抑郁症情绪加工与认知控制的脑机制

  摘 要 抑郁症患者负性认知加工偏向是导致抑郁的一个主要认知因素,是抑郁症的一个稳定特质,这种偏向与对负性情绪刺激自下而上的情绪加工增强有关,表现为杏仁核和梭状回等脑区过度激活;也与自上而下的认知控制功能不足有关,表现为背外侧前额皮质、前扣带回等脑区活性不足,文章在前人研究基础上,提出了关于抑郁症情绪加工与认知控制脑机制的一个理论假说,即抑郁症的产生是由于抑郁症患者情绪加工脑区过度激活与认知控制脑区功能降低之间的相互作用而形成的恶性循环所介导。目前证明此理论假说在研究内容、研究材料、研究技术等方面还存在一些问题,这些可能是未来研究的方向。

  关键词 情绪加工;认知控制;相互作用;抑郁症

  1 前言

  抑郁症是一种常见易复发的精神障碍,据世界卫生组织统计,抑郁症已经成为目前世界的第四大疾病,预计到2020年将上升为仅次于冠心病的人类第二大负担疾病。2007年9月8日公布的一项全球性研究结果显示,抑郁症比心绞痛、关节炎、哮喘和糖尿病这四种疾病对人的危害更大,因此,对抑郁症发病机制的研究近年来已经成为一个重要的研究领域。

  抑郁症的发病机理比较复杂,国内外学者对此进行大量的研究。其中,抑郁症的认知机制是目前研究的热点之一。美国心理学家Aron,Beck1976年提出,抑郁症的产生是由于负性认知图式所致,随后大量研究证实,由于抑郁症患者大脑内存在着负性认知图式,使他们在对外界信息进行加工时,倾向于选择与自己消极图式相一致的负性信息,出现负性认知加工偏向(Mogg,Bradbury,&Bradley,2006;Taylor&John,2004)。引起抑郁症状的产生与持续(Ramel,Goldin,Eyler,Brown,Gotlib,&McQuaid,2007)。以往研究从情绪信息的加工异常或者从执行控制的功能下降等认知角度来阐明抑郁症出现负性认知加工偏向的原因,也有研究者从神经机制角度来揭示抑郁发生的机制,发现杏仁核、前额叶、扣带回等脑区活性异常与抑郁发生存在相关。近几年来,研究者们倾向于将认知研究与脑机制研究进行有机结合,从神经认知角度来解释抑郁的发病机制。在此过程中,他们已获得许多有价值的研究成果,这对解释抑郁症的发生有很多启示,因此,本文将此方面的研究进行一一综述,并进一步展望了该领域的研究方向。

  2 抑郁症自下而上的情绪加工特点及脑机制

  以往研究从自下而上的情绪加工角度来研究抑郁症脑机制的研究较多,研究较为成熟的脑区集中于杏仁核和梭状回,研究认为,杏仁核和梭状回等脑区的过度激活与抑郁症自下而上的情绪加工增强有关,

  2.1 杏仁核过度激活与抑郁症患者对负性刺激自下而上的情绪加工增强有关

  Matthews,Strigo,Simmons,Yang和Paulus(2008)利用情绪面孔匹配任务,研究了抑郁症患者在加工愤怒、恐惧和快乐情绪时的行为学特点以及其大脑激活模式。结果发现,抑郁症患者在加工愤怒、恐惧等情绪刺激时的反应时和正确率与正常人无显著性差异,但其大脑激活模式却表现出不同,与正常个体相比,抑郁症患者的双侧杏仁核出现了过度激活。另外,Matthews等还研究了杏仁核与其他部位激活特点之间的联系[称为“功能联合性(functional coupling)”]。他们发现,抑郁症患者双侧杏仁核和扣带回膝上部(subgenual cingulate)的功能联合性降低,而和扣带回膝下部(supragenual cingulate)的功能联合性增加。并且,随着抑郁症状的加重,双侧杏仁核和扣带回膝上部的功能联合性越差。他们认为,由于扣带回膝上部与情绪的认知调控有关,扣带回膝下部与负性自我相关信息的加工有关,故表明抑郁症患者对情绪的认知调控能力越差,越容易加工与自我相关的负性信息。Savitz和Drevets发现,不管单向抑郁患者,还是重性抑郁患者,其在知觉负性刺激时,杏仁核会出现过度激活(Savltz&Drevets,2009)。其他研究者也发现,当对负性情绪刺激进行注意(Surguladze,Brammer,Keedwell,Giampietro,Young,Travis,et al,,2005;Dannlowski, Ohrmann, Baue5 Kugel, Arolt,Heindel,et al,2007)、记忆(Hamilton&Gotlib,2008)时,抑郁症患者的杏仁核等脑区均出现了过度激活。另外,对抑郁复发病人的研究也得出了类似的结果,Ramel等(2007)对抑郁复发病人进行心境诱导后,让他们对呈现的情绪词进行自我相关评价,并在一段时间后进行自由回忆,结果发现,负性心境诱导后,编码情绪词时,抑郁症复发病人的双侧杏仁核出现显著激活,并且双侧杏仁核的活性增加将预测负性自我相关词汇回忆量的增加,说明双侧杏仁核的显著激活可能是抑郁复发的因素之一。

  2.2 梭状回过度激活与抑郁症患者对负性刺激自下而上的情绪加工增强有关

  除杏仁核外,梭状回也是抑郁个体负性情绪加工时一个明显的活性异常区。Surguladze等(2005)以悲伤面孔照片为实验材料,研究了重性抑郁患者加工悲伤情绪时的大脑激活模式。结果发现,相对于正常个体而言,重性抑郁患者的右梭状回等区域出现了过度激活,说明抑郁发生也可能与右梭状回等区域过度激活有关。另外,对抑郁易感性人群的研究也得到了与之一致的结论,Chan,Norbury,Goodwin和Harmer(1009)将抑郁易感性人群分为抑郁高风险人群和低风险人群,研究了他们在加工高兴和恐惧情绪面孔时的大脑激活模式。结果发现,相对于高兴情绪面孔,恐惧情绪面孔引起抑郁高风险组的右梭状回、颞叶左中回的活性出现显著增加,而抑郁低风险组没有出现这种现象;除此之外,抑郁高风险人群的右杏仁核、小脑、额叶左中回以及双侧顶叶的活性均出现了显著增加,说明虽然抑郁高易感性病人未出现显著的抑郁症状,但其梭状回等脑区的功能可能已经出现了选择性异常。Robe~son,Wang,Diaz,Aiello,Gersing,Beyer等人(2007)则从抑郁治疗的角度,反面证明了抑郁发生可能与右梭状回过度激活有关。经过抗抑郁治疗后,抑郁症患者加工负性信息时,其右梭状回、眼窝前额皮质、右杏仁核等区域的活性出现显著 下降。

  以上的研究似乎表明抑郁症患者的负性认知加工偏向可能反映的是对负性情绪刺激自下而上的反应增强(自下而上的情绪加工),与杏仁核、梭状回等脑区过度激活有关。也就是说,当抑郁症患者对情绪性刺激进行知觉、评估和反应(情绪加工)时,负性情绪刺激使其自下而上的反

  应增强(杏仁核、梭状回等脑区过度激活),因此,患者更多体验到负性情绪,从而产生抑郁。

  3 抑郁症自上而下的认知控制特点及脑机制

  3.1 前额叶区域活性不足与抑郁症患者自上而下

  的认知控制功能低下有关

  Bremner,Vythilingam,Vermetten,Vaccarino和Chamey(2004)探讨了被试完成口述记忆编码任务(verbal declarative memory encoding)时的大脑激活模式。在此任务中,被试需要排除其他信息的干扰而记下含字母“D”的单词以及回忆听到的一段话的内容,结果发现,相对于正常个体而言,抑郁症患者完成此任务时前扣带回、海马等脑区活性出现明显不足。Siegle,Thompson,Ca~eg Steinhauerae和7hasea(2007)让被试完成一项需要注意控制参与的数字分类任务(digitsorting task)。结果也发现,相对于正常个体而言,抑郁症患者背外侧前额皮质等脑区的活性出现显著下降。这与Savitz和Drevets的观点一致(savitz&Drevets,2009)。另外,Holmes和Pizzagalli(2008a)运用事件相关电位(event,related potentials,ERP)技术,让被试完成需要认知控制参与的色一词Stroop任务。结果发现,抑郁症患者完成此任务时比正常个体受到的干扰更大,出现错误的机率更大,认知控制能力下降,表现出N2、N450等脑电位波幅明显下降,并且,Holmes等还对脑电位进行脑资源定位分析发现,其定位于左背外侧前额皮质和背侧前扣带回,结果印证了以前研究的观点。

  虽然有研究发现(Wagner.Sinsel,Sobanski,K6hler,Marinou,Mentzel,et aL,2006;Wanner,Koch, Schachtzabel, Reichenbach, Saue~ &Schl6sser,2008;Holmes&Pizzagalli,2008b;Schl6sser,Wagne~Koch,Dahnke,Reichenbach,&Sauer,2008),抑郁症患者完成认知控制任务时背外侧前额皮质、前扣带回等脑区出现过度激活,但研究者认为仍然是由于自上而下的认知控制功能不足所致,即为了获得与正常个体同样的行为表现,抑郁症患者需要让认知控制脑区得到更大激活,以获得更多的大脑资源完成任务,说明抑郁症患者自上而下的认知控制功能受到损坏。笔者认为,结果之所以出现不一致的原因在于。后者大部分研究涉及了更为复杂的认知过程,更多的脑区参与此过程,故出现了脑区过度激活的现象,将来的研究可以此为研究点,探讨不同难度认知控制的神经机制之间的差异。

  3.2 不同脑区的相互作用模型

  除了研究抑郁症患者认知控制相关脑区的单独激活模式外,研究者进一步关注了抑郁症患者认知控制相关脑区间的相互作用模式,正是由于多个认知控制脑区之间的相互作用联系,引起抑郁产生。

  SchlOsser等(2008)让抑郁症患者完成S~ooo色一词任务,运用动态因果模型/dynamic causemodel)的分析方法,研究了其额叶皮质(背外侧前额皮质、腹外侧前额皮质)和扣带回(吻侧前扣带回、背侧前扣带回)之间的相互联系(见图1)。实验中,他们首先假设了一种模型(见模型1),视觉信息从大脑感觉区域(V1)输入,然后分别传入背外侧前额皮质和腹外侧前额皮质。信息到达背外侧前额皮质和腹外侧前额皮质(二者之间进行“信息交流”)后,再传到背侧前扣带回,最后传到吻侧前扣带回,在此过程中,前扣带回是高级的“认知控制区”,它主要负责错误监控以及冲突的解决。而背外侧前额皮质和腹侧前额皮质是“执行控制区”,负责执行“认知控制区”下达的命令。此观点与冲突监控模型的观点不相一致,冲突监控模型(Botvinick,Braver,Barch,&Cohen,2001;Badre&Wagner,2004)认为,前扣带回监控冲突,并且传递信号给外侧前额皮质来完成认知控制。两种观点之中哪一种正确,或者还有第三种情况,有待于进一步研究证实。

  由于从解剖学上看,背侧前扣带回和吻侧前扣带回是扣带回两个联系极其紧密的子区域,故研究者假想是否还存在第二种模型(见模型2),即背外侧前额皮质、腹外侧前额皮质与吻侧前扣带回之间可能存在直接的“信息交流”现象。经过实验验证,结果支持第一种模型。

  从以上的研究中我们发现,抑郁症患者的负性认知加工偏向可能反映的是自上而下的认知控制功能不足,与背外侧前额皮质、背侧前扣带回等脑区激活不足有关(认知控制脑区功能低下可能是多个脑区共同作用的结果)。也就是说,当抑郁症患者对外界刺激进行认知加工时,由于自上而下的认知控制功能不足(背外侧前额皮质、背侧前扣带回等脑区激活不足),不能抑制负性情绪信息带来的干扰,故出现负性认知加工偏向,从而产生抑郁。

  4 抑郁症自下而上的情绪加工与自上而下的认知控制的相互作用特点及理论假设

  以上的研究要么从抑郁症患者自下而上的情绪加工(如杏仁核、梭状回等脑区过度激活)来解释抑郁症的发生;要么从自上而下的认知控制(如背外侧前额皮质等脑区功能降低)来理解抑郁。但是,情绪加工和认知控制是单独发挥作用产生负性认知加工偏向,引起抑郁;还是相互作用产生负性认知加工偏向,共同导致抑郁呢?目前的研究不能完全回答这个问题,但进行了有益的探索。

  Siegle等(2007)让抑郁症患者分别完成一项情绪加工任务(情绪词评价任务)和一项执行任务(数字分类任务)。结果发现,在完成情绪加工任务时,抑郁症患者的杏仁核的活性升高;在完成执行任务时,其背外侧前额皮质的活性降低。但是,在Seigle等的研究中,由于完成的任务是两项相互独立的任务,所以难以判定抑郁症情绪加工与认知控制之间是如何相互作用、相互影响的。Dichter,Felder和Smoski(2009)让被试在情绪刺激或中性刺激背景下,对偶然出现的目标刺激做出反应,结果发现,情绪背景的加工会干扰认知控制过程,并且相对于正常个体而言,抑郁症患者完成认知控制任务时受情绪干扰的影响更大。另外,Fales,Barch,Rundle,Mintun,Snyder和Cohen(2008)将情绪加工任务和执行任务整合在一起,采用功能核磁共振技术静态观察发现,抑郁症患者的情绪加工脑区(杏仁核、前扣带回等)过度激活和认知控制脑区(背外侧前额皮质、背侧前扣带回等)的活性降低,并暗示二者之间可能存在相互作用,Banich,Mackiewicz,Depue,

  Whitmer,Miller和Heller(2009)经过文献分析发现,情绪信息加工对与认知控制有关的左背外侧前额皮质脑区实施自上而下(up-down)的影响,而背外侧前额皮质和背侧前扣带回也对情绪信息的抑制加工或控制情绪反应有着重要影响。

  根据以上的研究结果,我们进一步推论:抑郁症患者情绪加工和认知控制相互作用,产生负性认知加工偏向,共同介导抑郁,即当抑郁症患者进行负性情绪刺激加工时,自下而上的情绪加工增强(杏仁核、梭状回等脑区被激活),情绪加工的增强会引起认知控制功能下降,由于自上而下的认知控制能力不足(前额叶活性低),对情绪加工的抑制作用减弱,情绪加工进一步增强(杏仁核、梭状回等脑区过度激活),认知控制能力继续下降(前额叶活性继续降低),情绪加工过度增强,如此反复,形成情绪加工过度增强与认知控制功能降低之间的恶性循环,产生负性认知加工偏向,引起抑郁。

  首先,可以用图示理论对该理论假说加以印证,图示理论认为,当个体在对外界信息进行加工时,逐渐会将信息按某种方式存储与大脑之中,这种存储的知识会影响新信息的加工方式。对于抑郁症患者而言,以往对外界信息进行负性加工(自下而上的情绪加工)会使得他们在大脑里逐渐产生一种负性认知图示。当对外界信息进行加工时,负性认知图示会发挥自上而下的控制作用,促使抑郁症患者倾向于以消极方式组织、解释过去和当前的经验。出现负性认知加工偏向。情绪加工与认知控制之间形成恶性循环,引起抑郁症状的产生与持续(Ramel,Goldin,Eyler,Brown,Gotlib,&McQuaid,2007)。

  另外,该理论假说也从临床上得到了证据支持,王一牛和罗跃嘉(2004)经过研究发现,人类大脑存在一条通路,即“眶回-额叶-颞叶-杏仁核”通路,此联结通路损伤可导致患者情感淡漠,影响对未来情绪性事件的预测能力,致使不能适时地调整行为方式,另外,重复经颅磁刺激(repetitive Transcranial Magnetic Stimulation,rTMS)研究也发现,高频磁刺激能更多地兴奋大脑皮层中水平走向的联接神经元,提高大脑额叶皮质(左背外侧前额皮质等)功能水平,抑制大脑对负性情绪信息进行的偏向加工,可以起到缓解抑郁症患者抑郁症状的效果(Mitchell&Loo,2006;Mogg,Pluck,Eranti,Landau,Purvis,Brown,et al,2008)。

  5 现阶段研究中的局限与展望

  综上所述,抑郁症患者负性认知加工偏向是导致抑郁的一个主要认知因素,是抑郁症的一个稳定特质。这种偏向与对负性情绪刺激自下而上的情绪加工增强有关,也与自上而下的认知控制功能不足有关。二者之间可能相互作用,产生负性认知加工偏向,共同介导抑郁。关于抑郁症患者情绪加工与认知控制相互作用的研究,现阶段还存在诸多局限,总结起来主要有以下三点:

  第一,从研究内容看,有些研究只考察了抑郁症患者情绪加工对认知控制的影响,而并未考察认知控制对情绪加工的影响;有些研究只考察了抑郁症患者情绪加工与认知控制的单向作用,而未考察抑郁症患者情绪加工与认知控制的双向作用,而要想真正揭示二者之间的相互作用,必须同时考虑情绪加工对认知控制的作用、认知控制对情绪加工的作用以及情绪加工与认知控制的相互作用三种情况,系统揭示抑郁症患者情绪加工与认知控制的相互作用机制。

  第二,从研究材料看,目前这方面的研究大多采用的是恐惧情绪刺激,然而,已有研究表明,焦虑患者对恐惧图片具有高唤醒度(Bishop,Duncan,&Lawrence,2004),而对于抑郁症患者而言,他们对悲伤的情绪更为敏感(Gollan,Pane,McCloskey,&Coccaro,2008,),唤醒度更高,所以运用悲伤面孔图片作为刺激材料,得到的结果可能更符合抑郁症患者的实际情况。

  第三,从研究技术看,这方面现有的研究大多采用的是fMRI技术。虽然fMRI技术的特点是空间定位性较好,能较好定位情绪加工和认知控制的脑结构,但其只能通过静态观察情绪加工脑区与认知控制脑区的变化,而无法直接观察到二者之间是如何相互作用的。ERP技术是一个时间分辨率较高的电生理学研究手段,它可以从信息加工的时间先后次序的角度,动态而直接地反映抑郁症患者情绪加工与认知控制的相互作用特点。因此,要想研究抑郁症情绪加工与认知控制的相互作用机制,除了采用行为学技术、fMRI技术从行为和空间定位上对其进行研究,还可以采用ERP技术,从信息加工的时间序列角度进行动态系统地研究。

  因此,将来的研究,可从情绪加工对认知控制的作用、认知控制对情绪加工的作用以及二者之间的相互作用三个方面,结合行为学技术、功能性核磁共振技术和事件相关电位技术,从行为、脑结构和脑功能(静态和动态)角度,来揭示抑郁症情绪加工与认知控制之间的相互作用机制,以期揭示抑郁症负性认知加工偏向的神经认知机制,为抑郁症的发病机制提供证据。

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