靜息態默認網絡連接可以鞏固社會信息

發布時間:2019-04-24 14:33:54 來源: 北京賽博爾醫藥科技有限公司

摘要

社會推理需要內側前額葉皮質(medial prefrontal cortex, MPFC)和顳頂聯合區(tempoparietal junction, TPJ)的參與,這些區域也在靜息態存在自發的活動,但其與社會認知的關系尚不清楚。本研究探討了在靜息態MPFC和TPJ的參與,其中一個功能是否是可以鞏固新的社會信息。在編碼新的社會信息(相對于基線和非社會編碼)之后,MPFC和TPJ區域的連接在靜息態顯著增強;此外,rTPJ和MPFC之間以及默認網絡的其他部分(vMPFC,前顳葉和顳中回)之間的更強的連接與更好的社會認知和社交聯想記憶相對應,靜息態MPFC和TPJ參與的傾向可能會使人們適應社會學習。

關鍵詞:默認網絡,記憶鞏固,MPFC,社會認知,TPJ


背景介紹

內側前額葉皮質(medial prefrontal cortex, MPFC)和顳頂聯合區(tempoparietal junction, TPJ)與編碼社會信息、形成對人格的印象以及推斷心理狀態和意圖有關。同時,這些區域也在靜息態自發地參與,是默認網絡中的一部分。本研究的假設是MPFC和TPJ在靜息態的參與能夠鞏固新獲得的社會信息。


研究方法

被試:19名被試參與實驗(11名女性,平均年齡為22.33歲)。

實驗程序

掃描階段:被試完成社會編碼和非社會任務編碼(順序在被試間平衡),被試有5s時間進行編碼,被試在編碼任務前后均掃描一次靜息態,編碼前掃描作為基線值,每一類編碼任務后都再掃一次靜息態。最后,被試的最終掃描是一項定位任務,為了確定與社交和非社會加工相關的神經活動區域,在該任務中。掃描后,被試完成評估他們在靜息態時的一些想法以及事先未知的記憶測試任務,流程如下圖所示。社會刺激包括面孔以及對其特征的描述,非社會刺激為地點以及對其特征的描述。最后的評估中,回憶正確的材料為再認記憶,而面孔以及特征/地點以及特征全部回答正確為聯想記憶。


影像數據處理方法

使用SPM8進行預處理以及分析,靜息態功能像回歸掉頭動、白質和腦脊液的影響;編碼和定位任務的功能像每一個實驗條件作為一個回歸子以及回歸掉上述干擾影響;定位任務在一階分析中,對比非社會-社會印象形成和社會-非社會印象形成,用于在二階分析中確定與社會信息加工有關的感興趣區域(ROIs):社會信息相關:TPJ(顳頂聯合區)、MPFC(內側前額葉);非社會信息相關:PPA(海馬旁回)、LVLPFC(左腹側前額葉)。


圖2 ROI的選擇 橙色-社會信息(面孔) 藍色-非社會信息(地點)

過去的研究也認為靜息態海馬與皮層的功能連接也有利于記憶的鞏固,本研究也探索的分析了海馬與MPFC與TPJ之間信息交流是否有利于社會信息的鞏固。

對于每個被試,從靜息態掃描中提取上述上述ROI(海馬和定位任務得到的ROI)的時間序列數據,對于每一個被試,計算以上ROI間時間序列的相關性:社會信息加工相關區域間(rTPJ–MPFC, lTPJ–MPFC, rTPJ–lTPJ),非社會(rPPA–lVLPFC;lPPA–lVLPFC;rPPA–lPPA),海馬(hippocampus–MPFC, hippocampus–lVLPFC)。

使用CONN工具箱進行體素靜息態功能連接分析,種子點為rTPJ,因為只有該點與其他社會信息加工相關區域的功能連接在后測的靜息態數據中增加。


研究結果

社會信息編碼后靜息態功能連接變化

在社會信息編碼后,rTPJ–lTPJ、rTPJ–MPFC功能連接增加(如圖2A),但rTPJ–MPFC差異沒有特別大很可能由于實驗順序(如圖2B)。


圖3 (A)rTPJ–lTPJ, rTPJ–MPFC, lPPA–rPPA功能連接的變化(綠色為基線,橙色為社會信息編碼,藍色為非社會信息)(B)rTPJ-MPFC靜息態連接在實驗順序不同時的變化

在社會編碼后靜息態功能連接和社會記憶

如果TPJ-MPFC間的信息交流有利于社會信息的鞏固,那么在社會編碼后這些區域的功能連接與新獲得的社會信息優先記憶相對應。發現以rTPJ為種子點,與下圖A所示的大腦區域的全腦功能連接增加(MPFC、vMPFC、前顳葉(aTL)、顳中回(aTG)),基于所有社會信息再認成功的試次。

接下來得到了更好的社會聯想記憶與rTPJ-哪些腦區靜息態連接增加有關,如下圖B所示;以PPA為種子點(非社會信息加工),得到全腦哪些區域靜息態連接增加與更好的非社會信息聯想記憶相關,如下圖C。


圖4 A在社會編碼后的靜息態下,以rTPJ為種子點的全腦功能連接,與社會信息再認相關的更強的功能連接;

B 在社會編碼后的靜息態下,與社會聯想記憶相關的更強的功能連接;

C 在社會編碼后的靜息態下,以lPPA為種子點,與非社會信息聯想記憶有關的更強的功能連接。

MPFC =內側前額葉皮質,vMPFC =腹內側前額葉皮層,TP =顳極,pTG =顳后回,PCC =后扣帶回,FG =梭形回,OCC =枕葉皮層,rVLPFC =右腹外側前額葉皮層。

編碼任務后,靜息態與海馬的功能連接

為了探索,海馬是否有利于記憶的鞏固,很可能在社會信息加工和非社會信息加工存在不同的耦聯關系,因此選擇右側海馬作為感興趣區(下圖A),得到與社會和非社會信息再認連接的差異,發現在社會信息編碼后的靜息態,海馬與MPFC的功能連接增強(圖5B);并且基于種子點的全腦分析發現,社會信息編碼后,與右側海馬功能連接增強的部位在MPFC背側,如下圖5C所示;而對于非社會信息編碼后,發現了海馬與lVLPFC、尾狀核、dACC連接的增強,如下圖5D所示。


圖5 在編碼后靜息態與海馬功能連接增加的腦區

(A)海馬感興趣區域(ROI),比較社會和非社會編碼試驗的成功識別記憶;

(B)海馬相對于每個其他靜息態時段在社交編碼后靜息態增加與MPFC的功能連接;

(C)海馬和MPFC之間功能連接性的增加對應于更好的社會記憶能力;

(D)海馬和dACC、lVLPFC和尾狀核之間的功能連接性增加對應于更好的非社會記憶能力。


總結

為什么默認網絡在靜息時出乎意料地活躍?總之,本研究結果表明,在靜息態,MPFC和TPJ之間的連接以及與默認網絡的其他部分可以用于新獲得社交信息的整合。了解社會對成功具有重要作用,當人類暫停外部需求時,大腦可能已經演變為社會學習的傾向。


參考文獻

Meyer, M. L., Davachi, L., Ochsner, K. N., & Lieberman, M. D. (2018). Evidence That Default Network Connectivity During Rest Consolidates Social Information. Cerebral Cortex.doi:10.1093/cercor/bhy071 


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