationen mellan dorsal striatum och vmPFC som finns i IGO-gruppen i denna studie innebär att det bör finnas onormalt beslutsfattande eller misslyckas beteendeanpassning för monetär belöning, särskilt eftersom liknande resultat har rapporterats för andra typer av missbruk. Till exempel Lee et al. (51) rapporterade reducerad funktionell koppling mellan ryggstriatum och orbitofrontal region som omger vmPFC under en Odd-Even-Pass-uppgift hos individer med alkoholberoende, i samband med deras ihållande val av missbildande val. Vi hittade emellertid inte ett samband mellan IGO: s svaga vmPFC-dorsal striatum-anslutning och lärandeprestanda för monetär belöning.

Starkare vmPFC-anslutning med nucleus accumbens

I motsats till vmPFC-caudatkärnkonnektivitet förbättrades vmPFC-NAcc-anslutning i IGO-gruppen. NAcc, som en av huvudkomponenterna i det ventrala striatumet, har föreslagits vara involverat i att tilldela incitamentförmåga till en givande stimulans. VmPFC-NAcc-kretsen har föreslagits vara en neuropatologisk missbruksmekanism (52). Till exempel finns det ökad funktionell anslutning mellan det ventrala striatum och vmPFC i heroinberoende individer under vilotillståndet (53). En ökad vmPFC-NAcc-anslutning rapporterades också hos alkoholberoende unga vuxna under belöningsbearbetning, och individuella skillnader i denna anslutning var associerade med frekvensen av alkoholanvändning (54).

Våra resultat är i linje med slutsatserna från Volkow et al. (55), som föreslog att missbruk är relaterat till "NU" -kretsar, där förhöjda vmPFC / NAcc-kretsar gynnar att välja en omedelbar belöning. Den nuvarande upptäckten av vmPFC-NAcc-koppling i IGO-gruppen överensstämmer med patologiska förändringar i de neuronala mekanismerna som är involverade i belöningsvärdebehandling i substansberoende, särskilt inom de "önskade" kretsarna.

Även om det fanns en negativ korrelation mellan funktionell vmPFC-NAcc-anslutning och den korrekta vistelsegraden för monetär belöning, bör försiktighet iakttas vid tolkningen av detta resultat. Observera att två individer i IGO-gruppen vars styrkor av funktionell vmPFC-NAcc-funktionalitet var starkt förbättrade under monetär belöningsleverans visade den lägsta korrekta vistelsefrekvensen. I synnerhet kan en deltagare i IGO-gruppen identifieras som en statistisk avvikare [Cook's Distance-metoden; (56)]. Den negativa korrelationen hittades ursprungligen i IGO-gruppen [r₍₁₆₎ = -0.516, p = 0.028] är inte längre betydelsefull om denna borttagare tas bort från analysen [r₍₁₅₎= -0.233, p = 0.369]. Alternativt tror vi att denna outlier bara är det extrema exemplet på detta negativa förhållande, där deltagaren med den mest förbättrade vmPFC-NAcc-funktionella kopplingen för monetär belöning skulle uppleva den största kognitiva störningen i återkopplingsbehandling. Denna deltagares låga prestanda var endast specifik för monetär belöning (0.65: genomsnittlig korrekt vistelsegrad för IGO-gruppen = 0.941; SD = 0.094), inte till symbolisk belöning (0.77: medelvärde för korrekt vistelse för IGO-gruppen = 0.822; SD = 0.179). Detta antyder att outlierens dåliga beteendeprestanda inte var förknippat med ett missförstånd av uppgiftsinstruktioner eller dålig inlärningsförmåga i allmänhet. Dessutom fanns en liknande trend för ett negativt förhållande även i den normala kontrollgruppen [r₍₁₈₎ = -0.440, p = 0.052], vilket indikerar att den ökade vmPFC-NAcc funktionella kopplingen var förknippad med dålig inlärningsprestanda för monetär belöning, oavsett IGO-problem. Denna tolkning stöds av en tidigare rapport som bland friska deltagare individer med ökad ventral striatum-vmPFC-anslutning visade större impulsiv beteendemässig tendens under en förseningsrabattuppgift (57). Den nuvarande upptäckten av förstärkt vmPFC-NAcc-funktionell anslutning i IGO-gruppen kan förstås som en liknande patologisk mekanism för en ökad salighet inom "önskade" kretsar (58). Med andra ord kan den förbättrade vmPFC-NAcc-kopplingen för belöningsincitamentet hos IGO-individer vara relaterad till ett större salicitetsrespons för belöning, vilket kan vara en möjlig underliggande mekanism för problematiskt internetöveranvändningsbeteende för framträdande incitament.

Svagare VS-anslutning med den rygg främre cingulära cortex

Vår undersökning av arbetsbaserad VS-funktionell anslutning visade att IGO-individer har svagare VS-dACC-koppling i förhållande till kontrollgruppen. Denna reducerade funktionella koppling mellan ventral striatum och dACC överensstämmer med tidigare fynd. Intrinsisk anslutning av ventral striatum-dACC har visat sig ha samband med större svårighetsgrad av nikotin (59) och kokainberoende (60). Crane et al. (61) har rapporterat att den högriskgruppen vid alkoholanvändningssjukdom (dvs binge drinkers) har svårt att engagera detta nätverk under belöningsbearbetning.

I sammanhanget med inlärning har dACC en viktig roll i kodningen av föreningar mellan åtgärder och resultat, inklusive integrering av belöningshistorik för att vägleda beslut för potentiella belöningar (62, 63). Det har också föreslagits att vara involverat i att signalera behovet av uppmärksamhet under inlärningen (64). Abnormaliteter i dACC-funktion för återkopplingsbehandling hos IGD-individer har rapporterats. Yau et al. (65) noterade att ungdomar med problematisk internetanvändning har trubbat återkopplingsrelaterad negativitet och P300-amplituder under risktagande, vilket tyder på onormal ACC-funktion i tidig och sen feedbackbehandling. Med tanke på att VS också är en kritisk hjärnregion för belöningsassocierat lärande (66) såväl som för belöningsbearbetning (67), måste den funktionella kopplingen mellan VS och dACC ha en kritisk roll i återkopplingsinlärningen, där resultatvärdena för utvalda svar uppdateras. Därför kan förändrad VS-dACC-funktionskoppling i IGO-gruppen indikera svårigheter att representera värdesignaler kopplade till förhållanden mellan handling och resultat, vilket i sin tur kan leda till inlärningsproblem, även om nedsatt inlärningsprestanda inte observerades för monetär belöning.

Svagare VS-anslutning med andra kortikala och subkortikala regioner

Vi fann utbredda onormala funktionella kopplingar i vlPFC, precuneus och lingual gyrus i samband med IGO. Dessa regioner är involverade i olika kognitiva kontroller under feedback inlärning. Till exempel är vlPFC känd för att styra flexibelt målstyrt beteende genom att integrera motivinformation från subkortikala områden (68, 69). Förkönsmoden och den linguala gyrusen aktiveras som svar på monetär belöning under omvända inlärning när en belöning ges som en signal för att vända rollerna (70). Enligt Dong et al. (71), finns det minskad underlägsen frontal cortexaktivering hos IGD-individer när man gör riskabla val. Den minskade funktionella anslutningen mellan VS och de olika kortikala regionerna i IGO-gruppen i den aktuella studien tyder på nedsatt kognitiv kontroll av feedbackbehandling när en monetär belöning ges som positiv feedback.

Vi fann också att IGO-gruppen uppvisade svagare VS-funktionell anslutning med pallidum under monetär belöningsbearbetning. Pallidum får efferenta anslutningar från det ventrale striatum, särskilt från NAcc, och skickar en signal till cortex via reläer genom thalamus (72). Pallidum är främst känt för att vara förknippat med motorfunktioner, men en roll i belöningsbearbetning har också diskuterats i stor utsträckning (73). Zhai et al. (74) rapporterade att IGD är förknippat med reducerad vitmaterialeffektivitet i pallidum. VS och pallidum är båda inblandade i den hedoniska påverkan av beroende, som tros förmedlas av opioidsystem (75), spekulerar vi i att reducerad VS-Pallidum funktionell anslutning hos IGO-individer kan återspegla minskat hedoniskt nöje för monetär belöning. Denna tolkning är i linje med en teoretisk modell av beroende som innehåller minskade hedoniska börvärden (76).

Varför är effekter på funktionell anslutning endast för monetär belöning?

Endast för monetär belöning visade IGO-gruppen förändrade funktionella anslutningar, med antingen svagare starkare eller starkare mönster. Under feedbackinlärningen var deltagarna medvetna om att ett korrekt svar kan resultera i antingen en monetär eller en symbolisk belöning. Eftersom de inte hade informerats om vilken inlärningsstimulans som skulle följas av en monetär, i motsats till symbolisk belöning, skulle leverans av en monetär belöning ha haft större motivationsförmåga jämfört med en symbolisk belöning. Att dessa effekter var begränsade till IGO-gruppen tyder på att denna viktighet hade större inverkan på IGO-individer än kontroller.

Trots de funktionella anslutningseffekter som observerats hos IGO-individer för monetär belöning upptäckte vi inte någon inlärningssvårighet för monetär belöning i IGO-gruppen i förhållande till kontroller. En möjlig orsak till detta kan vara en takeffekt. I detta feedback-inlärningsparadigm, där varje feedback gavs baserat på en deterministisk stimulans-utfalls beredskap, var den genomsnittliga korrekt-vistelsesgraden för monetär belöning mycket hög i båda grupperna (IGO-grupp: M = 0.94, SD = 0.09; kontrollgrupp: M = 0.95, SD = 0.04). Följaktligen skulle det vara svårt att lösa någon inlärningssvårighet för att lära av monetära belöningar, även i IGO-gruppen. En annan möjlighet är att IGO-individer kan lita på andra kompensatoriska kognitiva resurser för att lära sig SR-föreningarna, vilket resulterar i prestanda som liknar kontrollerna. Vi hittade dock inga bevis för att stödja kompensationshypotesen, eftersom de flesta av de undersökta funktionella nätverk var svagare i IGO-gruppen än i kontroller. För det enda fallet med ökad funktionell anslutning i IGO-gruppen (dvs vmPFC-NAcc-koppling) var förhållandet till beteendeprestanda motsatsen till förväntningarna: individer med starkare vmPFC-NAcc-koppling för monetär belöning visade en minskad tendens att välja samma svar vid efterföljande tillfällen. Således, om det finns en kompensationsmekanism för att övervinna inlärningsnedsättningen för belöningsåterkoppling i IGO, måste den existera utanför vmPFC- eller VS-kopplingsnätverket. Slutligen bör vi överväga möjligheten att kompensationsmekanismer för IGO inte inträffar under tiden för återkoppling, som undersökts i den aktuella studien, men under intervallet mellan studien (arbetsminnesstrategi) eller under val av stimulanspresentation / respons. I överensstämmelse med denna idé, en tidigare rapport (1) föreslår att IGO-individer rekryterade en arbetsminnestrategi specifikt för monetär belöning för att kompensera för deras lönesvårigheter.

Varningar och begränsningar

Även om vi observerade olika funktionella anslutningsmönster för VS och vmPFC i IGO-gruppen, var graden av dessa abnormiteter inte förknippad med svårighetsgraden av symtom på internetspelberoende. De avvikelser som finns i de funktionella nätverken som är involverade i belöningsinformationsbehandling kan bero på den stora användningen av internetspel hos IGO-individer. Denna möjlighet har dock inte stöds av våra data, eftersom vi inte kunde hitta någon korrelation mellan tiden som spenderas på spel och anslutningsstyrkan. En alternativ möjlighet är att svårighetsgraden av missbruk kanske inte visar ett linjärt samband med graden av abnormiteter i belöningsbehandling. Ett annat är att individer med vissa inneboende, befintliga funktionella nätverksfunktioner kan vara mer benägna att hamna i problem med överanvändning av spel. Till exempel kan avslappnad spelaktivitet bli problematisk för dem som är relativt ineffektiva i att behandla kognitiva / uppmärksamhetskrav för att kontrollera miljön när de upplever nöje för mycket framträdande belöningar, vilket sätter sådana annars normala individer i riskzonen för IGD. Längsstudier kommer att behövas för att ta itu med de långsiktiga effekterna av användningen av internet eller riskfaktorer vid informationsbehandling.

Depression och uppmärksamhetsunderskott / hyperaktivitetsstörning (ADHD) har varit inblandade i belöningsbearbetning (77, 78), som båda också är välkända psykiatriska komorbiditeter av IGD (79). Förändringarna i funktionella anslutningsmönster som vi observerade i IGO-gruppen var inte associerade med någon av de komorbiditeter av IGD, såsom depression eller impulsivitet. Eftersom gruppskillnader för monetär belöning observerades i funktionella hjärnanätverk kända för att vara involverade i förmåga och kognitiv kontroll av belöning, är det rimligt att anta att dessa skillnader är relaterade till behandling av belöningsinformation. Därför är skillnaderna i informationsbearbetning för monetär belöning troligtvis kritiska IGD-funktioner som kan uppstå oberoende av personlighetsdrag eller känslomässiga störningar.

Det är viktigt att diskutera några begränsningar i denna rapport. Vår IGO-grupp bestod av unga män som ansågs vara "i riskzonen" för IGD. Man måste vara försiktig för att generalisera våra resultat till IGO-kvinnor, eller till män eller kvinnor som är kliniskt diagnostiserade med IGD (80). En annan fråga är vår användning av ett fast intervallstimuleringsintervall mellan inlärningsstimulerna och återkopplingsdisplayen, vilket är typiskt för SR-förenings inlärningsparadigmer. Detta fasta intervall kunde ha orsakat att avbildningsdata för återkopplingsrelaterad aktivering påverkades av återstående aktivitet från återkopplingsförväntningsperioden (dvs cuepresentation eller svarinitiering). En tidigare studie som undersöker belöningsförutsägelsefelet i IGD avslöjade faktiskt trubbig VS-aktivering under cue-bearbetning (81). Slutligen bör man komma ihåg att den funktionella anslutningsmetoden inte avslöjar direkta eller orsakssamband mellan två regioner, även om vissa av våra tolkningar har informerats av specifika anatomiska sammankopplingar som hittades i djurstudier.