青少年晚期皮质厚度异常与在线游戏成瘾(2013)

评论:大脑皮层的变化与成瘾有关。 岛上和眶额皮质的灰质较少与吸毒成瘾者密切相关,这是在互联网成瘾者中发现的。 这些大脑变化与额叶皮质功能测试中的较差表现相关。

公共科学图书馆之一。 2013; 8(1):e53055。 doi:10.1371 / journal.pone.0053055。 Epub 2013 Jan 9。

袁凯, 程鹏, 董拓, 毕Y., 邢璐, 俞D., 赵莉, 董明, von Deneen KM, 刘烨, 秦伟, 田杰.

来源

西安电子科技大学生命科学与技术学院生命科学研究中心,陕西西安

抽象

在线游戏 ,作为最受欢迎的亚型 网络 ,越来越受到全世界的关注。 然而,青少年与在线游戏之间的大脑皮质厚度的结构差异 健康的控制措施并不为人所知; 它与认知控制能力受损无关。 高分辨率磁共振成像扫描从青春期后期开始在线游戏 (n = 18)和年龄,教育和性别匹配的对照(n = 18)被获得。

皮质厚度测量方法用于研究在线游戏的个体皮质厚度的改变 .

使用颜色词Stroop任务来研究皮质厚度异常的功能意义。

成像数据显示在青春期后期左前中央皮质,前躯体,中额叶皮质,颞下和中颞皮质的皮质厚度增加与在线游戏 ; 同时,左侧眶额叶皮质(OFC),脑岛,舌回,右侧中央回,内嗅皮层和下顶叶皮层的皮质厚度减少。

相关分析表明左前中央皮质,前躯体和舌回的皮质厚度与在线游戏的持续时间相关 OFC的皮质厚度与在线游戏的青少年颜色词Stroop任务期间受损的任务表现相关 .

目前研究的结果表明,这些区域的皮质厚度异常可能与在线游戏的潜在病理生理学有关。 .

介绍

作为儿童期和成年期之间的重要时期,青春期包含在身体,心理和社会发展的变化中 [1]。 相对不成熟的认知控制能力使这个时期成为脆弱和调整的时期,并可能导致青少年情感障碍和成瘾的发生率更高 [2], [3], [4]。 作为中国青少年常见的心理健康问题之一,网络成瘾(IAD)目前正变得越来越严重 [5], [6]。 网络游戏成瘾作为IAD最重要的子类,越来越受到全世界的关注,特别是来自中国和韩国的东亚。 具有在线游戏成瘾的青少年花费过多的时间玩在线游戏,并且尽管有害的社会和情感后果,例如工作表现下降和学业失败,他们无法控制他们过度的游戏习惯 [7], [8], [9]在极端情况下,甚至是犯罪活动 [10]。 由于其日益普及,IAD和在线游戏成瘾引起了全世界学术界的科学关注 [5], [6], [7], [8], [9], [11], [12], [13], [14], [15], [16], [17], [18]。 不幸的是,由于缺乏对该疾病潜在机制的清楚认识,目前尚未对IAD进行标准化治疗 [12].

为了研究在线游戏成瘾的神经基础,已经进行了新兴的神经影像学研究,突出了在线游戏成瘾的个体的功能异常 [19]。 基于右侧眶额皮质(OFC)和其他区域的异常葡萄糖代谢 [20] 和纹状体中多巴胺D2受体的可用性水平 [21] 在网络游戏成瘾小组中,研究人员认为,在线游戏成瘾可能会分享类似的心理和神经生物学异常,伴有成瘾性疾病,无论是否有实质内容。 与此观点一致,Ko等人。 通过揭示在线游戏成瘾组中的游戏线索(例如OFC,前扣带皮层(ACC),背外侧前额叶皮质(DLPFC))的几个大脑区域的激活,确定了对在线游戏渴望的神经基质和parahippocampus [22], [23]。 功能成像研究已经发现了在线游戏成瘾的可能神经机制,然而,网络游戏成瘾对青春期晚期大脑皮质厚度的结构影响尚不清楚 [5], [24]。 尽管基于体素的形态测定法(VBM)揭示了ACC,DLPFC,OFC,岛叶和左舌回,辅助运动区(SMA)和在线游戏成瘾个体中的小脑的灰质缺陷。 [5], [24],这种方法特别容易受到配准,平滑程度和标准化模板选择的差异的影响 [25], [26]。 此外,据我们所知,到目前为止,很少有研究检查过皮质厚度异常及其与网络游戏成瘾青少年认知控制障碍的关系。

因此,皮质厚度测量方法,一种比VBM更合适的方法,用于研究在线游戏成瘾组皮质中细胞结构的完整性。 [27], [28]。 为了解释任何皮质厚度异常的相关性,通过皮质厚度发现和行为测量之间的相关性分析来检查这些发现的可能的行为影响。 之前的研究揭示了结构异常与在线游戏成瘾持续时间之间的显着相关性 [5]。 此外,研究人员使用颜色词Stroop任务检测了IAD青少年的认知控制能力受损 [29]。 因此,本研究中的行为评估是在线游戏成瘾的持续时间和颜色词Stroop任务执行。 神经影像学发现与已知在线游戏成瘾影响的明确行为指数的联系将进一步指出这些发现对成瘾的重要性。

方法和材料

2.1道德声明

所有研究程序均经华西医院人类研究小组委员会批准,并按照赫尔辛基宣言进行。 我们研究的所有参与者都给出了书面知情同意

2.2参与者

根据Beard和Wolf修改的网络成瘾青年诊断问卷(YDQ)标准 [17], [30],165新生和大二学生在八个月内接受了筛选。 二十名在线游戏成瘾的学生被筛选出来,18青少年在线游戏成瘾(12男性,平均年龄)=19.4±3.1年,教育13.4±2.5年)通过排除两名左撇子球员从事我们的研究。 只有没有精神障碍的个人或家族史的人参加了我们的进一步研究。 为了研究大脑结构是否有任何线性变化,通过回顾性诊断估计疾病的持续时间。 当他们最初沉迷于他们的主要在线游戏时,我们要求受试者回想起他们的生活方式,即魔兽世界(WOW),这是暴雪娱乐的大型多人在线角色扮演游戏(MMORPG)。 在玩在线游戏时,玩家需要在他们的虚拟世界中构建化身,并且大量玩家在虚拟游戏世界中彼此交互。 截至8月9.1,拥有12百万用户(2012百万高峰),WOW目前是全球订阅最多的MMORPG,并且持有用户最受欢迎的MMORPG的吉尼斯世界纪录(http://www.ign.com/articles/2012/10/04/mists-of-pandaria-pushes-warcraft-subs-over-10-million)。 为了保证他们患有网络成瘾,我们用Beard and Wolf修改的YDQ标准重新测试它们。 我们还通过电话与室友和同学交谈,确认了在线游戏成瘾者自我报告的可靠性。

18个年龄和性别匹配的健康对照(12男性,平均年龄=19.5±2.8年,教育13.3±2.0年)没有个人或家族史的精神疾病也参加了我们的研究。 根据以前的研究 [5], [22],我们选择了健康控制,他们每天在互联网上花费的时间少于2小时。 健康对照组也使用Beard and Wolf修改的YDQ标准进行测试,以确保他们没有遭受在线游戏成瘾。 筛选出来的所有被招募的参与者都是当地的右撇子中国人,并通过个人自我报告和爱丁堡对峙问卷进行评估。 两组的排除标准是1)神经障碍的存在,通过结构化临床访谈诊断和精神障碍统计手册,第四版(DSM-IV)评估; 2)尿液药物筛查中的酒精,尼古丁或药物滥用; 3)女性怀孕或月经期; 和4)根据临床评估和医疗记录评估的任何身体疾病,如脑肿瘤,肝炎或癫痫。 汉密尔顿焦虑量表(HAMA)和贝克抑郁量表(II)(BDI)用于评估前两周所有参与者的情绪状态。 更详细的人口统计信息在 表1.

表1  

具有在线游戏成瘾(年龄范围:17-22年)和对照组(年龄范围:17-21年)的青少年的受试者人口统计。

2.3行为数据收集

使用E-prime 2.0软件实现了颜色词Stroop任务设计(http://www.pstnet.com/eprime.cfm)根据以前的研究 [31]。 该任务采用了具有三个条件的块设计,即一致,不一致和休息。 三种颜色,红色,蓝色和绿色以三种颜色(红色,蓝色和绿色)显示为全等和不一致的刺激。 在休息期间,在屏幕的中央显示十字架,并且要求受试者将眼睛固定在该十字架上而不作出响应。 将所有事件编程为具有不同序列的全等和不一致块的两次运行。 通过用右手按下Serial Response Box™上的按钮,指示每个参与者尽可能快地响应显示的颜色。 索引,中指和无名指的按键分别对应红色,蓝色和绿色。 当他们处于平静的心态时,参与者在一个安静的房间里进行单独测试。 在初始练习之后,在MRI扫描之前两三天收集行为数据。

2.4 MRI数据采集

磁共振测量在位于中国四川成都华西医院华西MR研究中心的3-T扫描仪(Allegra; Siemens Medical System)上进行。 使用以下参数获得用于皮质厚度测量的高分辨率3D T1加权图像:TR=1900 ms; TE=2.26 ms; 翻转角度=90°; 面内矩阵分辨率=256×256; 片=176; 视野=256 mm×256 mm; 体素大小=1×1×1 mm。 由神经病学家筛查图像以获得病理学发现。

2.5成像数据分析

在进行皮质厚度分析之前,我们目测检查了后续管道的原始数据质量。 具有失真和伪像的图像被排除在外。 幸运的是,根据标准没有删除任何主题。 FreeSurfer 5.0(http://surfer.nmr.mgh.harvard.edu/用于从结构磁共振图像计算皮质厚度。 基于软脑膜中的等效顶点的位置与灰质 - 白质表面之间的差异来测量局部皮质厚度。 简而言之,脑白质从T1加权图像中分割,并估计灰白质界面。 灰白估计中的地形缺陷是固定的,然后将其用作可变形表面算法搜索软膜表面的起始点。 灰白色物质边界的表面被充气,并且在回旋深度和脑沟中的受试者之间的差异被标准化。 每个受试者的重建大脑变形并记录到平均球形表面。 为了获得皮质厚度差异图,使用具有10 mm的全宽半最大值的高斯平滑核在表面上平滑数据。 由于BDI得分在两组之间显着不同的事实,组间区域皮质厚度变化的比较通过协方差的顶点 - 顶点分析(ANCOVA)测试,包括BDI作为协变量。 要纠正多重比较, p 对映射进行阈值处理以产生0.05的预期错误发现率(FDR)。 定义了包括在线游戏成瘾组和对照组之间显示出显着不同的皮质厚度的顶点的聚类。 提取簇的平均厚度并用于计算%差异以指示效果的大小。 为了研究皮质厚度发现与在线游戏成瘾之间的关系,在本研究中引入了皮质厚度和行为评估之间的全脑相关性分析(即持续时间和Stroop任务响应误差)。 群集的峰值与行为信息显着相关(FDR, p<0.05)提取并用于计算相关系数。 在当前的研究中,我们专注于在线游戏成瘾者和对照组之间大脑皮层厚度明显不同的大脑区域。

成果

我们的结果表明,在我们的小样本调查中,在线游戏成瘾率约为12.1%。 根据他们对互联网使用的自我报告,在线游戏成瘾者每天花费10.2±2.6小时和在线游戏每周花费6.3±0.5天。 拥有在线游戏成瘾的青少年每天在互联网上花费的时间比控制更多,每周花费更多的时间(p<0.005)(表1).

3.1行为数据结果

两组均显示出显着的Stroop效应,其中反应时间在不一致期间比全等条件更长(在线游戏成瘾:677.26±75.37对比581.19±71.59和对照:638.32±65.87对比548.97±50.59; p<0.005)。 在不一致的情况下,在线游戏成瘾组犯下的错误要多于对照组(8.56±4.77 vs 4.56±2.93; p<0.05),尽管在不一致条件下减去一致条件下通过反应时间(RT)测得的响应延迟在两组之间没有显着差异(98.2±40.37 vs 91.92±45.87; p> 0.05)。

3.2成像数据结果

在控制了年龄,教育程度,性别,HAMA和BDI效应后,与健康对照相比,有几个地区的青少年皮质厚度显着减少,而健康对照组包括左侧OFC(-9%),岛叶皮质( -10%)和舌回(-10%),右侧中央回(-13%),内嗅皮层(-13%)和下顶叶皮层(-10%)(图1)。 此外,左前中央皮质(+ 14%),前躯(+ 13%),中额叶皮质(+ 10%)和下颞(+ 11%)和中颞皮质(+ 11%)的皮质厚度增加观察到在线游戏成瘾的青少年(图1).

图1  

与健康对照相比,青少年与在线游戏成瘾的皮质厚度差异。

左前中央皮层的皮质厚度(r= p=0.0001)和前身(r= p=0.0002)与在线游戏成瘾的青少年成瘾持续时间呈正相关(图2)。 只有左舌回(r= - 0.8102, p<0.0001)与在线游戏成瘾的持续时间显着负相关(图2)。 此外,左侧OFC的皮质厚度与在线游戏成瘾的青少年中不一致情况下的错误数量呈负相关(r)= - 0.5580, p=0.0161)(图3).

图2  

青春期后期网络游戏成瘾的皮质厚度与网络游戏成瘾持续时间的相关性分析结果。
图3  

网络游戏成瘾青少年皮质厚度与stroop任务表现的相关性分析结果。

讨论

IAD是一种新发现的病症,失去了对互联网使用的控制,并引起了全世界的关注 [7], [9], [12], [13], [14], [15], [17]。 根据中国青少年互联网协会(2月2,2010公布)的统计数据,中国城市青少年的IAD发病率约为14%和24百万(http://edu.qq.com/edunew/diaocha/2009wybg.htm)。 此外,IAD导致了现实社会生活的负面结果,成为中国青少年犯罪的主要来源 [8], [12], [13], [17]。 因此,应该更多地关注具有最流行的IAD亚型的青少年,即在线游戏成瘾。 许多功能成像研究已经检测到在线游戏成瘾的可能的神经机制,并表明它可能与有和没有物质的成瘾性疾病有相似的心理和神经生物学异常。 [20], [21], [22], [23]。 不幸的是,具有在线游戏成瘾的青少年的皮质厚度异常以及认知控制障碍和皮质地形差异之间的关联尚不清楚。 因此,本研究的目的是通过在线游戏成瘾来检测青春期后期的皮质厚度异常。 此外,选择颜色词Stroop任务表现作为行为评估来研究皮质厚度差异的功能含义。 希望我们的研究结果可用于开发新的成像生物标记物,以增强对在线游戏成瘾的理解,诊断和治疗。

人口统计信息显示,在线游戏成瘾者每天花费10.2±2.6小时和在线游戏每周花费6.3±0.5天数,这远远超过正常对照(表1)。 之前的研究表明,青少年的认知控制能力受到网络游戏成瘾的影响 [29], [32]。 为了验证在线游戏成瘾的青少年受损的认知控制能力,我们的研究中引入了颜色词Stroop测试。 与先前的调查结果一致 [29],在不一致的情况下,在线游戏成瘾者犯了比对照组更多的错误。 我们的研究结果表明,具有在线游戏成瘾的青少年通过颜色词Stroop测试显示出受损的认知控制能力。 成像结果表明,与执行功能相关的一些大脑区域显示在线游戏成瘾组的皮质厚度减少,如左侧OFC,岛叶皮层和内嗅皮层; 其他人表现出皮质厚度增加,如左前中回,前躯和中颞皮质(图1)。 此外,相关性分析表明,几个地区的皮质厚度与在线游戏成瘾的青少年成瘾持续时间显着相关(图2),左前中回,前躯和舌回。 此外,左侧OFC的皮质厚度减少与通过颜色词Stroop任务测量的受损认知控制能力相关(图3)。 这里的研究结果表明,在线游戏成瘾对这些大脑区域的皮层厚度有累积效应。 皮层厚度发现与行为评估之间的联系可以提高我们对在线游戏成瘾对青少年大脑的结构影响的理解。

在目前的研究中,我们检测到左侧OFC皮质厚度减少(图1)。 OFC高度参与奖励功能和决策制定 [33] 从先前的药物成瘾研究的结论可以看出 [34]。 该区域是前额叶皮层的重要组成部分,与生理学联系,与学习和奖励相关的关键皮质下节点,如基底外侧杏仁核和伏隔核(NAc)。 凭借这些联系,OFC具有独特的优势,可以使用关联信息投射到未来并使用感知或预期结果的价值,并最终指导决策 [33]。 来自OFC物质成瘾研究的其他证据表明OFC中的结构异常导致OFC中的损害与冲动控制和决策能力受损有关。 [33]。 类似于吸毒者决策能力的缺陷,具有在线游戏成瘾的青少年也表现出由决策中表现退化引起的行为,即不断强迫的互联网寻求行为,尽管他们意识到负面结果 [12], [13], [35]。 此外,在我们目前的研究中发现OFC的皮质厚度与颜色词Stroop测试期间的任务表现之间的显着相关性(图3)。 之前的成瘾研究揭示了可卡因成瘾受试者中OFC中Stroop干扰与相对葡萄糖代谢之间的关系 [36]。 这种大脑 - 行为关系表明OFC的异常结构与在线游戏成瘾的青少年中执行功能受损有关。 我们的研究结果为OFC在线游戏成瘾青少年的结构变化提供了更多证据。

我们还发现在线游戏成瘾的青少年脑岛皮质厚度减少,这与之前的VBM研究一致 [24]。 岛屿被强调为一个将内部感受状态整合到有意识的感觉和决策过程中的区域 [37] 岛屿的功能障碍可能导致决策异常 [38]。 最近,发现脑膜损伤包括脑岛的吸烟者比吸入脑损伤的吸烟者更容易中断吸烟成瘾 [39]。 以前的受试者的特点是立即戒烟的能力更强,没有复发和持续的吸烟欲望。 我们的研究结果表明,脑岛可能是在线游戏成瘾的关键神经基质。 此外,还观察到右下顶叶小叶,中央后回和内嗅皮质的皮质厚度较薄(图1)。 先前的研究表明,下顶叶小叶对抑制性控制很重要 [40],提示诱惑可卡因 [41] 和游戏的渴望 [22]。 对于中央后回,先前的一项研究还发现IAD患者中央后部区域同质性增加 [42]。 在人脑组织中,多巴胺受体D4(DRD4)在内嗅皮质中被发现 [43] 和DRD4受体变体与寻求新奇有关 [44]。 青少年表现出寻求新奇和冒险的行为,这可能与从最初的虐待到累进成瘾的进展有关 [1]。 与之前的VBM研究一致 [24],我们通过在线游戏成瘾检测到青少年语言回的皮质厚度减少。 之前的成瘾研究揭示了在药物线索相关信息处理过程中舌回的激活 [45], [46]。 在本研究中,我们为下顶叶小叶,右后中回和内嗅皮层的皮质厚度较薄提供了科学依据(图1)。 显然,需要更多的努力来确定这些大脑区域在在线游戏成瘾中的准确作用。

除了皮质厚度减少外,我们的研究还发现了左前叶皮质厚度的增加(图1),与视觉图像,注意力和记忆检索相关联 [47]。 之前的在线游戏成瘾研究揭示了游戏提示反应性的前体激活 [23]。 此外,激活与游戏冲动,渴望和在线游戏成瘾的严重性相关 [23]。 他们建议前体激活以处理游戏提示,整合检索到的记忆并有助于提示在线游戏提示 [23]。 此外,在目前的研究中观察到颞下皮质和中额叶皮质的皮质厚度增加(图1)。 下颞皮质 [41] 和中额叶皮质 [48] 一直致力于吸毒引起的渴望。 因此,我们认为在线游戏成瘾中前躯,颞下皮质和中额叶皮质的皮质厚度增加可能与游戏线索的渴望有关。

在当前的研究中也发现了前中央皮质和颞中皮质皮质厚度的增加(图1)。 以前的研究已经确定人类大脑有能力重塑自身以适应外部环境或内部环境的变化 [49], [50], [51], [52]。 具有在线游戏成瘾的青少年多年来在线游戏中花费了大量时间,在鼠标点击和键盘输入方面变得非常熟练和准确,以便在WOW游戏期间更好地与玩家进行交互。 鉴于前中央皮质主要参与计划和执行运动 [53], [54], [55], [56] 在以前的VBM研究中,训练引起的颞中皮质结构变化 [51], [57],我们建议这些区域的皮层厚度变化可能与获得更好的比赛技能从“新秀”升级为“高级球员”的过程相关联。 然而,具有在线游戏成瘾的青少年中较厚区域的具体作用需要通过采用更全面的设计在未来的研究中进一步研究。

我们的研究使用横截面设计,问题是这些差异是否是在线游戏成瘾的后果或先决条件。 虽然,与在线游戏成瘾结果的持续时间的相关性可能表明,本研究中大脑区域的皮质厚度变化是在线游戏成瘾的后果,这个问题只能通过调查经验诱导的时间特征来回答。可塑性在未来使用纵向设计而改变。 此外,需要更多的认知测量,如奖励,渴望和记忆相关的任务来解释本研究的结果。

结论

我们的成像结果显示,在线游戏成瘾的青少年左侧外侧OFC,岛叶皮质,舌回,右侧中央回,内嗅皮质和下顶叶皮层的皮质厚度减少; 然而,左前中央皮质,前躯,中额叶皮质,下颞叶和中颞皮质的皮质厚度增加。 相关分析表明,左上中央皮层,前躯体和舌回的皮质厚度与在线游戏成瘾的持续时间相关,OFC的皮质厚度与在线游戏成瘾的青少年颜色词Stroop任务中受损的任务表现相关。 目前研究的结果表明,这些区域的皮质厚度异常可能与在线游戏成瘾的潜在病理生理学有关。

资金声明

该研究得到了国家重点基础研究与发展计划(973)项目的支持,项目编号为2011CB707702和2012CB518501; 国家自然科学基金,批准号为30930112,30970774,60901064,30873462,81000640,81000641,81071217,81101036,81101108和31150110171; 中央科技大学基础研究基金和中国科学院知识创新项目,编号为KGCX2-YW-129。 资助者在研究设计,数据收集和分析,决定发表或准备手稿方面没有任何作用。

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