Common and Distinct Mechanisms Underlying the Influence of Childhood Maltreatment on Depression and Aggressive Behavior
Although childhood maltreatment (CM) is widely recognized as a transdiagnostic risk factor for various internalizing and externalizing psychological disorders, the neural mechanisms underlying this association remain unclear. The potential reasons for the inconsistent findings may be attributed to the involvement of both common and specific neural pathways that mediate the influence of CM on the emergence of psychopathological conditions. This study aimed to delineate both the common and distinct neural pathways linking CM to depression and aggression. First, we employed Network-Based Statistics (NBS) on resting-state functional magnetic resonance imaging (fMRI) data to identify functional connectivity (FC) patterns associated with depression and aggression. Mediation analyses were then conducted to assess the role of these FC patterns in the relationship between CM and each outcome. The results demonstrated that FC within the default mode network (DMN) and between the cingulo-opercular network (CON) and dorsal attention network (DAN) mediated the association between CM and aggression, whereas FC within the reward system and between the CON and the reward system mediated the link between CM and depression. We speculate that the control system may serve as a transdiagnostic mechanism accounting for the sequela of CM, and the attention network and the reward network may act as specific mechanisms linking CM to depression and aggression, respectively.
Childhood Maltreatment
童年虐待(Childhood Maltreatment, CM)是指个体在18岁以前遭受的各种形式的虐待和忽视,包括身体、性、情感虐待以及身体、情感忽视(
鉴于童年虐待与精神病理问题之间的强关联,大量研究试图调查童年虐待的神经生物学后果。研究发现,多个脑系统参与其中,包括威胁处理(杏仁核) (
与此同时,大量神经影像学研究阐明了童年虐待对抑郁影响的神经机制(
先前的研究强调,童年虐待对攻击行为和抑郁的影响的潜在机制涉及多个系统,包括奖励处理系统、威胁处理系统和执行控制系统。然而,这些发现令人困惑。一些研究将威胁系统异常确定为与童年虐待相关的内化问题的机制(
招募大学生被试完成了fMRI扫描,并使用行为问卷评估,如童年虐待、攻击行为和抑郁。排除了头部运动过多(平均fd > 0.2)和没有行为数据的参与者。具体来说,342名健康本科生(平均年龄20.08 ± 1.39岁;范围:17~26岁;257名女性和85名男性)完成了Buss Perry攻击问卷(Buss-Perry Aggression Questionnaire, BPAQ)和fMRI扫描,其中254名(平均年龄19.94 ± 1.44岁;范围:17~26岁;187名女性和67名男性)具有儿童创伤问卷简表(CTQ-SF)。518名健康本科生(平均年龄19.32 ± 1.46岁;范围:16~26岁;372名女性和146名男性)完成了贝克抑郁自评量表-II (Beck Depression Inventory-II, BDI-II)、儿童创伤问卷简表和fMRI扫描。所有参与者均没有精神病理症状或神经疾病,并在实验前提供了书面知情同意。
儿童创伤问卷简表。它是一种广泛使用的回顾性自我报告工具,旨在评估各种类型的童年逆境。这包括情感、身体和性虐待,以及情感和身体忽视。参与者被指示以5点李克特量表回答28个问题,从“从不”到“总是”(
Buss-Perry攻击问卷。参与者完成了一份自我报告的攻击行为测量,包括29个项目,评分范围为1~5分,从“极不符合我”到“极符合我”(
贝克抑郁自评量表-II。它是一种21个项目的自我报告问卷,用于评估过去两周内经历的抑郁症状的严重程度。BDI-II中的每个项目都使用4点李克特量表进行评分,范围从0到3。累积分数随后分为以下几类:0~13表示没有抑郁,14~19表示轻度抑郁,20~28表示中度抑郁,29~63表示重度抑郁(
静息态fMRI数据使用Siemens 3T Trio扫描仪(Siemens Medical Systems, Erlangen, Germany)获得。所有参与者都被告知闭上眼睛放松,但不要睡着,然后进行扫描。使用梯度回波类型回波平面成像(GRE-EPI)序列获得静息态fMRI数据:重复时间(TR) = 2000毫秒,回波时间(TE) = 30毫秒,翻转角(FA) = 90˚,视野(FOV) = 220 × 220 mm2,切片数 = 32,厚度 = 3毫米,切片间隙 = 1毫米,体素大小 = 3.4 × 3.4 × 4 mm3。使用磁化准备快速采集梯度回波(MPRAGE)序列获得高分辨率三维T1加权结构图像:TR = 1900 毫秒,TE = 2.52 毫秒,FA = 9˚,切片数 = 176,FOV = 256 × 256 mm2,厚度 = 1 毫米,体素大小 = 1 × 1 × 1 mm3。所有静息态fMRI数据都使用数据预处理和分析脑成像工具箱(the Data Processing & Analysis of Brain Imaging toolbox, DPABI, Version 3.1) (
数据预处理后,使用图论网络分析(GRETNA)工具箱(
使用NBS工具箱(version 1.2) (
所有相关性分析都使用SPSS 26.0软件(IBM Corp, 2019)完成。首先,本研究确定了与攻击行为相关的脑FC强度与童年虐待评分和攻击行为评分之间的关系。通过NBS工具箱获得了与攻击行为相关的mask (t矩阵)。因此,每个参与者的矩阵通过相同的边具有相同的模式,这些边具有FC值和零边。然后,使用Pearson相关性来计算每个参与者的童年虐待评分与攻击行为评分和脑FC强度之间的关系。
此外,本研究还确定了与抑郁相关的脑FC强度与童年虐待评分和抑郁评分之间的关系。使用从NBS工具箱获得的脑掩模(t矩阵),为每个参与者计算了与抑郁评分相关的脑FC强度值。然后,计算童年虐待评分与抑郁评分和脑FC强度之间的相关性。
为了更全面地调查静息态FC在童年虐待与攻击行为之间关系中的潜在中介作用,使用专门为SPSS设计的PROCESS宏(
我们计算了童年虐待评分与攻击行为/抑郁评分之间的关系。这些相关性的结果如
平均值 |
标准差 |
童年虐待 |
攻击 |
|
童年虐待 |
38.91 |
8.82 |
- |
- |
攻击 |
55.4 |
17.06 |
0.144* |
- |
抑郁 |
7.41 |
6.64 |
0.194** |
0.241** |
* p < 0.05; ** p < 0.01.
为了区分与童年虐待相关的攻击行为和抑郁的脑FC模式的组成部分,我们首先使用NBS识别了与攻击行为和抑郁相关,显著预测攻击行为和抑郁的脑FC。接下来,我们计算了每个参与者的FC强度,并使用Pearson相关性来评估脑FC强度与童年虐待评分之间的关系。
结果表明,有57个节点和56个边与攻击行为相关。我们确定了与攻击行为相关的神经解剖学特征。
接下来,结果表明有37个节点和35个边与抑郁相关。与抑郁相关的所有边集都与童年虐待评分显著相关。我们以同样的方式确定了与抑郁相关的神经解剖学特征。
此外,
节点序号 |
节点名称 |
所属网络 |
X |
Y |
Z |
76 |
OFC_R |
DMN |
8.36 |
47.59 |
−15.18 |
102 |
antPFC |
DMN |
12.73 |
54.87 |
38.19 |
123 |
STG_R |
DMN |
52.16 |
−2.43 |
−16.4 |
91 |
PCC_L |
DMN |
−2.94 |
−48.79 |
12.87 |
111 |
dACC_L |
DMN |
−11.06 |
44.62 |
7.61 |
262 |
FFG_L |
DAN |
−42.26 |
−60.12 |
−8.85 |
96 |
ANG_R |
DMN |
52.04 |
−59.37 |
35.52 |
101 |
SFG_R |
DMN |
22.11 |
39.21 |
38.9 |
174 |
MFG_L |
FPN |
−43.93 |
1.8 |
45.7 |
92 |
vPCC_R |
DMN |
7.94 |
−48.37 |
30.57 |
OFC = 眶额叶;antPFC = 前额叶皮层;STG = 颞上回;PCC = 扣带回后皮层;dACC = 背侧前扣带回皮层;FFG = 梭状回;ANG = 角回;SFG = 额上回;MFG = 额中回;vPCC = 腹侧后扣带回皮层;R,右;L,左;DMN = 默认网络;DAN = 背侧注意网络;FPN = 额顶网络。
节点序号 |
节点名称 |
所属网络 |
X |
Y |
Z |
231 |
PUT_R |
SBN |
28.52 |
0.82 |
4.01 |
52 |
INS_R |
CON |
36.73 |
0.78 |
−3.57 |
227 |
PUT_L |
SBN |
−21.97 |
7.48 |
−4.78 |
57 |
CLAU_L |
CON |
−34.37 |
3.29 |
4.19 |
210 |
MFG_R |
SAN |
36.89 |
32.35 |
−2.24 |
232 |
PUT_L |
SBN |
−31.38 |
−11.48 |
−0.3 |
233 |
CAU_R |
SBN |
14.98 |
4.94 |
7.24 |
234 |
THA_R |
SBN |
8.62 |
−3.57 |
5.76 |
76 |
OFC_R |
DMN |
8.36 |
47.59 |
−15.18 |
111 |
dACC_L |
DMN |
−11.06 |
44.62 |
7.61 |
PUT = 壳核;INS = 脑岛;CLAU = 屏状体;MFG = 额中回;CAU = 尾状核;THA = 丘脑;OFC = 眶额叶皮层;dACC = 背侧前扣带回;R,右;L,左;SBN = 皮层下网络;CON = 扣带回网络;SAN = 突显网络;DMN = 默认网络。
攻击相关的功能连接 |
边数 |
抑郁相关的功能连接 |
边数 |
DMN-DMN |
31 |
CON-SBN |
9 |
CON-DAN |
5 |
SBN-SBN |
7 |
FPN-SAN |
3 |
CON-CON |
4 |
DAN-SAN |
3 |
DMN-DMN |
3 |
FPN-FPN |
2 |
SAN-SBN |
3 |
FPN-SBN |
2 |
DMN-MRN |
2 |
DAN-DAN |
2 |
FPN-SAN |
2 |
DAN-SBN |
2 |
SAN-DAN |
2 |
DMN-SBN |
1 |
DMN-SAN |
1 |
DMN-VAN |
1 |
FPN-FPN |
1 |
FPN-DAN |
1 |
VAN-VAN |
1 |
VAN-FPN |
1 |
||
VAN-SAN |
1 |
||
SBN-SBN |
1 |
SAN = 突显网络;DAN = 背侧注意网络;DMN = 默认网络;CON = 扣带回网络;FPN = 额顶网络;SBN = 皮层下网络;VAN = 腹侧注意网络;MRN = 记忆检索网络。
为了研究童年虐待是否可以根据不同的脑FC与攻击行为和抑郁相关。使用中介分析,我们将童年虐待作为自变量,与攻击行为相关的脑FC作为中介变量,攻击行为作为因变量来建立中介模型。如
我们还使用中介模型检验了童年虐待与抑郁之间的中介作用,其中童年虐待作为自变量,抑郁作为因变量,与抑郁相关的脑FC作为中介变量。如
这是第一个尝试利用大量静息态fMRI数据阐明童年虐待对攻击行为和抑郁影响共同和特异性神经机制的研究。首先,我们使用NBS方法获取与攻击行为和抑郁分别相关的FC。然后,进行中介分析,以探讨这些FC模式在童年虐待与攻击行为/抑郁之间关系中的中介作用。结果表明,与攻击行为相关的FC模式主要包含DMN内部的连接、CON-DAN间的连接,而与抑郁相关的FC模式主要涉及奖励系统内部的连接、CON内部、DMN内部以及CON-奖励系统之间的连接。进一步地比较发现,CON和DMN在童年虐待与抑郁/攻击行为之间的关系中起着同样重要的作用。此外,注意网络是童年虐待与攻击行为之间独特的机制,而奖励系统仅在童年虐待与抑郁的相关性中起作用。
在遭受过童年虐待的个体中,无论是表现出攻击行为的个体还是具有抑郁症状的个体,其DMN内部和CON-其他区域的FC都一致表现出显著的异常变化。CON是构成执行控制网络的关键组成部分,负责执行诸如自我调节思想、行动和情绪等高级认知过程(
此外,DMN是最稳健可识别的网络,在外部注意力需求最小的情况下支持内部注意力和自我参照性思维(
同时,DMN相关的功能连接异常也可能反映(情感)自我参照过程中维度特定的变化,表明缺乏同情和无情特质(
在当前的研究中,我们强调CON和DAN之间与攻击行为相关的FC在童年虐待与攻击行为之间的关系中起中介作用。CON涉及高级认知功能,如注意力和工作记忆的控制(
此外,我们的结果表明,CON和奖励系统之间的FC介导了童年虐待与抑郁之间的关系。根据奖励的双过程理论,人脑包含两个不同的神经网络:奖励网络,负责处理主要奖励;认知控制网络,参与处理次要奖励(
尽管我们利用大量样本证实了童年虐待与攻击行为和抑郁之间的共同和独特机制,但仍需纵向研究来进一步确定因果关系。此外,由于本研究基于自我报告问卷,并依赖于参与者的记忆,因此存在回忆偏差的可能性。最后,本研究中的参与者是年轻人;未来的研究可以从纳入更多年龄段的参与者中受益,以增强研究的外部效度。