深度解析| 社会经济地位影响大脑功能网络连接和解剖学变化

来到这个社会上，大家都想要出人头地，升职加薪，走上人生巅峰。但是很遗憾可能不是所有人都会如此理想的实现自己的宏愿，有人事业有成也有人落魄潦倒。那么，这种人与人之间社会经济地位的差异对我们的大脑会产生什么样的影响呢？来自Center for Vital Longevity, University of Texas at Dallas 的学者尝试给出了一些答案。

图源：buffer.com

人类作为社会性动物，无时无刻不身处于社会环境中。这种社会环境的不同对我们大脑发展和成熟也都有相应不同的影响。在这些因素中，社会经济地位由于其代表了一个人生活的物质条件和社会地位，而被认为是会影响大脑发育的重要指标。

先前研究中的社会经济地位与大脑发育研究主要集中在人类早期 (儿童期)和晚期 (老年期)，但是很少从一个更广泛的年龄段去探讨这个问题，特别是针对中年人群的研究。

在本文中，研究者发现社会经济地位 (主要反应为教育背景和职业社会经济地位) 对大脑的功能连接网络和全脑皮质结构的年龄差异直接相关。在中年这个年龄区间内 (35-64岁)，更低的社会经济地位与静息态系统segregation (一种测量有效功能网络连接的方法)的减少息息相关；社会经济地位和大脑的解剖学机构也有类似的相关：更低的社会经济地位与大脑皮层灰质厚度的减弱相关。

这种趋势在更年轻的人群或更老的人群中则不明显。并且，这种趋势在控制了相关的身体心理健康情况、认知能力和人口学信息后仍然明显。这种社会经济地位和脑功能网络组织无法被童年时的社会经济地位所反应和解释。

本研究结果提示了在中年人这个人群中社会经济地位和脑功能网络组织和解剖学组织的发展有显著相关，且高社会地位对于中年人的年龄增加造成的大脑衰退有保护作用。

有关社会经济地位和大脑发展的研究中，曾有学者发现低社会经济地位对儿童和青少年的大脑神经发展有显著的负面作用。实验发现，那些低社会经济地位的儿童和青少年大脑体积会更小，且脑功能也会有所改变(Farah, 2017; Hackman, Farah, & Meaney, 2010; Hedman, van Haren, Schnack, Kahn, & Hulshoff Pol, 2012; Noble, Houston, Kan, & Sowell, 2012; Raizada, Richards, Meltzoff, & Kuhl, 2008)。

在老年人的研究中也有相似结果，社会经济地位与老年人的脑结构变化和痴呆情况相关(Yaffe et al., 2013)。针对这些针对青少年和老人的研究，我们可以发现他们的大脑是非常容易被社会经济地位所影响的。但是，社会经济地位的影响应该是一个非常持续的过程，中间的社会经济地位变化也有可能给大脑的功能和结构造成或多或少的影响。

先前的研究中针对年轻的成人和中年的成人进行了大脑测量（功能激活和区域脑解剖学成像），但是几乎没有研究对于社会经济地位对于不同年龄段的大脑影响进行报告。为了去更深层次的去理解社会经济地位对于大脑的影响，各种关于人的社会信息，如教育程度、收入、生活的环境等各种变量都应当被考虑到。在本研究中，研究者就尝试去将这些社会经济地位相关的信息和大脑的功能和结构进行相关性研究。

其中，在测量大脑功能这个方面，为减少任务可能带来的干扰，研究者主要围绕静息态的功能相关而非功能态进行了研究。在脑网络的静息态功能相关分析中，整个大脑的功能连接都可以被划分为许多我们已经熟知的功能模块，比如视觉系统、默认网络和额叶-顶叶控制系统等。这些分区的网络连接能够反应一个人的大脑网络的组织特性以及功能模式。

之前的研究中有结论称静息态功能相关系统中的大脑神经元的系统分化能力（system segregation）会随着年龄的增加而减少，也有研究表明这种segregation的减弱会导致认知能力的下降，同时，认知训练可以增加大脑的system segregation能力 (Chan, Park, Savalia, Petersen, & Wig, 2014; Gallen et al., 2016)。

这些实验都表明system segregation是可以作为一个有效的测量大脑功能的指标，来反映大脑的功能水平（见Key figure 进一步解释 (Wig, 2017)）。

除此之外，研究者在本篇研究中还收集了被试的大脑皮质的灰质厚度，以及皮质厚度。在大量先前研究表明，成年期大脑的皮质中灰质厚度和静息态功能相关的segregation程度有系统性不同的基础上，本研究更深层次的去探讨一个问题：人类的社会环境是否与这种成年期的大脑发展的进程相关？是怎么产生相关的？针对这个问题，研究者也提出了假设：社会经济地位可能是调节这种年龄相关差异的功能连接和成年人大脑变化发展的因素。

Key Figure. System Segregation，是一个测量指标，这个指标被定义为，这个大脑系统子系统内部和各个子系统间的关系如何。如果segregation过高，则会导致子系统之间的独立，失去和其他系统的交流；但是如果segregation过低，则会导致子系统独立的功能性消失。Picture from Wig, 2017

Figure 1. 图a指的是大脑的功能网络组织，利用静息态网络分析得到的结果；图b为静息态时间序列中的节点（nodes）的系统间和系统内关系的相关；图c为大脑灰质厚度的测量；图d为皮质厚度的测量。

实验过程

实验被试全部招募从Dallas-Fort Worth 区域。实验通过University of Texas at Dallas 和 UT Southwestern Medical Center的伦理学审核。这个实验包括被试完成完整的大脑解剖学和静息态的fMRI 的扫描，以及人口学数据的报告。

在实验中，过度肥胖、5年中曾有过失去意识、接受化学治疗、患有精神疾病、有过电疗、酒精依赖、脑手术等的被试都被排除在外。脑成像数据种为保证质量，剧烈头动和数据质量差的被试数据都被排除。最终，304名被试被纳入到了最终的实验。

根据不同的年龄阶段，被试被分为4个组，去探究不同的脑功能网络的不同，同时围绕着社会经济地位和年龄的交互来进行统计分析。四个组的年龄分层为：年轻组20-34岁；中年组35-49岁；中老年组50-64岁；老年组65-89岁。 

在实验设计上，本实验包含认知和神经心理学的测量，MRI扫描和人口学以及社会心理学问卷。所有被试都扫描了结构相MRI和静息态fMRI. 在进行脑网络计算时，被试大脑中的节点和边、年龄相关的功能脑系统、功能网络系统性segregation得分和皮质层厚度都分别进行了计算和采集。

行为数据方面，社会经济地位指数根据被试教育和职业的年份时长指数来进行了计算，利用主成分分析提取职业和受教育年龄中的主要因子作为代表；其次，在职业信息方面，作者针对被试的薪水、教育程度等进行了加权计算后，得出了每一个被试的职业信息社会经济指数；最后，作者还通过家长的受教育程度对被试在童年期的社会经济状态进行了量化。

实验结果分为以下的几个部分

社会经济地位对于年龄相关的大脑的功能网络组织有调节作用。

研究人员在研究中发现在大脑系统网络分化（system segregation）中社会经济地位和年龄有显著的交互作用。其中，仅仅在35到64这个年龄段中，更高经济地位的被试的大脑有更强的system segregation能力。此外，相比更低的社会经济地位的被试，高社会经济地位和大脑的system segregation能力在中年前期有更显著的相关关系。

此外，对比高经济地位的中年后期人群和低经济地位的中年前期人群的大脑system segregation指数，可以发现低社会经济地位的被试的大脑会更早的受到年龄增加的影响（见Figure2.A）。

Figure 2. A: 纵轴为大脑system segregation功能；横轴为不同年龄组；B：纵轴为皮质厚度均数；横轴为不同年龄组。

社会经济地位对不同年龄阶段的大脑解剖学发展有不同的调节作用。

同样的，和system segregation类似，高社会经济地位和更厚的大脑皮层平均厚度相关，在中年人中，更高社会经济地位也和更厚的大脑灰质厚度更相关。在低社会经济地位的年轻中年人和高社会经济地位的年长中年人的大脑皮质平均厚度的测量中，研究者也发现了和system segregation类似的趋势（见Figure 2. B）。

社会经济地位和年龄的交互作用在控制了被试的人口学、健康和认知能力变量后依然非常显著。

鉴于生活中各种因素都有可能和社会经济地位和年龄有广泛的相关，去鉴别是否某些因素会对我们的大脑网络和解剖学变化产生重要作用就变得尤为重要。在本研究中，研究者控制了诸多要素去尽可能地减少个体差异对于结果的解释和影响，例如人口学信息、身体健康水平、心理健康水平和认知能力。结果发现，在控制了诸如性别、人种、BMI、吸烟饮酒、抑郁症状、记忆和流体智力等因素后，结果依然保持一致。

个人童年期的社会经济地位无法解释成年后的脑网络组织差异。

童年期的社会经济地位对大脑发育的成熟以及功能都有重要影响，所以很有可能我们目前观察到的社会经济地位所造成的大脑差异来自于童年期的社会经济地位。为了排除这个差异，研究者取了样本中的168人分析了童年期父母教育程度，父母受教育程度越高就代表童年期社会经济地位越高。结果表明去除这种童年期影响并不会先前的结果，社会经济地位和年龄依然在system segregation的表现中有交互作用；不过，在控制了童年期影响后，这种年龄和社会经济地位的交互作用在大脑皮质层厚度中的结果则不再显著。

与此同时，研究者也发现在任何大脑的测量结果中，童年期社会经济地位、成年期社会经济地位和年龄都不存在交互作用。基于此结果，研究者假设可能是童年期社会经济地位可能对大脑以及成年期的社会经济地位都存在一个持续性的影响，这个影响和年龄这个变量有较高的共线性，因而影响了观察到的结果。

讨论和结论

在讨论部分，研究者依旧针对以下几个关键结论进行了讨论，

1）成年时期的社会经济地位和大脑的功能和解剖学结构都息息相关

2）社会经济地位的不同会影响人在中年时期大脑的年龄相关的变化

3）在社会经济地位-脑发展这个关系中，可能存在潜在的变量（社会环境、压力、健康问题等）

总而言之，本文系统的梳理了一下社会经济地位对大脑功能性和结构性的影响。相比高社会经济地位的被试，低社会经济地位这个因素会让成年人更早的在大脑功能和结构中受到年龄的影响。本文也提供了从不同的角度验证了人在中年时，环境对于人的大脑发展的影响，对于未来大脑健康和大脑保护的相关研究提供了新的依据和思路。

参考资料：

1.Chan, M. Y., Park, D. C., Savalia, N. K., Petersen, S. E., & Wig, G. S. (2014). Decreased segregation of brain systems across the healthy adult lifespan. COGNITIVE SCIENCES, 10.

2.Farah, M. J. (2017). The Neuroscience of Socioeconomic Status: Correlates, Causes, and Consequences. Neuron, 96, 56–71.

3.Gallen, C. L., Baniqued, P. L., Chapman, S. B., Aslan, S., Keebler, M., Didehbani, N., & D’Esposito, M. (2016). Modular Brain Network Organization Predicts Response to Cognitive Training in Older Adults. PLOS ONE, 11, e0169015.

4.Hackman, D. A., Farah, M. J., & Meaney, M. J. (2010). Socioeconomic status and the brain: Mechanistic insights from human and animal research. Nature Reviews Neuroscience, 11, 651–659.

5.Hedman, A. M., van Haren, N. E. M., Schnack, H. G., Kahn, R. S., & Hulshoff Pol, H. E. (2012). Human brain changes across the life span: A review of 56 longitudinal magnetic resonance imaging studies. Human Brain Mapping, 33, 1987–2002.

6.Noble, K. G., Houston, S. M., Kan, E., & Sowell, E. R. (2012). Neural correlates of socioeconomic status in the developing human brain: Neural correlates of socioeconomic status. Developmental Science, 15, 516–527.

7.Raizada, R. D. S., Richards, T. L., Meltzoff, A., & Kuhl, P. K. (2008). Socioeconomic status predicts hemispheric specialisation of the left inferior frontal gyrus in young children. NeuroImage, 40, 1392–1401.

8.Wig, G. S. (2017). Segregated Systems of Human Brain Networks. Trends in Cognitive Sciences, 21, 981–996.

9.Yaffe, K., Falvey, C., Harris, T. B., Newman, A., Satterfield, S., Koster, A., … for the Health ABC Study. (2013). Effect of socioeconomic disparities on incidence of dementia among biracial older adults: Prospective study. BMJ, 347, f7051–f7051.

作者信息

 

作者：Wayne（brainnews创作团队）

校审：Simon（brainnews编辑部）

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