不良环境与青少年精神状态、成熟和脑行为之间的关系
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文章简介：本文在2019年发表于JAMA Psychiatry，来自宾夕法尼亚大学的研究者分析了9498名青少年数据。较低的社会经济地位和创伤压力事件的经历来自于环境, 二者与大脑和行为有共同和独特的联系, 并且两者都与加速成熟有关，本研究主要回答了这两种环境因素与儿童和青少年精神病理学、神经认知以及大脑之间的关系。
研究背景
低社会经济地位 (low socioeconomic status，L-SES) 和创伤性压力事件 (traumatic stressful events，TSEs) 是环境因素, 这些因素与行为缺陷、大脑发育异常和加速成熟有关。然而, 关于这些环境因素带来的影响的研究不足。研究者希望回答的问题是：不利的环境（包括低社会经济地位、创伤性压力事件）与青少年的神经病理学、神经认知以及大脑发育有怎样的关系。
为了理解生活压力如何使大脑结构和功能发育偏离正常轨迹，以至于加快成熟以及导致认知损伤，需要在一个发展的环境中得到所有相关的因素。Philadelphia Neurodevelopmental Cohort提供了关于环境、神经病理学以及多模态神经影像的数据。本研究检验了如下假设：低社会经济地位以及创伤性压力事件于加重的神经病理学指标、认知神经损伤、异常的大脑结构和功能、更早的青春期以及更成熟的大脑有关。
研究方法
Philadelphia Neurodevelopmental Cohort包含被试9498名，从8岁到21岁，包含丰富的种族和经济背景。
1 临床测量
精神病学：基于学龄儿童的情感紊乱和精神分裂症（GOASSESS）结构访谈，评估主要精神病理学领域的临床症状的终身病史。对被试进行多维度和多分类的评估，并具有与痛苦（distress）相关的显著症状并影响功能：在焦虑/痛苦、恐惧、精神病和外化行为的特定维度中获得高分。
青春期发育阶段：根据谭纳标准（Tanner stage）自我报告，一共有5个阶段的性别特征。
2 环境风险参数
SES：通过被试的地址，根据人口普查地理编码变量得到社会经济地位，包括与种族和父母教育程度相关的邻里特征。
TSE：在GOASSESS中评估，对以下经历进行累计：自然灾难或重大事故；目击某人被害、遭到毒打或死亡；看到尸体；经历攻击，包括被攻击或毒打、武器威胁或性侵害。对经历次数做累计，范围在0-8之间。
3 认知神经评估
测量执行功能（executive function）、情景记忆（episodic memory）、复杂认知（complex cognition）以及社会认知（social cognition）的准确率和反应时，并转化为z分数。
4 神经影像
脑结构测量包括大脑体积（brain volume）、灰质密度（gray matter density，GMD）、白质和灰质区域的平均扩散率（mean diffusivity）、白质纤维的各向异性（FA）。
脑功能测量包括皮层血流量（cerebral blood flow，CBF）、静息态区域同质性（regional homogeneity，ReHo）、低频振荡（low-frequency fluctuations ，ALFF）。
统计分析
三个独立变量：（1）临床因子分数：情绪/焦虑、恐惧，外化行为、精神病谱系；（2）认知神经因子分数：执行功能、情景记忆、复杂认知和社会认知；（3）神经成像值：白质、小脑、基底核/纹状体、边缘系统、额叶、顶叶、颞叶、枕叶、白质纤维的FA。这些区域的体积、灰质密度GMD、平均扩散率、FA、皮层血流量CBF、ReHo、ALFF。将每一个变量放入混合重复测量分析模型中，并且连续的SES和TSE作为主要的感兴趣风险因子。此外，年龄、性别和种族作为固定因子；模态内（上述三个独立变量）值作为被试内因子。显著的交互作用：低社会经济地位与其余样本进行比较，存在至少2项创伤性压力事件于一件或没有发生的样本比较。
通过对数回归分析到达第5阶段的比例（青春期测量），测量SES和TES是否与加速大脑成熟有关，对良好样本（不存在TES且不是低SES）所有大脑参数使用随机森林回归算法测量成年期（二分类年龄：8-17岁vs18岁）。最后将该模型应用于所有的样本，完成年龄分类（成年vs非成年）。然后使用年龄、性别、种族、TSE和SES（所有two-way交互作用）将这些值（成年大脑与非成年大脑）放入逻辑回归。显著的年龄×低SES或年龄×TSE交互作用（在适当的方向上）将表明TSE或低SES组中过早的脑老化。
研究结果
环境与临床测量以及认知的关系
A 社会经济地位与临床症状之间的关系（左）
A 创伤性压力事件与临床症状之间的关系（右）
B 不同社会经济地位，不同性别随着年龄变化青春期占比（左）
B 不同创伤性压力事件经历下，不同性别随着年龄变化青春期占比（右）
C 社会经济地位与认知的关系（左）
C 不同创伤压力经历与认知的关系（右）
环境与影像参数的关系
A 社会经济地位与创伤性事件经历对大脑参数的影响，从上之下分别是大脑体积（volume）、灰质密度（GMD）、平均扩散率（MD）、皮层血流量（CBF）、ReHo、ALFF。
B 基于MRI，不同组间各个大脑参数差异的效应量，最左侧为低社会经济地位vs良好社会经济地位，中间为1次创伤经历vs0次，最右侧为2次及以上创伤经历vs0次。
环境与大脑成熟程度的关系
相较于实际年龄估计的大脑年龄（A为社会经济地位的影响，B为创伤性经历影响）
总结与讨论
该研究建立了不良社会经济地位（SES）和创伤压力事件（TSE）与精神症状严重程度、青春期、认知、大脑结构和功能参数的关联。不良SES和TSE与症状严重程度的中度到中度差异相关，TSE显示出较大的效应量，尤其是在女性当中。两者都与更早的青春期和复杂认知中的认知缺陷有关。然而，低SES的青少年在执行功能和社会认知上表现出额外的缺陷，而TSE则与更好的记忆有关。两者在某些方面都显示出对区域大脑参数具有相似的影响：体积减少、皮层血流量减少和ReHo降低；但也有一些独特的影响：特别是低SES与低灰质密度有关，TSE与较高的灰质密度有关。多变量脑年龄测量显示与低SES和TSE与加速的神经发育有关。这些关联之间的关系以及它们如何结合进化适应性地加快成熟仍有待阐明。这些发现似乎强调了识别和预防与神经发育相关的不利环境条件的必要性。
参考文献
Gur, R. E., Moore, T. M., Rosen, A. F. G., Barzilay, R., Roalf, D. R., Calkins, M. E., … Gur, R. C. (2019). Burden of Environmental Adversity Associated With Psychopathology, Maturation, and Brain Behavior Parameters in Youths. JAMA Psychiatry. doi:10.1001/jamapsychiatry.2019.0943
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