网络的作用
导读
在人们观看电影时，强调角色思想的场景会唤起观看者大脑“心理理论”(Theory of mind, ToM)网络的激活，而强调角色身体感觉的场景会唤起其疼痛网络的激活。作者之前的研究通过观看电影的实验方法研究了这两个功能网络分离的发展，以及儿童社会发展过程中大脑活动和认知变化之间的联系。本研究使用了一个大型公开数据集，对儿童ToM网络与疼痛网络的早期功能分离进行验证，进一步探索大脑功能反应在观看电影状态与静息态时的差异。
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Development of brain networks for social functions: Confirmatory analyses in a large open source dataset
作者：Hilary Richardson
01 回答什么问题
脑区间相关指标是否能验证发育早期ToM网络和疼痛网络的功能分离。
大脑功能成熟度与不同状态下脑区间的相关关系。
02 如何回答
1. 公开数据库选择
被试数据来自Child Mind Institute(n=241)。年龄为5-20岁，他们进行功能磁共振(fMRI)扫描的同时观看了Jacob Frey的短片电影“ The Present”。其中200名被试完成了静息状态扫描。被试的父母或监护人完成了社交沟通问卷(SCQ)的填写，该问卷分数作为社交推理的行为指标。
2. 脑区间相关
根据已有文献，设定ToM网络的感兴趣区域(ROI)为双侧颞顶交界、楔前叶和内侧前额叶皮层，疼痛网络的ROI包括双侧脑岛、额中回、感觉运动皮层和背侧前扣带回皮层。
每个ROI的时间序列剔除前三个时间点。对于每个被试，每个ROI分别与其他ROI的时间序列做相关，对相关值进行Fisher Z转换。产生三类脑区间相关：1）ToM网络内部相关：ToM网络内ROI之间的相关平均值；2）疼痛网络内部相关：疼痛网络内ROI之间的相关平均值；3）跨网络间相关：ToM网络的ROI与疼痛网络的ROI的相关平均值。并检验脑区间相关与年龄、SCQ的关系。
3. 反向相关分析
识别电影中引发青少年、成人(13-20岁)ToM网络和疼痛网络显著激活的事件。对于每个被试，剔除前5个时间点，同一个网络的ROI时间序列（z标准化后）进行平均。对青少年、成人被试的平均ToM时间序列和平均疼痛时间序列的每个时间点做单尾t检验，检验该时间点是否显著大于基线(0)。每个网络中连续五个或更多的显著时间点定义为一个事件。检验ToM网络和疼痛网络在每一个事件的峰值时间点的振幅与年龄、SCQ的关系。
4. 功能成熟度分析
计算每个儿童观看电影时的ToM网络和疼痛网络的大脑活动与青少年、成人的平均大脑活动的相关，分别获得ToM网络功能成熟度和疼痛网络功能成熟度。分别检验功能成熟度与以下三者的相关关系：SCQ得分，静息态脑区和任务态（观看电影过程中）脑区。
03 用什么证据回答
1. 脑区间相关
观看电影过程中，ToM和疼痛网络内部的相关显著高于跨网络相关，且网络内部相关为正相关，跨网络相关为负相关，如图1(a)。5岁儿童样本分析有相似结果。在全样本（5-20岁）分析中，网络内部相关随年龄增长而显著增加，跨网络相关随年龄增长而显著下降，如图1(b)。脑区间相关与SCQ没有显著结果。静息态结果与观看电影状态的结果一致。
* 图1
2. 反向相关分析
该分析产生了7个ToM事件和3个疼痛事件，如图2(b)。5-12岁儿童对ToM 01事件的反应随着年龄的增长而显著增加。ToM 02事件的反应与SCQ得分呈正相关。五岁儿童的反向相关分析确定了3个ToM事件，其中2个与青少年、成人反向相关分析获得的7个ToM事件重合；确定了2个疼痛事件，其中1个与青少年、成人的结果重合，见图2(a)。
* 图2
3. 功能成熟度分析
在5-12岁的儿童中，ToM和疼痛网络的功能成熟度随着年龄的增长而增加。观看电影状态的ToM网络内相关与跨网络相关可以预测ToM网络的功能成熟度，观看电影状态的跨网络相关可以预测疼痛网络的功能成熟度，静息态的脑区间相关无法预测功能成熟度，可视化如图3所示。
* 图3
4. 静息态与观看电影状态的脑区间相关
静息态与观看电影状态下的ToM网络内部相关、疼痛网络内部相关和跨网络相关均高度相关。
运用混合线性模型分析网络内部相关与跨网络相关的差异是否因任务而有所不同。在全样本分析中，在静息状态扫描时，两个网络内部和跨内网络相关性的差异较大，且存在显著的任务-年龄交互作用，如表1所示。
* 表1
后续分析确定网络内部相关、跨网络相关的哪个方面对功能分离影响更大，发现跨网络相关性存在显著的年龄-任务交互作用，如表2所示。
* 表2
04 结论
脑区间相关分析提示在儿童早期已完成ToM功能与疼痛功能的分离，脑区间相关是一种可重复的社会认知推理神经标记；
观看电影状态的区域间相关更好地捕捉了功能成熟度的个体间差异；
观看电影的自然刺激实验可以在不同地点、不同样本中进行重复性验证，适用于儿童研究。
05 主要问题
反向相关分析没有考虑血氧信号延迟，使用数据驱动的方法无法确定大脑反应峰值时间点对应的电影片段；
文章中SCQ行为分数与神经结果不显著，可能在于SCQ测量的变量与神经测量指标无关，不能反映认知推理的状态变化；
文章是横向研究，缺少对功能性网络特性、内在网络特性的因果或顺序问题的回答。
06 有什么启发
功能连接指标可以预测发育。文章具体计算的方法是不同网络功能连接的平均值，还可以继续探索年龄与功能连接矩阵的关系。
文章发现静息态与观看电影状态的脑区间相关差异，可进一步探索何种状态的大脑指标对认知发展的表征程度以及对发育的预测性较高。
07 原文链接
https://doi.org/10.1016/j.dcn.2018.11.002
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主讲&翻译：谢舒琪
编辑&排版：金书玉、李嘉琳
审校：PHI group
文字：PHI group
心理健康与脑影像研究组致力于神经影像数据科学和儿童青少年精神障碍的神经影像研究。研究方向为：? ?
（1）?神经影像数据科学：面向临床应用，发展神经影像数据的统计和机器学习方法。目前研究项目涉及影像数据驱动的个体分类、利用自然刺激范式识别精神疾病、大规模神经影像数据库的构建和数据挖掘。? ?
（2）儿童青少年精神障碍与脑发展异常：从脑发展异常角度研究儿童青少年精神障碍的脑异常、客观诊断指标和干预方法。目前研究项目涉及8-17岁儿童青少年焦虑障碍的脑影像队列研究。? ??
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????欢迎加盟与合作。
