Cereb Cortex︱模式僵化，腹内侧前额叶皮层的时间动态性对反刍与抑郁的作用
责编︱王思珍
制版︱查佳雪
反刍思维（rumination）是一种僵化、重复、过度地关注消极自我相关信息的认知方式，作为一种非适应性的情绪调节策略已被研究者们认为是导致抑郁症状产生和加重的重要风险因素之一。反刍思维的发生机制目前仍不清楚。研究者们普遍认为反刍思维与默认模式网络（default mode network，DMN）的活动异常有关，并且DMN及其关键节点也常常涉及到有关抑郁的研究当中。以往研究就从功能连接的角度对DMN的活动进行了考察，发现与抑郁关联的DMN的内部与外部功能连接模式均存在异常[1]。进一步地，近年来研究者们认为从不同角度来考察DMN的活动特征是必要的，强调大脑功能不仅会受到区域间功能连接模式的影响，而且受到区域内神经活动模式的作用[2]。因为内在神经活动的空间特征和时间动态模式提供了网络完整性的补充信息，这些关于DMN活动模式的信息对于人们理解反刍思维与抑郁的内在机制具有重要作用。然而，关于反刍思维的研究目前仍缺少对DMN区域内神经活动模式的系统探究，这不利于研究者深入理解DMN的功能对反刍与抑郁的作用。因此，考察DMN的空间与时间活动模式可以帮助研究者明晰反刍思维与抑郁之间的内在联系，明确反刍思维的发生机制，对未来改善抑郁人群的认知方式的具有重要的科学价值与实践意义。
为解决上述问题，四川师范大学、西南大学、美国新泽西理工学院、中国科学院心理研究所、曲阜师范大学的研究人员合作于2022年4月25日在Cerebral Cortex杂志在线发表了题为“Temporal dynamic patterns of the ventromedial prefrontal cortex underlie the association between rumination and depression”的研究论文。结果发现反刍思维与DMN的时间动态性有关，并且不同DMN子区域的时间动态性对反刍的敏感性存在差异。其中，腹内侧前额叶皮层的贡献最大，显示出对反刍和抑郁关系的中介作用，这种时间动态模式可能是反刍倾向和抑郁风险存在关联的内在神经机制。
作者首先收集了两个不同地区实验样本的静息态fMRI数据，并通过传统的反刍量表（Rumination Response Scale，RRS）与抑郁量表（Beck Depression Inventory，BDI）测量被试的反刍倾向与抑郁风险。随后，研究按照如图1所示的数据分析流程考察DMN的空间特征与时间动态模式，并对DMN的区域内神经活动是如何作用于反刍倾向和抑郁风险进行了探究，数据分析在两个独立样本中进行重复操作与验证。
图1 研究数据分析总体流程图
（图源：Gao W, et al.,Cereb Cortex, 2022）
接下来，作者对静息态fMRI进行分析独立成分分析以识别出相应的DMN掩码，并通过DMN掩码计算分数低频振荡振幅（the fractional amplitude of low-frequency fluctuations，fALFF）和局部一致性（regional homogeneity，ReHo）作为衡量DMN空间特征模式的指标；计算赫斯特指数（the Hurst exponent，HE）和跨时间窗基于体素的功能一致性（the voxel-wise functional concordance across time windows，VC）作为衡量DMN时间动态模式的指标。两个样本基于独立成分分析识别出的DMN掩码如图2所示。
图2 独立成分分析识别的DMN掩码
（图源：Gao W, et al.,Cereb Cortex, 2022）
然后，作者使用相关分析验证个体的反刍倾向与抑郁风险之间的关联，并探究反刍得分与DMN不同子区的空间特征及时间动态指标之间的相关性。结果显示个体的反刍倾向越高，其抑郁风险越大（图3），并且发现个体的反刍得分与后扣带回皮层的空间特征指标低频振荡振幅fALFF呈正相关，与前额叶皮层的时间动态指标（HE & VC）也呈正相关（表1），这可能反映出反刍倾向越高的个体会伴随着更为持久且僵化的自我参照过程。作者认为不同DMN子区域与反刍的相关性可能与不同的脑区功能有关：PCC作为大脑原始皮层的一部分，其对反刍思维的贡献可以通过空间特征模式直接反映出来；而MPFC作为负责更复杂心理过程的新皮层的一部分，需要更多的时间动态信息来提供补充。
图3 反刍与抑郁得分的相关性
（图源：Gao W, et al.,Cereb Cortex, 2022）
表1 反刍与DMN子区域的空间特征和时间动态之间的相关性
（表源：Gao W, et al.,Cereb Cortex, 2022）
进一步地，考虑到DMN不同关键节点区域的异质性[3]，作者又采用模式回归分析（pattern regression analyses）的方法来考察这些节点内部哪些区域对反刍倾向的贡献最大。基于多核学习（the multiple kernel learning，MKL）的模式回归分析考察了不同大脑区域对反刍得分进行预测的贡献，结果发现前额叶皮层的时间动态模式能够预测个体的反刍得分（图4），权重图显示出贡献最大的区域是腹内侧前额叶皮层（the ventromedial prefrontal cortex，VMPFC）（图5）。这些结果表明前额叶的不同区域对反刍倾向的敏感性存在差异，腹内侧前额叶皮层的时间动态性对个体的反刍倾向具有最高的预测作用。
图4 大脑前额叶区域的时间动态性对反刍得分的预测性分析结果
（图源：Gao W, et al.,Cereb Cortex, 2022）
图5 大脑前额叶区域的时间动态性预测反刍得分的权重图
（图源：Gao W, et al.,Cereb Cortex, 2022）
最后，作者又采用了一个独立的VMPFC掩码来提取时间动态指标（HE & VC）并通过中介分析探究VMPFC的时间动态模式是否影响了反刍倾向与抑郁风险之间的关系。结果发现中介效应显著（图6），作者认为这可能归因于VMPFC会涉及参与认知灵活性和自我参照加工两个方面[4]，提示我们有较高反刍倾向的个体会伴随着VMPFC较低的时间动态性，这反映了反刍倾向个体认知灵活性的下降与更难易改变的消极自我参照过程，进而导致其抑郁风险的增加。
图6 腹内侧前额叶皮层的时间动态性对反刍与抑郁的中介作用（S1 = sample 1, S2 = sample 2. ∗p < 0.05; ∗∗p < 0.01; ∗∗∗p < 0.001）
（图源：Gao W, et al.,Cereb Cortex, 2022）
该研究得到国家自然科学基金（31671164, 31971018, 31871103)的支持。
通讯作者袁加锦（左），第一作者高伟（右）
（照片提供自：四川师范大学情感认知与调控实验室）
通讯作者简介：袁加锦，四川师范大学脑与心理科学研究院教授、博导、副院长、心理学一级学科博士点情绪与健康心理学方向带头人；以核心作者在Neurosci BioBehav Rev、JAMA Netw Open、Cereb Cortex、NeuroImage、Emotion、Hum Brain Mapp、心理学报等期刊发表论文上百篇，总被引约3000次，个人H因子28，I-10因子71（谷歌学术统计）。
参考文献（上下滑动阅读）
1. Burkhouse, K. L., Jacobs, R. H., Peters, A. T., Ajilore, O., Watkins, E. R., & Langenecker, S. A. (2017). Neural correlates of rumination in adolescents with remitted major depressive disorder and healthy controls. Cognitive, Affective, & Behavioral Neuroscience, 17(2), 394-405.
2. Zhu, J., Zhu, D. M., Qian, Y., Li, X., & Yu, Y. (2018). Altered spatial and temporal concordance among intrinsic brain activity measures in schizophrenia. Journal of Psychiatric Research, 106, 91-98.
3. Zhou, H. X., Chen, X., Shen, Y. Q., Li, L., Chen, N. X., Zhu, Z. C., & Yan, C. G. (2020). Rumination and the default mode network: Meta-analysis of brain imaging studies and implications for depression. Neuroimage, 206, 116287.
4. Hernandez, A. R., Reasor, J. E., Truckenbrod, L. M., Lubke, K. N., Johnson, S. A., Bizon, J. L., & Burke, S. N. (2017). Medial prefrontal-perirhinal cortical communication is necessary for flexible response selection. Neurobiology of Learning and Memory, 137, 36-47.
本文完