科學家通過薈萃分析揭示反芻思維的默認網絡腦機制

2021-01-15 騰訊網

近日，中國科學院心理研究所行為科學重點實驗室嚴超贛研究組在腦成像領域期刊NeuroImage發表了題為Rumination and the default mode network: meta-analysis of brain imaging studies and implications for depression的薈萃分析論文。該文章探討了默認網絡三個子系統在反芻思維(rumination)中的作用，結果揭示反芻思維和默認網絡，尤其是核心子系統和背內側前額葉子系統的激活存在密切關係。

反芻思維是一種特定的反應模式，是指個體對消極生活事件的原因、影響和後果的反覆思考。雖然越來越多的研究報告反芻思維是一種跨診斷的現象，但它與抑鬱密切相關。以往研究表明，反芻思維與重性抑鬱障礙(MDD)的嚴重程度存在相關，能夠預測抑鬱的發生和持續時間。此外，即使是健康個體，反芻思維越多，越有可能罹患抑鬱，而且反芻思維能夠預測重性抑鬱障礙患者的抑鬱復發。

近年來，默認網絡(default mode network)受到研究抑鬱症的臨床神經科學家的關注。其與自我相關加工密切相關，有助於直觀地理解重性抑鬱障礙患者反芻思維的神經機制。此外，有研究發現默認網絡的功能異常與反芻思維密切相關。以往研究通常將默認網絡作為一個整體，然而近年來Andrews-Hanna 等提出默認網絡可以劃分為三個功能不同的子系統，即：核心子系統(core subsystem)，包括內側前額葉和後扣帶回，主要參與自我相關加工和協調另外兩個子系統之間的交互影響；背內側前額葉子系統(dorsal medial prefrontal cortex subsystem, dmPFC subsystem)，包括背內側前額葉、顳頂聯合區、外側顳葉以及顳極，在心智化和心理理論加工中起著重要作用；內側顳葉子系統(medial temporal lobe subsystem, MTL subsystem)，包括腹內側前額葉、頂下小葉後部、壓後皮質、旁海馬以及海馬結構，主要與自傳體記憶密切相關。

以往研究者採用多種範式探討默認網絡在反芻思維中的作用，發現內側前額葉、後扣帶、背內側前額葉等默認網絡的關鍵腦區均呈現出激活，也發現喙側前扣帶、尾狀核、杏仁核和腦島也呈現出異常激活。雖然以往研究者對反芻思維神經機制的研究興趣日漸濃烈，但關於反芻思維的神經機制並沒有一致的認識。其中的可能原因包括不同研究的樣本量存在差異、人口學變量不同以及患者的臨床特徵存在差異。反芻思維的薈萃分析對理解反芻思維的神經機制具有重要意義，然而目前並沒有相關研究。因此，該文研究者對反芻思維的相關腦成像研究進行一個薈萃分析，以便整合不同研究的結果，從而為理解反芻思維的神經機制提供一種綜合信息。

該研究採用SDM(Signed Differential Mapping)軟體對反芻思維的腦成像研究進行薈萃分析。使用PubMed檢索截至2019年4月20日的反芻思維腦成像研究，從中選出14個符合篩選標準的研究，將這些研究中報告的坐標信息進行整理，然後放入SDM進行相關分析。將反芻思維和分心或控制條件進行對比後，得出反芻思維相關的大腦體素團塊（圖1）。

由於默認網絡在反芻思維中的重要作用，該研究採用Andrews-Hanna等(Andrews-Hanna et al., 2014)提出的關於默認網絡子系統劃分的大腦模板（圖2左側），考察與默認網絡子系統重疊的反芻思維相關體素數量。結果顯示與反芻思維相關的體素有49.7%位於核心子系統，18.2%位於背內側前額葉子系統，7.3%位於內側顳葉子系統。同時，該研究還提取了位於這三個子系統的反芻思維相關體素的Z值，結果進一步證實核心子系統呈現出最高的一致性激活（圖2右側）。

為了進一步驗證這一發現，該研究採用Andrews-Hanna等界定的關於默認網絡三個子系統的11個ROIs(region of interest)，然後將這些ROIs投射到默認網絡的三個子系統上（圖3左側），並提取其Z值，結果進一步驗證了核心子系統和內側顳葉子系統對反芻思維的影響較大（圖3右側）。

此外，該研究採用Yeo等(Yeo et al., 2011)提出的大腦七網絡分區進一步考察了反芻思維相關體素在這些腦網絡上的分布情況。通過計算反芻思維相關體素在七網絡中的分布比例，發現默認網絡中有31.3%的體素與反芻思維相關，而其他各網絡相關的比例均小於10%（圖4左側）。該研究還進一步將反芻思維激活的體素根據七網絡分區進行了分類，計算七網絡中每一個網絡的體素在所有顯著體素中佔到的百分比，結果顯示與反芻思維相關的所有體素中有66.2%的體素被劃分到默認網絡中，而劃分到其他各網絡的體素比例均小於10%（圖4右側）。

研究結果證實，默認網絡是反芻思維的潛在神經機制，尤其是核心子系統和背內側前額葉子系統，與反芻思維關係最為密切。這兩個腦網絡在心智化和自我相關加工中起著重要作用。研究結果與已有關於反芻思維的假設相一致，即陷於反芻思維的個體主要聚焦於他們當前的心理狀態以及與之相關的自傳體記憶，而很少思考未來。研究結果與先前對抑鬱症患者和健康對照組的反芻思維進行對比的研究相一致，即抑鬱患者與健康對照組相比，呈現出內側前額葉、後扣帶回、背內側前額葉以及顳葉的異常激活。此外，也有研究發現，抑鬱症患者在反芻思維狀態下呈現出內側顳葉活動降低，同時伴隨前額葉激活增強的現象。這與該研究中發現的內側顳葉在反芻思維中活動較少相一致。

以上研究結果提示，通過促進關於當前和未來新異刺激的心智建構進而增強內側顳葉的激活可以作為治療抑鬱症的潛在靶點。與之相似，採用重複經顱磁刺激(rTMS)抑制背內側前額葉子系統的活動，從而減弱患者心理理論的相關加工也可作為治療抑鬱症的潛在機制。總之，該研究結果為減少反芻思維以及抑鬱症的治療提供了來自神經科學方面的證據。

該文章第一作者為心理所助理研究員周會霞，通訊作者為心理所研究員嚴超贛。該研究受中科院百人計劃、國家自然科學基金(81671774、81630031)、國家重點研發計劃(2017YFC1309902)等支持。

圖1：反芻思維和分心或控制條件對比後的薈萃分析結果

圖2：默認網絡子系統示意圖（左側）；三個子系統每個體素Z值的小提琴圖（右側）

圖3：默認網絡子系統ROIs投射到薈萃分析結果的示意圖（左側）以及這些ROIs的Z值分布圖（右側）

圖4：與七網絡分區重疊的反芻思維相關體素的百分比

來源：中國科學院心理研究所

相關焦點

  • 研究揭示反芻思維的腦網絡機制
    圖1.反芻思維的腦網絡機制是怎樣的已有研究發現，反芻思維可能與人腦的大尺度腦網絡——默認網絡有關。默認網絡是一系列活動水平在靜息狀態下比執行任務時更高的腦區，它可以進一步細分為3個子系統：負責自我相關思維的核心子系統、負責邏輯關係思維與現在的背內側前額葉子系統以及負責自傳體記憶與過去的內側顳葉子系統（圖2）。當我們進行反芻思維時，屬於默認網絡的大腦區域的活動水平上升。然而，在反芻思維時這些腦區之間的是如何相互作用，尚不清楚。
  • 《PNAS》發文揭示抑鬱症患者大腦默認網絡異常機制
    腦影像已經被廣泛用於研究抑鬱症的腦活動異常機制，試圖找到抑鬱症診斷生物學客觀標準並進行精準治療。而在各腦環路中，抑鬱症研究中最為關注的是大腦默認網絡活動的異常[3]。然而，對於抑鬱症的默認網絡腦活動異常的具體模式，不同的研究者卻得到了截然不同甚至完全相反的結果。目前已有的抑鬱症腦功能成像默認網絡研究大都為樣本量<100的研究，均存在小樣本統計力弱的問題。
  • 研究揭示反芻動物瘤胃功能創新的多種遺傳進化機制
    瘤胃作為反芻動物進化過程中的重要器官，為系統解析其功能創新背後的遺傳進化模式，研究人員聯合國內外10多家單位收集了反芻動物類群所在的鯨偶蹄目的50種組織共897個轉錄組數據，覆蓋了其中三個擁有多胃室結構的亞目（反芻亞目、胼足亞目和鯨河馬亞目）。利用比較基因組學和比較轉錄組學方法對反芻動物瘤胃的功能創新的遺傳進化基礎進行了探究，並進一步對候選基因的功能進行了驗證。
  • 研究揭示反芻動物角的進化起源和發生發育機制
    6月22日，該聯合團隊從遺傳學角度首次提出反芻動物的角具有相同的細胞起源——頭部神經嵴幹細胞，其發育過程利用了基本相同的基因調控通路，為反芻動物角具有單一的進化起源和發生發育機制提供了證據。相關論文刊登於《科學》。　　同樣是角，為何差別這麼大？　　回到開頭，這頭牛其實並不在吃草，被飼養員「捧在手心裡」的它早已吃飽喝足。
  • 中國科學家首繪腦功能網絡動態圖譜 機器人或有人類思維
    信息 中國科學家首繪腦功能網絡動態圖譜 機器人或有人類思維 機器人有望真正產生人類思維　　中新網上海7月25日電(記者陳靜)復旦大學25日披露，該校類腦智能科學與技術研究院院長馮建峰教授團隊首次繪製了腦功能網絡的動態圖譜。
  • 大腦功能網絡動態圖首繪 或使機器人產生人類思維方式
    大腦功能網絡動態圖首繪 或使機器人產生人類思維方式 原標題： 　　本報上海7月25日電（記者顏維琦、曹繼軍）通過核磁共振掃描技術度量人類大腦各個區域的動態相互作用模式，並揭示其動態變化的產生機制，從而首次繪製腦功能網絡的動態圖譜
  • 最新研究揭示反芻動物部分重要特性的基因密碼
    供圖據了解，這一研究在國際上首次對反芻動物基因組進行了系統分析研究，揭示了反芻動物部分重要特性的基因密碼。其中，西工大為兩篇論文的第一完成單位、另一篇論文的第二完成單位。這標誌著西工大在生態與環境保護領域基礎研究取得了重大進展。
  • 研究人員揭示個體腦網絡差異的基因和環境影響
    在一項最新研究中，中國科學院心理研究所行為科學重點實驗室左西年研究組的副研究員楊志，與國內外合作者利用200對雙胞胎（雙生子）的腦功能影像數據，揭示了遺傳和環境因素對人腦內在功能網絡的影響。人腦內在功能網絡是特指在不執行特定認知任務時，人腦自發神經活動形成的共振網絡，它們反映了神經網絡的功能組織架構。許多研究已經證明：人腦內在腦功能網絡與行為和認知功能的個體差異有較強關係。
  • 中科院等研究探索靜息態腦功能協方差網絡
    中國科學院心理所特聘研究員左西年與國內合作單位（南京軍區總醫院和電子科技大學）嘗試提出利用腦內自發低頻波動活動的振幅在個體間的差異來構建不同腦區的功能關聯，提出功能協方差網絡方法。在腦成像研究領域，以往關於腦結構（比如：灰質體積、密度和皮層厚度）的研究已經注意到這種個體差異對於揭示人腦結構組織的方式頗具啟發性。但是，認知科學家研究具體認知任務時大都將個體差異視為幹擾因素而不予重視。在新近逐步受到重視、不依賴於具體任務設計的成像技術——靜息態腦成像——則給予研究人員新的機會來考察這種個體差異在大腦內在功能架構上的表現。
  • 腦膠質瘤病人靜息態默認模式網絡研究進展
    腦膠質瘤病人常伴隨認知功能障礙，可能與膠質瘤引起的腦區間網絡異常相關，包括腫瘤同側和對側半球間腦區的網絡連接。默認模式網絡（default-mode network，DMN）與自發認知功能、外部環境監控功能、內部心理活動相關。研究膠質瘤病人DMN對於更好地理解疾病發生發展規律、指導重要腦網絡保護及臨床治療評估具有重要意義。本文就腦膠質瘤DMN的研究歷史、概念理論及目前相關研究進展進行綜述。
  • 科學家揭示腦深部電刺激治療帕金森病的關鍵機制
    新華社北京10月20日電（記者郭穎）中國科學家領銜的一支國際研究團隊近日揭示了腦深部電刺激治療帕金森病的關鍵機制，為開發帕金森病新療法、進一步改善患者生活質量提供參考。腦深部電刺激療法，又稱腦起搏器，通過植入大腦中的電極可以直接調控大腦不同的功能網絡，在治療神經系統疾病、精神類疾病中有著廣泛的應用，能有效地改善帕金森病患者的運動症狀。
  • 腦科學日報:壓力和生物鐘如何影響睡眠?觸覺緩解焦慮的機制
    3，Nat Comm | 王曉東團隊揭示觸覺豐富促認知、抗焦慮的機制來源：BioArt近日，浙江大學腦科學與腦醫學學院王曉東團隊採用嶄新的觸覺豐富和早年應激小鼠模型，結合行為學、活動神經元標記、化學遺傳學、神經環路示蹤和深度學習等技術
  • 復旦大學馮建峰教授團隊首次繪製大腦功能網絡動態圖譜
    》（「Neural， electrophysiological and anatomical basis of brain-network variability and its characteristic changes in mental disorders」）的論文，該研究通過核磁共振掃描技術定量刻畫人類大腦各區域的動態相互作用模式，揭示了大腦產生動態變化機制，首次繪製了動態腦功能網絡圖譜。
  • 腦區到腦網絡:認知神經科學的系統論轉向
    神經科學很早便開始關注腦與心智的關係，英國科學家Thomas Wills早在17世紀便首先通過屍體解剖確定特定的腦損傷與特定的行為缺陷有聯繫，他還和他的同事Christopher Wren繪製了當時最精確的人類大腦圖（如圖1）。19世紀，Paul Broca和Wernicke通過腦損失病人的研究，分別確定特定腦區（Broca區和Wernicke區）和特定的功能（語言）有關。
  • 我國科學家揭示「視覺感知」新機制
    神經所揭示靈長類大腦精細視覺編碼的新機制　　3月30日，《Neuron》期刊在線發表了題為《局部和整體物體感知中高級腦區精細視覺的腦機制》的研究論文，該研究由中科院神經科學研究所、腦科學與智能技術卓越創新中心、靈長類神經生物學重點實驗室和神經科學國家重點實驗室的王偉研究組完成。
  • 科學家將通過機器揭開人類思維!
    近年來很多國家的科學家開始在細胞甚至分子水平對記憶進行研究，試圖剖析記憶的奧秘。那麼記憶真的可以被人類提取嗎？而且有報導稱科學家將通過機械揭開人類思維！我們先了解下什麼是記憶？記憶是人腦對經驗過事物的識記、保持、再現或再認，它是進行思維、想像等高級心理活動的基礎。
  • OCHIS講座精彩全記錄 神經影像薈萃分析 (Neuroimaging Meta-analysis)
    常用交互界面包括：Sleuth（搜索Brainmap資料庫內文獻信息及其報導的激活峰值坐標），Scribe（提交和錄入新的文獻）和GingerALE（綜合激活峰值坐標進行ALE薈萃分析, 並附有簇分析，對比分析和共同分析模塊）。
  • 科學家發現對意識至關重要的兩個大腦網絡
    在該研究中，來自密西根大學的團隊發現：默認模式網絡（DMN）和背側注意網絡（DAT）是反相關的——當一個活躍時，另一個的活動就受抑制。對於無意識狀態的人來說，這兩個腦網絡沒有一個是活躍的。 大腦網絡之間的切換會不斷發生，就算同時使用多個腦網絡的時候，情況也如此。
  • 腦科學日報:每個人獨特的神經指紋;靈活運用記憶的神經機制
    來源：北師大自我研究組 既然每個人經歷共同事件的方式都不同，那麼，是否可以通過找到獨特於個人記憶的大腦表徵形式以建構該研究設計了新穎的記憶任務，使用在體電生理技術，揭示了獼猴海馬神經元在記憶的運用過程中的重要作用。研究結果首次為認知心理學先驅Bartlett所提出的「記憶是建構性的」這一觀點提供了單細胞層面的依據。
  • 酗酒基因已確定,43.5萬人的全基因組薈萃分析揭曉答案
    研究人員通過不同的評估，對AUD和酗酒的全基因組關聯研究已經確定了主要在歐洲人群中的潛在風險基因。耶魯大學醫學院的研究人員於5月25日在《自然神經科學》雜誌上報告說，對超過43.5萬人的全基因組薈萃分析，發現了29種與酗酒有關的基因變異。