评论文章:网络成瘾的分子和功能成像(2015))

Biomed Res Int。 2015; 2015:378675。 Epub 2015 Mar 24。

朱..1, 张H.1, 田M1.

卷2015(2015),文章ID 378675,9页面

http://dx.doi.org/10.1155/2015/378675

朱云琪,1,2,3,4 Hong Zhang,1,2,3,4和Mei Tian1,2,3,4

1浙江大学医学院第二医院核医学科,浙江杭州解放路88 310009
2浙江大学医学PET中心,杭州310009,中国
浙江大学3核医学与分子影像研究所,杭州310009,中国
4Key浙江省医学分子影像实验室,杭州310009,中国

收到18 July 2014; 接受8十月2014

学术编辑:Ali Cahid Civelek

版权所有©2015 Yunqi Zhu et al。 这是一份根据知识共享署名许可分发的开放获取文章,允许在任何媒体中不受限制地使用,分发和复制,前提是原始作品被正确引用。

抽象

互联网的适应不良使用导致网络成瘾(IA),这与各种负面后果相关联。 分子和功能成像技术已越来越多地用于分析IA的神经生物学变化和神经化学相关性。 本综述总结了IA的神经生物学机制的分子和功能成像发现,重点是磁共振成像(MRI)和核成像模式,包括正电子发射断层扫描(PET)和单光子发射计算机断层扫描(SPECT)。 MRI研究表明,额叶皮层的结构变化与网络成瘾受试者的功能异常有关。 核成像结果表明IA与脑多巴胺能系统的功能障碍有关。 前额叶皮质(PFC)的多巴胺调节异常可能成为上瘾受试者在互联网过度使用时增强的动机价值和不受控制的行为的基础。 需要进一步调查以确定互联网成瘾大脑的具体变化,以及它们对行为和认知的影响。

1. 简介

对物质或活动的成瘾会严重影响人们的健康,有时会导致严重的社会问题[1-3]。 例如,互联网的适应不良使用可导致行为成瘾的发展,导致显着的临床损伤或痛苦[4]。 最近,关于网络成瘾(IA)的研究,特别是网络游戏障碍(IGD),在数量和质量上都有所增加[5,6]。 IA通常被定义为个人无法控制其互联网使用,导致明显的心理,社会和/或工作困难[7]。 IA与各种负面后果相关联,例如牺牲现实生活活动,缺乏关注,攻击性和敌意,压力,功能失调的应对,更差的学业成绩,低福利和高度孤独[5]。

虽然IA越来越受到科学界的关注,但目前还没有标准的诊断标准。 已经提出了几种诊断标准来量化IA。 最广泛使用的诊断标准是Young的诊断问卷[8-10]。 根据精神疾病诊断和统计手册(DSM-IV),Young最初制定了一份简短的八项调查问卷,评估了IA [8]。 在采用这些标准时,在过去6个月期间提出的八项标准中的五项或五项以上的参与者被归类为患有IA。 Young还创建了一个20项目问卷,称为网络成瘾测试[10]。 在20项目问卷中,每个项目都基于5点李克特量表,评估因使用互联网而导致的问题程度。 50上的分数表示偶尔或频繁的互联网相关问题,而80上的分数表明与IA相关的重要生活问题[10]。 互联网成瘾测试被证明是一种有效且可靠的仪器,可用于分类IA [11]。 还创建了其他诊断标准和筛查工具,并用于评估IA [12-16]。

作为IA的重要亚型,IGD越来越受到全世界的关注。 IGD已被纳入DSM-V的附录,其目标是鼓励进一步研究[4]。 DSM-V将IGD描述为“持续和经常使用互联网进行游戏,通常与其他玩家一起使用,导致在12月期间由五个或更多(标准)指示的临床显着损伤或困扰”[ 5。

在过去几年中,分子和功能成像技术已越来越多地用于研究IA的神经生物学机制。 分子成像是一个快速发展的领域,旨在通过诊断成像研究[17]提供疾病特异性分子信息。 术语分子成像可以广义地定义为细胞和分子水平的生物过程的体内表征和测量[18]。 为了预防和治疗IA,重要的是要清楚地了解其潜在的机制。 技术进步导致大量使用结构和功能性脑成像模式,例如,磁共振成像(MRI),正电子发射断层扫描(PET)和单光子发射计算机断层扫描(SPECT),以帮助诊断不同临床疾病以及IA的研究。 在这里,我们回顾最近的分子和功能成像研究,这些研究为IA的神经生物学机制提供了相当深入的见解,尤其侧重于MRI和PET成像方法。

2。 MRI发现

MRI是一种高度通用的成像模式,它使用磁铁和射频能量来观察身体的内部结构和软组织形态[19]。 MRI作为分子成像模式的主要优点是其高空间分辨率(微米),其允许同时提取生理和解剖学信息。 功能磁共振成像(fMRI)是一种非侵入性技术,可用于监测大脑中的代谢活动变化[20]。 已经证实,某个脑区域内神经元活动的增加导致该特定区域中氧合血流量的净增加[21]。 由于脱氧血红蛋白是顺磁性的,并且氧合血红蛋白是抗磁性的,因此血氧水平依赖性(BOLD)对比能够在不同背景和认知需求下检查区域脑功能。

2.1。 结构变化

使用MRI,一些研究表明,大脑结构变化与IA有关。 使用已被广泛用于评估抑制性控制的Stroop颜色词测试[22],一项研究报告称IGD青少年的认知控制能力受损[23]。 成像结果表明,与对照相比,与执行功能相关的大脑区域,例如左侧眶额皮质(OFC),岛叶皮质和内嗅皮质,显示IGD受试者的皮质厚度减少(图1)。 此外,作者还报道左侧OFC的皮质厚度减少与IGD青少年认知控制能力受损有关。 与此相一致,另一项研究还报道了网络成瘾青少年OFC的厚度减少[24]。 鉴于OFC与药物和行为成瘾[25,26]的病理学有关,作者认为IA与其他成瘾有相似的神经生物学机制。 除皮质厚度减少外,左前中央皮质,前躯体,中额叶皮质和下颞叶和中颞皮质[23] [图1]也观察到皮质厚度增加。 前躯与视觉图像,注意力和记忆检索有关[27]。 已显示下颞皮质和中额叶皮质参与由药物提示引起的渴望[28,29]。 因此,这些结果表明IGD中增加的皮质厚度区域可能与对游戏线索的渴望有关。

图1: 与健康对照相比,具有IGD的青少年的皮质厚度差异。 与健康对照相比,在具有IGD的青少年的几个区域中观察到皮质厚度增加,即左前中央皮质,前躯体,中额叶皮质和下颞叶和中颞皮质。 在患有IGD [23]的青少年中检测到左侧外侧OFC,岛叶皮质和舌回,以及右侧中央回,内嗅皮质和下顶叶皮质的皮质厚度减少。

基于体素的形态测量法是一种无偏倚的技术,用于表征结构磁共振图像中的局部脑容积和组织浓度差异[30,31]。 基于体素的形态测定法可用于识别各种神经疾病中的细微结构异常。 基于体素的形态测量研究表明,IGD青少年左前扣带皮层(ACC),左后扣带皮层(PCC),左岛叶和左侧舌回[32]的灰质密度较低。 使用相同的技术,在另一组网络成瘾青少年[33]的双侧背外侧PFC,辅助运动区,OFC,小脑和左侧延髓ACC中发现灰质体积减少。 此外,第三个基于体素的形态测量研究报告了右侧OFC,双侧岛叶和IGD右侧辅助运动区的灰质萎缩[34]。 这些研究中灰质萎缩的结果不一致,这可能是由于不同的数据处理方法。 PFC涉及规划复杂的认知行为,人格表达和决策,其由背外侧PFC,ACC和OFC [35]组成。 大量的成像研究揭示了PFC在成瘾中的作用[36]。 现在人们普遍认为OFC在脉冲控制和决策制定中起着关键作用[26,37]。 功能性脑成像研究显示,背外侧PFC和头端ACC参与认知控制[38,39]。 PFC中灰质体积减少可能与网络成瘾者的不受控行为有关,这可能解释了IA的基本症状。 岛屿被认为在成瘾中起着至关重要的作用[40]。 许多功能性成像研究提供了证据,证明脑岛对于明确的服用药物的动机是必需的,并且这种功能在药物滥用者中很常见[41,42]。 因此,这些结果与先前的研究结果一致,并验证了PFC和脑岛成瘾的必要作用。

扩散张量成像(DTI)是一种可以无创地跟踪脑白质纤维的方法。 发现水分子的扩散沿着白质纤维比垂直于它们要快得多。 这两个动作之间的差异是DTI [43,44]的基础。 DTI提供了获取,分析和量化白质扩散特性的框架。 除了灰质异常外,IGD还提出了白质异常。 使用DTI,一项研究评估了患有IGD [45]的个体的白质完整性。 相对于健康对照,在丘脑中报告了更高的分数各向异性并且在IGD中留下了PCC。 此外,丘脑中较高的分数各向异性与较严重的IGD相关。 其他研究也在其他大脑区域报告了白质异常。 例如,在一项研究中报告了增强和减少的分数各向异性,内囊左后肢的分数各向异性增强,右侧海马旁回的分数各向异性减少[33]。 在另一项研究中,在整个网络成瘾者的大脑中报告了显着较低的分数各向异性,包括PFC和ACC [46]。 然而,没有发现具有更高分数各向异性的区域。 另外一组患有IGD [34]的青少年也报告了类似的结果。 这些研究结果表明,IA疾病表现出广泛的白质异常,这可能与某些行为障碍有关。 应该注意的是,这些研究中脑区域的分数各向异性改变并不一致,这些研究中的不一致性需要进一步研究。

2.2。 功能异常

使用动脉自旋标记灌注fMRI,Feng等。 研究了IGD对青少年静息脑血流的影响[47]。 与对照组相比,IGD青少年左下颞叶/梭状回,左侧海马旁回,杏仁核,右内侧额叶/ ACC,左岛叶,右岛叶,右侧颞中回,右侧全脑血流明显增高中央前回,左侧辅助运动区,左侧扣带回和右下顶叶。 大多数这些领域都包含在Volkow等人提出的模型中。 其中成瘾在各种脑电路和功能之间的信息处理和整合中出现不平衡[48]。 在这些大脑区域中,杏仁核和海马体是参与学习和记忆的电路的一部分,与回应药物相关线索有关[49]。 众所周知,岛叶和PFC在成瘾中起着至关重要的作用[36,40]。 IGD青少年左侧颞中回,左中枕和右扣带回的脑血流量减少。 结果表明,IGD改变了青少年脑中的脑血流分布。 然而,尚不清楚这些脑血流改变是否主要反映神经损伤或二次改变以补偿这种损伤。

在患有IA的个体中也观察到功能连接性损伤。 最近的一项研究表明,与对照组相比,IGD受试者在双侧小脑后叶和颞中回的功能连接性增加[50]。 双侧下顶叶和右下颞叶表现出连通性降低。 另一项研究报道,患有IA的青少年功能连接减少主要涉及皮质 - 皮质下电路,双侧壳核是最广泛涉及的皮质下脑区[51]。 这些结果表明,IA与跨越分布式网络的功能连接的广泛且显着的减少相关联。

据报道,冲动与IA [52]有关。 通常使用停止信号或通过/不通过范例[53]来研究抑制计划的运动响应的能力。 最近的一项研究评估了IGD受试者的反应抑制和错误处理[54]。 所有受试者在fMRI下进行与事件相关的去/不去任务,并完成与IA和冲动相关的问卷调查。 IGD组在冲动性得分较高,并且在处理左侧OFC和双侧尾状核的反应抑制时表现出较高的脑激活,而不是对照组。 OFC与反应抑制有关[37,55]。 因此,这些结果支持额 - 纹状体网络涉及反应抑制的事实。 一项类似的研究使用事件相关的fMRI Stroop颜色词任务[56]检查了男性与IA的反应抑制的神经相关性。 与健康对照相比,IA组在ACC和PCC中表现出显着更大的“Stroop效应”相关活性。 ACC已被证明参与冲突监测和认知控制[57,58]。 在Stroop颜色词任务期间更大的ACC招募可能反映IA组中“认知效率”的降低。 PCC是默认模式网络的核心部分,并且涉及注意力过程[59]。 PCC中的更大激活可以指示默认模式网络的不完全脱离,导致无法优化IA组中的任务相关注意力资源。 这些结果表明,具有IA的个体表现出响应抑制过程的效率降低。

区域同质性是fMRI研究中广泛使用的方法,用于测量给定体素与其最近邻居的功能相干性,并且它可以用于基于空间相邻体素应具有相似时间模式的假设来评估静息状态大脑活动[ 60。 与健康对照组相比,IGD受试者显示下顶叶,左后小脑和左中额叶回的区域同质性显着增加,并且在颞叶,枕叶和顶叶脑区域的区域同质性降低[61]。 结果表明,长时间在线游戏可以增强感觉 - 运动协调相关脑区的大脑同步,降低视觉和听觉相关脑区的兴奋性。

一些研究调查了与提示引起的游戏冲动相关的大脑区域[62-65]。 参与者在接受fMRI时获得了游戏图片。 这些研究显示,与对照组相比,成瘾组的分布式脑区(例如,背外侧PFC,下顶叶,ACC,海马旁回,OFC和PCC)的信号活动增加。 激活的大脑区域与自我报告的游戏冲动正相关。 这些大脑区域的异常通过大量研究与成瘾有关,可能与IGD受试者的认知控制,渴望,目标导向行为和工作记忆功能障碍有关[66]。

一项有趣的研究比较了IGD受试者与IGD缓解的受试者以及线索引起的线索游戏中的对照[67]。 与对照组相比,IGD组中的游泳线索激活了双侧背外侧PFC,前躯,左侧海马旁回,PCC和右侧ACC。 这些激活的大脑区域代表对应于物质成瘾机制的脑回路[38,39,59]。 此外,与IGD组相比,缓解组显示右侧背外侧PFC和左侧海马旁回的活化减少。 因此,作者认为这两个领域将成为当前网络游戏成瘾的候选标记。

MRI还被用于评估特定药理学治疗对IA的治疗效果。 安非他酮是一种去甲肾上腺素/多巴胺再摄取抑制剂,已被用于治疗药物滥用的患者。 一项研究探讨了安非他酮的可能有效性,使用fMRI评估大脑活动以响应游戏线索[68]。 IGD显示左侧枕叶,左侧背侧PFC和左侧海马旁回的激活高于对照组。 经过6周安非他酮治疗后,对游戏的渴望和总时间降低了。 背外侧PFC中的线索诱导的大脑活动也减少,这表明安非他酮是有效的。 如前所述,缓解的IGD个体显示右侧背外侧PFC和左侧海马旁回[67]的激活减少。 因此,分子成像有可能帮助临床医生确定最适合个体患者的治疗方案,并监测他们的康复进展。

3。 核成像研究结果

核成像方法,包括SPECT和PET,具有高固有灵敏度,无限深度穿透和广泛的临床可用分子成像剂[70]的优点。 SPECT和PET通过量化葡萄糖消耗,脑灌注和氧消耗来提供对体内能量代谢的了解。 在神经科学研究中,这允许基于大脑的新陈代谢和功能[71]研究神经活动以及疾病过程。 PET具有提供比SPECT更高的空间分辨率的额外优点。 除了测量脑代谢外,PET和SPECT还可以通过使用特异性神经受体放射性示踪剂[72]对神经递质结合位点密度进行更具体的分析。
3.1。 脑代谢变化的PET成像

使用18F-氟 - 脱氧葡萄糖(18F-FDG)PET成像,一项研究调查了年轻IGD患者和正常使用者[73]静息状态下的脑葡萄糖代谢差异。 成像结果表明,与正常使用者相比,IGD在右侧中间OFC,左侧尾状核和右侧岛叶中的葡萄糖代谢增加,并且在双侧中央后回,左侧中央回和双侧枕骨区中代谢减少。 结果表明,IGD可能与OFC,纹状体和感觉区域的神经生物学异常有关,这些异常与冲动控制,奖励处理和先前经验的体细胞表征有关。

3.2。 神经受体异常的核成像

新出现的证据表明,多巴胺能系统参与了药物成瘾[74,75]。 由Koepp等人进行的一项试点研究。 使用11C标记的raclopride和PET扫描来研究视频游戏期间人类纹状体中内源性多巴胺的释放[76]。 放射性配体11C-雷氯必利与多巴胺D2受体的结合对内源性多巴胺的水平敏感,其可以被检测为放射性配体的结合潜力的变化。 作者报道,与基线结合水平相比,在视频游戏期间11C-雷氯必利与纹状体中多巴胺受体的结合显着降低,这表明多巴胺的释放和结合增加至其受体。 此外,他们表明,任务期间的表现水平与纹状体中11C- raclopride结合潜力降低之间存在显着相关性。 IA [77]患者报告了类似的结果。 与对照相比,具有IA的个体在纹状体中具有降低的多巴胺D2受体可用性。 此外,多巴胺受体可用性与IA严重程度呈负相关。 这些发现是对Han等人的支持。 谁在一组过度的网络游戏玩家[78]中调查了多巴胺能系统的遗传多态性。 他们报道,与年龄匹配的对照相比,编码多巴胺D2受体和多巴胺降解酶的基因中遗传多态性增加的个体更容易受到过度的网络游戏的影响。

多巴胺转运蛋白是一种质膜蛋白,可以将释放的多巴胺从细胞外空间转移到突触前神经元[79]。 先前已经报道了慢性物质给药后纹状体中多巴胺转运蛋白浓度的改变[80,81]。 使用SPECT与放射性示踪剂99mTc-TRODAT-1,我们小组研究了IA受试者的纹状体多巴胺转运蛋白密度,以确定潜在的突触前异常[82]。 我们发现,与对照组相比,IA患者的多巴胺转运蛋白表达水平显着降低,纹状体的体积,重量和99mTc-TRODAT-1摄取比率大大降低。 总之,这些结果表明IA与脑多巴胺能系统的功能障碍有关。

在一项更深入的研究中,我们小组在静息和网络游戏任务的两种状态下使用PET与2C-N-甲基螺哌隆(11C-NMSP)和11F-FDG在同一个体中研究多巴胺D18受体和葡萄糖代谢[ 69。 在IGD受试者的前额叶,颞叶和边缘系统中观察到葡萄糖代谢的显着降低。 在静息状态下,与正常对照相比,在IGD受试者的右下颞回中发现低水平的11C-NMSP结合(图2(a))。 在互联网游戏任务之后,与对照相比,IGD受试者中纹状体中11C-NMSP结合潜力显着降低,表明多巴胺D2受体水平降低(图2(b))。 多巴胺D2受体的失调与多年的因特网过度使用相关(图2(d))。 重要的是,在IGD受试者中,纹状体中低水平的多巴胺D2受体与OFC中降低的葡萄糖代谢相关。 这些结果表明多巴胺D2受体介导的OFC失调可能是IGD受试者失去控制和强迫行为的机制的基础。

图2: 11C-NMSP PET成像多巴胺D2受体在IGD受试者中的可用性。 (a)在静息状态下,与对照(黄色)(未校正的)相比,在IGD受试者的右下颞回中发现低水平的11C-NMSP结合。 (b)在游戏任务状态中,在IGD组中,壳核中的11C-NMSP结合显着低于对照组,尤其是在右侧(黄色)(未校正的)。 (c)右侧(,)和左侧壳核11C-NMSP结合电位(,)与IGD受试者中的年轻评分呈负相关。 (d)左侧OFC与11C-NMSP结合的小脑比率与因特网过度使用的持续时间呈负相关(,)[69]。

从这些结果看,IA似乎与药物成瘾有相似的神经生物学机制。 然而,有证据表明不同药物成瘾的神经生物学机制存在实质性差异[83]。 在一篇透视文章中,Badiani等人。 提供证据证明阿片成瘾和精神兴奋剂成瘾在行为上和神经生物学上是不同的,这些差异也可能适用于其他成瘾[83]。 因此,了解IA的神经生物学机制对于开发特定和有效的治疗方法至关重要。

4。 结论和未来前景

新出现的证据表明,与IA相关的大脑结构和活动的变化与参与奖励,动机和记忆以及认知控制的大脑区域相关。 分子和功能成像技术已越来越多地应用于IA研究,为我们对神经生物学机制的理解做出了重要贡献。 大多数先前的文献仅在静息状态下研究了IA个体,在OFC,背外侧PFC,ACC和PCC中验证了结构和功能异常。 这些区域可能在突出归因,抑制控制和决策制定中发挥关键作用。 到目前为止,只有一项使用11C-NMSP和18F-FDG的PET研究在相同的个体(无论是否有IGD)的静息和互联网游戏任务状态下进行,并发现多巴胺D2受体介导的OFC失调可能是一个基础。 IGD受试者失控和强迫行为的机制。

由于IA已成为全世界的严重问题,因此对有效治疗的需求变得越来越迫切。 心理和药物治疗方法都已应用于治疗IA。 已经证明几种药物在治疗IA方面具有前景,例如抗抑郁药,抗精神病药和阿片受体拮抗剂[84]。 认知行为疗法已被用于治疗药物滥用[85]。 由于IA似乎与药物滥用具有相似的机制,因此认证行为疗法也被证实可有效治疗IA [86]。 使用各种特定放射性示踪剂靶向受IA影响的其他神经递质系统的进一步研究将提供IA的基础神经生物学机制的更完整图像。 此外,特定放射性示踪剂可用于评估特定药物治疗的治疗效果,例如,使用11C-卡芬太尼来研究μ阿片受体的可用性并预测阿片受体拮抗剂的治疗结果,并帮助临床医生确定最适合个体患者的治疗方案。

利益冲突

作者声明在本文的发表中没有利益冲突。

致谢

这项工作部分由中国国家重点基础研究计划(2013CB329506),国家自然科学基金委员会(NSN)(81271601)和中国科学技术部(2011CB504400)资助。

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