网络游戏障碍中低频波动幅度的频率依赖性变化(2015)

前心理学家。 2015; 6:1471。

在线发布2015 Sep 28。 DOI:  10.3389 / fpsyg.2015.01471

PMCID:PMC4585012

小林,1,2 Xize Jia,3,4 俞凤峰,3,4董广恒1,5,*

 

抽象

神经影像学研究表明,任务相关的功能性大脑活动在网络游戏障碍(IGD)受试者中受损。 然而,关于它们的自发大脑活动的变化知之甚少。 最近的研究表明,不同频率范围的大脑活动是由不同的神经活动产生的,具有不同的生理和心理功能。 因此,在本研究中,我们通过测量低频波动的分数幅度(fALFF)来探索IGD受试者的自发大脑活动,以研究静息状态fALFF的带特异性变化。 我们根据文献将频率范围细分为五个频段。

与健康对照相比,IGD组显示小脑后叶的fALFF值降低,颞上回的fALFF值增加。 在小脑,前扣带回,舌回,颞中回和中额回中发现频带和组之间的显着相互作用。 事实证明,这些大脑区域与执行功能和决策有关。 这些结果揭示了IGD的自发大脑活动的改变,这有助于理解IGD的潜在病理生理学。

关键词: 网络游戏障碍,静息状态功能磁共振成像,低频波动幅度

介绍

网络成瘾(IAD)被定义为个人无法控制互联网的过度使用,即使面对心理功能方面的负面影响(; ; ; )。 根据其对社会心理健康的负面影响,它被提议为“行为成瘾”()。 然而,关于IAD的机制知之甚少,并且尚未形成IAD的统一定义,并且诊断和统计手册4(DSM-4)不包括这种行为障碍()。 随着IAD的迅速普及,DSM-5基于物质使用障碍和成瘾的定义而开发用于网络游戏障碍(IGD)(; ; ; ).

由于互联网的多样化功能,有许多不同类型的IAD。 一般来说,IAD由三种子类型组成:IGD,互联网色情和电子邮件()。 考虑到成瘾的定义,所有这些类别的IAD都有四个明确的特征:过度使用,退出,容忍和负面影响(; ; )。 作为最常见的IAD形式(),IGD可能与其他行为成瘾有共同的特定神经心理特征,如病态赌博(; ; ; ; ).

许多成像研究已经使用不同的任务研究了IGD的特征(; , ; ; 但是,很难比较从不同实验范例中获得的数据,并从不同的认知任务中得出临床上有用的结论()。 休息状态的fMRI研究揭示了IGD中大脑激活的一些异常(从评论中找到更多描述) 。 IGD受试者具有较高的冲动性,这是吸毒成瘾的典型症状; 这种症状与扣带回的激活减少有关,其涉及认知控制()。 fMRI研究还显示脑干,下顶叶小叶,左后小脑和左中额叶回的区域同质性(ReHo)增强,这与感觉 - 运动协调有关,这可能与玩网络游戏的手指运动有关().

自Biswal研究以来,休息状态fMRI已被开发为一种新技术()。 他们首先报道了运动皮质中BOLD信号的高度同步自发低频(0.01-0.08 Hz)波动,得出低频波动幅度(ALFF)是神经生理学指标()。 在ALFF的基础上, 推广了另一种描述局部大脑活动的工具-低频波动的分数幅度(fALFF),它可以检测BOLD信号中自发性波动的区域强度(; )。 最近,fALFF广泛用于精神障碍患者的研究,如抑郁症(),精神分裂症(),注意力缺陷多动障碍(),IGD(), 等等。 目前尚不清楚IGD的大脑活动异常是否与特定频带有关。 重要的是检测特定频率的脑自发波动而不是宽频带。 大脑中存在许多不同的振荡,它们的频率范围从几十秒的非常缓慢的振荡到频率超过1000 Hz的非常快的振荡(). 提出了一个“振荡类”,其中包含从10延伸到0.02 Hz的600频段()。 和 研究了4个频段的fALFF,发现振荡与特定的神经过程有关(; )。 他们发现,低频率的振荡幅度(0.01-0.027 Hz)在皮质结构中最强,高频率在皮质下结构如基底神经节中最强。 研究表明,精神分裂症患者在慢4频段有特别的振荡振幅异常(). 同时也证明了遗忘型轻度认知障碍患者脑功能异常暴露出不同频段的不同激活模式。

在本研究中,我们收集了0-0.25频率的fALFF值,包括IGD中0-0.01 Hz,0.01-0.027 Hz,0.027-0.073 Hz,0.073-0.198 Hz和0.198-0.25 Hz的六个频段,根据Buzsáki的“振荡课程”。 我们试图比较不同条带中IGD和HC之间的fALFF值,并解决两个问题:首先,与健康对照相比,IGD受试者是否显示异常的fALFF振幅; 第二,IGD的异常是否与特定频带相关。

材料和方法

参与者选择

该实验符合世界医学会伦理规范(赫尔辛基宣言),并经浙江师范大学人类调查委员会批准。 通过广告[26 IGD,26健康对照(HC)]招募了52名大学生。 他们都是右撇子男性。 IGD和HC组的年龄没有显着差异(IGD: N = 26,22.2±3.13年; 慧聪网: N = 26,22.28±2.54年; t(50)= 0.1, p = 0.9)。 由于男性的IGD比例较高,因此仅包括男性。 参与者被要求签署知情同意书,所有参与者都进行了结构化精神病学访谈(MINI)(由经验丰富的精神科医生进行,给药时间约为15分钟。 所有参与者都没有列入MINI的Axis I精神疾病。 所有参与者都没有达到DSM-4药物滥用或依赖标准,包括酒精,尽管所有IGD和HC参与者都报告了他们一生中饮酒的情况。 指示所有参与者在扫描当天不使用任何物质,包括咖啡,茶。 没有参与者报告脑损伤或以前使用非法药物(例如可卡因,大麻)的经历。

根据Young的在线网络成瘾测试(50或更高分数)确定IGD的诊断()。 作为一种特殊的行为成瘾,IGD的操作定义和诊断标准仍然不一致。 在本研究中,IGD小组由符合IAD总体标准(在IAT中得分超过50)并报告“他们花费大部分在线时间在玩在线游戏上(> 80%)”的个人组成(; )。 IGD组的IAT评分(72±11.7)远高于健康对照组[29±10.4], t(50)= 14, p = 0.000]。

数据采集

在传统的定位器扫描之后,使用损坏的梯度调用序列获得T1加权图像[TR = 240 ms; 回波时间(TE)= 2.46 ms; 翻转角(FA)= 90°; 视场(FOV)= 220~220 mm2; data matrix = 256~256]。 然后,使用回波平面成像序列(TR = 2000 ms; TE = 30 ms; FA = 90°; FOV = 220~220 mm)获取静止状态功能图像。2; 数据矩阵= 64~64)在33 min的一次运行中具有3轴向切片(切片厚度= 1 mm和切片间隙= 210 mm,总体积= 7)。 要求受试者保持静止,不要在扫描过程中系统地考虑任何事情。 在数据采集结束时,所有受试者确认他们在整个扫描期间保持清醒。

数据预处理和fALFF计算

所有功能图像处理均使用数据处理助手进行静息状态fMRI [DPARSF()1]软件。 对于每个参与者,第一个10时间点被排除在进一步分析之外,这是为了避免在磁化达到稳定状态之前的瞬态信号变化并且允许受试者习惯于fMRI扫描环境。 剩余的200脑容量针对切片定时进行校正,并针对头部运动校正进行重新校准。 仅包括头部运动在x,y或z方向上小于1.5 mm且小于围绕每个轴的2旋转的参与者。 26 HC和26 IGD受试者在本研究中是有效的。 然后,对所有重新排列的图像进行空间标准化,然后重新采样为3 mm各向同性体素并进行空间平滑(半高全宽= 6 mm),并消除线性趋势。 在预处理之后,使用DPARSF计算fALFF。 简而言之,对于给定的体素,首先使用“快速傅里叶变换”将时间序列转换到频域。计算功率谱的平方根,然后在预定义的频率间隔上平均。 在预定频带的给定体素处,该平均平方根被称为fALFF()。 我们将整个频率范围(0-0.25 Hz)划分为五个子频段:慢速6(0-0.01 Hz),慢速5(0.01-0.027 Hz),慢速4(0.027-0.073 Hz),慢速 - 3(0.073-0.198 Hz)和慢2(0.198-0.25 Hz)(35,46,30),以及每个频带的计算fALFF。

统计分析

双向(组和频带)重复测量方差分析(ANOVA)在逐个体素的基础上进行,组(IGD和HC)作为主体间因子和频带(慢-2,慢 - 3,慢 - 4,慢 - 5,慢 - 6)作为重复测量。 我们还计算了基于ROI的相关性分析,跟踪了IGD严重性和fALFF值之间的显着主效应和相互作用,并且我们从特定波段中选择了fALFF值。

成果

双向重复测量ANOVA的主要影响显示在 数字 Figure11, Tables1122。 我们使用Alphasim校正进行成像数据的多重比较。 纠正了 p <0.05对应于未校正的组合 p <0.05且簇尺寸> 248毫米3)。 在fALFF值和IGD的严重性(IAT评分)之间进行基于ROI的相关性分析。 小脑与IGD严重程度呈显着负相关(慢 - 4: r = 0.487, p = 0.000; 慢5: r = 0.485, p = 0.000; 看到 数字 Figure2C2C)。 ROI的坐标由幸存群集的激活峰值定义。 ROI的半径为4 mm,由软件REST生成2.

图1  

(A) 组对低频波动幅度(ALFF)的主要影响。 在互联网游戏障碍(IGD)和健康对照之间,低频波动的分数幅度(fALFF)不同的脑区域。 IGD科目 ...
表1  

脑区主要影响组。
表2  

脑区与组和频率之间具有交互作用。
图2  

ALFF值在颞上回和小脑中。 红色和蓝色矩形分别代表IGD受试者和健康对照。 全频带(0-0.25 Hz)被分成五个频带。 它们显示在 (A,B) ...

在小脑,前扣带回,舌回,颞中回和额中回中观察到频带和组之间的显着相互作用。 额中回显示幅度值增加,颞中回显示IGD幅度值减小。 此外,基于ROI的分析显示了小脑和舌回的fALFF随频率适应的动态变化(见 数字 Figure33)。 在IGD中,小脑在较高频率领域(慢-2,慢-3,慢-4)中显示降低的振幅值,并且在较低频率领域中显示振幅值增加(慢-6,见 数字 Figure3A3A)。 相反,语言回在较高频率领域(慢2,慢3)显示增加的振幅值,在较低频率领域显示降低的振幅值(慢-6,见 数字 Figure3B3B)。 这两个区域在慢5频带共享一个转换点,用于改变幅度。

图3  

IGD中不同条带的小脑和舌回的逆向模式。 红色和蓝色矩形分别代表IGD受试者和健康对照。 全频带(0-0.25 Hz)被分成五个频带。 他们被展示了 ...

讨论

本研究利用不同频段的fALFF研究了IGD中异常的自发性大脑活动。 主要群体效应显示IGD在小脑颞上回时表现出较低的fALFF值,在小脑中表现出较高的fALFF值。 我们在整个频带(0-0.25 Hz)中呈现了BOLD波动幅度,并发现了IGD中小脑和舌回的频率域的反转模式。 这些发现提供了频域fALFF分析的全面视图,并强调了选择特定频率检测异常相关精神障碍的重要性。

IGD与HC之间皮质的不同fALFF(组的主要影响)

以前的文献认为慢2的信号反映了非常低的频率漂移,慢6反映了高频生理噪声(; )。 组的主要影响分析集中在IGD特定频带(慢4和慢5)的自发神经活动。 该组的主要作用显示,IGD在慢性4和慢性5小脑中显示较低的fALFF值。 在本研究中发现小脑中的fALFF值与IGD的严重程度之间呈负相关。 小脑通常被归类为运动结构,其功能不仅限于运动协调或平衡,它还在高级认知过程中起重要作用(; )。 来自解剖学,生理学和功能成像研究的证据已经证明,患有小脑损伤的人表现出认知执行功能和工作记忆的缺陷(; )。 它接收来自感觉系统和其他大脑区域的输入,并整合这些输入以调整运动活动(; ; )。 小脑在成瘾中的潜在作用已在最近的一篇论文中得到解决,该论文提出小脑是一个受成瘾影响的潜在监管中心()。 文献证明,IGD受试者与ReHo大于正常相关(; )和功能连接()在小脑上。 在本研究中,观察到小脑fALFF值与IGD严重程度之间呈负相关(见 数字 Figure2C2C),这也支持小脑中异常的自发神经元活动与IGD的不适当行为有关。

IGD中颞上回的fALFF值更高。 先前的研究表明,与HC相比,IGD显示颞区功能连接减少()。 我们之前的研究发现颞下回的ReHo减少,我们推断这可能是长时间游戏的结果()。 目前的研究结果与先前的研究部分不一致,因此我们提出了这样的假设:颞上回的fALFF增加可能反映出与IGD运动灵活性相关的更高水平的大脑活动,但该区域的功能还需要进一步研究。

IGD中频率相关的幅度变化

在小脑,前扣带回,舌回,颞中回和额中回中观察到组和频带之间的相互作用。

IGD中前额回的fALFF值较高

在本研究中,IGD参与者在不同波段的左中额叶回中显示出更高的fALFF值。 中间额回在协调不同系统中起着重要作用,例如学习和记忆,这与心理操作密切相关()。 在之前的一项研究中,我们得出结论,IGD受试者在感觉 - 运动协调相关脑区域中表现出增强的同步性() - 在线游戏需要玩家集成多个系统,包括感官系统,电机控制,电机坐标和信息处理系统()。 目前的调查结果也支持这一假设。 这个结果也与刘的研究一致(),发现患有IGD的受试者显示左中额叶回的ReHo值显着增加。 因此,我们得出结论,IGD参与者在左中额叶回中显示出更高的fALFF值,这可能与增强的感觉 - 运动协调能力相关。

IGD前扣带回的异常

我们发现在慢6时前扣带回的fALFF较低。 前扣带区域涉及抑制,控制和冲突监测(; )以前的IGD研究中提到过异常(; )。 如引言中所述,较低的fALFF值可能与降低的远程神经活动的协调能力有关。 该领域的研究支持这一假设:采用功能连接方法。 据报道,IAD中ACC和PFC之间的功能连接性降低。 已经提出ACC中的较低活性可以反映该区域中异常降低的自发神经元活动和功能缺陷。 其他与任务相关的研究证明,IGD始终伴有认知功能障碍,如认知功能缺陷(, )。 所以我们认为ACC的异常与IGD的认知功能障碍有关。

IGD中不同条带小脑和舌回的逆向模式

值得注意的是,IGD中自发神经活动的异常取决于特定的频带,尤其是小脑和舌回。 与HC相比,IGD显示在较低频带(慢4,慢5,慢6)中的振幅减小,并且在语言回的较高频带(慢2,慢3)中振幅增加。 相反,IGD显示较低频带(慢-6)的幅度增加,而小脑中较高频带(慢-2,慢-3,慢-4)的幅度减小(2A,B)。 已经发现不同的振荡带由不同的机制发展并具有不同的生理功能(; )。 正如先前的研究已经证明,较低的频率波动具有较高的幅度功率,较高的频率波动具有较低的幅度功率(; )。 目前的研究结果可能表明,IGD增加了小脑和舌回的远距离神经活动的协调能力。 这一假设可以通过以前的研究得到支持,该研究报道IGD受试者在双侧小脑中表现出增加的功能连接性(; ),另一项研究发现舌回的灰质密度不足可能与长距离神经活动有关().

结论

本研究中的发现表明,IGD受试者在许多大脑区域(包括小脑(IGD <HC)和颞上回(IGD> HC))显示出异常的fALFF。 本研究可以帮助理解IGD的病理生理,全频率振幅分析可能潜在地帮助选择特定的频率范围以检测IGD相关的大脑活动。

作者贡献

XL分析了数据,撰写了手稿的初稿; XJ为数据分析做出了贡献,Y-FZ为实验方法的指导做出了贡献,并对稿件进行了改进。 GD设计了这项研究,修订并改进了手稿。 所有作者都参与并批准了最终稿件。

利益冲突声明

作者声明,研究是在没有任何可被解释为潜在利益冲突的商业或金融关系的情况下进行的。

致谢

该研究得到了国家自然科学基金(31371023)的支持。 臧博士得到“钱江杰出教授”计划的支持。

 

资金。 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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