科研进展
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  • 秦绍正课题组《Biological Psychiatry》发表论文揭示社会经济地位通过压力激素介导儿童大脑情感通路的作用途径
     
          儿童期是大脑处于快速发育的关键敏感期,儿童脑智发育尤其容易受到来自家庭和社会环境因素影响。其中,社会经济地位(socioeconomic status, SES)及所伴随的压力因素会对儿童学业成绩、认知与学习能力和身心健康产生深远的影响,这种影响可持续到成年期,甚至影响毕生发展。为此,解析社会经济地位如何影响和塑造儿童青少年脑智发育已成为国际上研究热点。结合神经心理、生理心理、静息态和情感认知任务下功能性磁共振成像(fMRI)技术方法,北师大认知神经科学与学习国家重点实验室暨IDG/McGovern脑科学研究院秦绍正课题组揭示了社会经济地位通过压力激素皮质醇介导儿童大脑情感环路的作用途径。该研究成果于2021年2月11日在Biological Psychiatry在线发表。

         近年来,国际上诸多研究发现社会经济地位差异,通过所伴随的心理应激(俗称压力)因素,不仅影响个体当前身心健康和生活质量,而且还对个体未来发展和精神健康产生深远的影响。其中,“压力激素”皮质醇被认为是心理应激影响情感与脑健康发育的一个重要近端因子。该激素是下丘脑-垂体-肾上腺轴(HPA轴)的终端产物,通常个体在处于压力或应激状态时会增加分泌来帮助个体更好地适应环境和应对压力,以此维持机体的内稳态平衡。然而,长期压力会造成HPA轴失调和皮质醇节律紊乱。虽然以往研究揭示了较低的社会经济地位对人脑结构与功能均产生不同程度的影响,尤其是与情感相关的杏仁核与前额叶高级功能系统倍受关注,但是其背后作用途径及神经生物机理不明。

         鉴于此,课题组收集了来自239名6-12岁儿童的家庭社会经济地位信息以及唾液皮质醇,并获取其中50名儿童的静息态和情感识别任务的脑成像数据。其中,压力激素皮质醇的分泌由扫描前一天晚上睡觉前的1个采样点和扫描当天早上醒来后1小时内的4个采样点共计五个唾液样本,并结合每个儿童每个样本采集时间点和睡眠时间等客观信息来绘制曲线下面积(AUC),以此来评估儿童夜间睡眠直到清晨醒来后1小时内体内压力激素的分泌总量;静息态脑功能成像可以反映大脑自发神经活动与内在情感环路的功能连接模式;情绪识别任务的脑功能成像可以反映大脑在负面情绪刺激诱发下的大脑激活和功能连接模式;该研究结合静息态和任务态的脑成像来考察家庭社会经济地位是否通过儿童的皮质醇分泌进而调控杏仁核-前额叶情绪环路。

         研究1:通过分析239名儿童的家庭社会经济地位以及体内压力激素皮质醇分泌量,结果发现:来自社会经济地位越低的儿童在夜间睡眠到清晨觉醒后分泌更少的皮质醇激素。      
         研究2-实验1:通过分析社会经济地位、儿童压力激素分泌以及脑影像数据,结果发现:皮质醇分泌量的降低介导了由较低的社会经济地位间接导致的儿童中央内侧杏仁核CMA和基底外侧杏仁核BLA跟内侧前额叶/背外侧前额叶静息态功能连接偏高(图1,CMA/BLA-mPFC和CMA/BLA-dlPFC环路)。该结果表明:较低的社会经济地位作为长期压力,可能引起儿童皮质醇分泌不足,通过作用于杏仁核和前额叶的皮质醇受体,进而引起杏仁核-前额叶环路静息态功能连接增强。
     
     
    图1. 社会经济地位通过压力激素分泌介导CMA/BLA-mPFC/dlPFC自发功能连接
     
         研究2-实验2:通过综合分析社会经济地位、压力激素、静息态以及情感识别任务态下fMRI数据,结果还发现:社会经济地位和儿童的皮质醇分泌可以通过静息态CMA-mPFC自发功能连接,进而影响儿童在负性情绪加工时腹内侧前额叶(vmPFC)激活水平(图2),但对BLA-mPFC通路则没有影响。该结果表明:社会经济地位通过压力激素分泌以及静息态下CMA-mPFC功能链接,进而介导负性情感辩识任务态下vmPFC的激活水平。这很可能跟 CMA参与皮质醇的慢调控(slow genomic action)过程和情感刺激诱发下蓝斑-去甲肾上腺素系统(LC-NE system)快速激活的共同作用有关。

     
     
    图2. 社会经济地位通过压力激素分泌和静息态CMA-MPFC自发功能连接,从而介导负性情感任务下更高vmPFC激活水平
     
         有趣的是,在处理负性情感识别任务时,这些儿童表现则出更高CMA-dlPFC功能耦合模式(图3),但BLA-dlPFC通路则没有这种效应。这表明社会经济差异和压力激素皮质醇不仅影响儿童情感环路自发功能连接,还进而影响儿童杏仁核-前额叶通路在加工负性情绪信息时的功能耦合模式。其中,对CMA及其相关前额叶在处理负性情感信息时的影响最为明显。

     
     
    图3. 社会经济地位通过压力激素介导负性情感加工中更强的CMA-dlPFC功能耦合
     
         基于以上研究发现,我们提出了社会经济地位差异对儿童情感环路发育影响的神经生物学模型,即社会经济地位通过“压力激素”皮质醇介导儿童杏仁核-前额叶情绪调控环路在静息态和情感信息加工时的神经活动模式,其中最显著的作用发生在CMA相关前额叶环路。本研究为理解儿童情感与脑智发育,寻找儿童情绪问题发生发展的神经生物标记及其脑网络靶点提供新的启示。
     
         致谢:感谢本项目合作者陈旭教授和邱江教授以及北师大脑成像中心和西南大学心理学部脑成像中心的大力支持,感谢参与本项目的所有儿童及家长以及相关学校和老师对科学研究的支持和奉献。本项目获得了国家自然基金委面上项目、优秀青年基金和重点项目,万人计划科技创新领军人才项目以及认知神经科学与学习国家重点实验室开放课题等资助。
     
     
    参考文献与前期相关论文
    Tian T, Young CB, Zhu Y, Xu J, He Y, Chen M, Hao L, Jiang M, Qiu J, Chen X, Qin S (In Press). Socioeconomic disparities affect children’s amygdala-prefrontal circuitry via stress hormone response. Biological Psychiatry.
    论文链接:https://www.biologicalpsychiatryjournal.com/article/S0006-3223(21)00089-5/fulltext


    Zhu Y, Chen X, Zhao H, Chen M, Tian Y, Liu C, Han ZR, Lin X, Qiu J, Xue G, Shu H, Qin S (2019): Socioeconomic status disparities affect children's anxiety and stress-sensitive cortisol awakening response through parental anxiety. Psychoneuroendocrinology. 103:96-103.
    Jiang N, Xu J, Li X, Wang Y, Zhuang L, Qin S (2021): Negative Parenting Affects Adolescent Internalizing Symptoms Through Alterations in Amygdala-Prefrontal Circuitry: A Longitudinal Twin Study. Biological psychiatry. 89: 560-569.

     
    课题组链接:http://icanbrainlab.bnu.edu.cn/en/