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科研進展

心理所研究揭示狀態焦慮和特質焦慮具有相同的腦網絡拓撲機制

發布時間:2022-11-11 作者:中國科學院行為科學重點實驗室 穆妍研究組

  焦慮是人類最為普遍的情緒狀態之一,對我們身心健康具有重要且復雜的意義。焦慮是一種由即將到來的潛在威脅引起的消極的情緒狀態,可以細分為狀態焦慮和特質焦慮。以往研究多聚焦于單一維度焦慮的神經機制,很少有研究從腦網絡層面對焦慮的拓撲機制進行深入地探討。

  因此,中國科學院行為科學重點實驗室穆妍研究組的姜黎黎副研究員開展了一項研究,通過收集60個被試靜息狀態下的結構和功能磁共振數據,從宏觀大腦尺度層面測量不同腦區大腦灰質形態學指標的分布相似性以構建形態相似性網絡;通過計算不同腦區時間序列的皮爾遜相關系數以構建功能連接網絡,隨后采用滑窗法計算不同腦區之間的動態功能連接以測量功能網絡拓撲特征的時間變化,同時改變大腦形態指標的分組數量以測量形態相似性網絡拓撲特征的空間變化。最后采用一般線性回歸模型對狀態焦慮和特質焦慮的拓撲特征進行系統地探討(圖1)。

圖1.(A)形態相似網絡和(B)功能連接網絡及其時空變化構建流程圖

  研究結果發現,在靜態功能連接網絡層面,狀態焦慮和特質焦慮均與右側腦島(RH_SalVentAttn_FrOper)網頁排序中心度(pagerank centrality)呈顯著正相關(圖2),而在靜態結構網絡層面沒有顯著結果。

圖2.(A)狀態焦慮和(B)特質焦慮均與右側腦島網頁排序中心度呈顯著正相關

  在結構網絡的空間變化層面,狀態焦慮和特質焦慮均與體積相似性網絡的左側額葉眼動區(LH_Default_FEF)節點效率(nodal efficiency)的變異系數呈顯著負相關(圖3);而在功能網絡的時間變化層面,狀態焦慮和特質焦慮均與右側腦島網頁排序中心度和度中心度(degree centrality)的時間變異呈顯著正相關(圖4)。

圖3.(B)特質焦慮和(C)狀態焦慮均與體積相似性網絡的空間變異呈顯著負相關

圖4.(A、B)狀態焦慮和(C、D)特質焦慮均與功能連接網絡的時間變異呈顯著正相關

 

  綜上,無論是在靜態和動態腦網絡層面,狀態焦慮和特質焦慮均與相同的大腦區域的拓撲測量顯著相關。研究證明了狀態焦慮和特質焦慮具有相同的腦網絡拓撲機制,并且該結果具有高度的時空魯棒性。該研究不僅提高了研究者對于人腦時間和空間組織的理解,也豐富了焦慮的腦網絡機制研究。

  本研究受到國家自然科學基金的支持(No.11674388)。碩士生李宇斌為第一作者,姜黎黎副研究員為通訊作者。

  該研究成果已在線發表于Frontiers in Neuroinformatics

  論文信息:

  Li, Y., & Jiang, L*. (2022). State and trait anxiety share common network topological mechanisms of human brain. Frontiers in Neuroinformatics, 16, 859309. https://doi.org/10.3389/fninf.2022.859309


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