在基于认知努力的决策过程中，神经激活与精神分裂症和双相情感障碍退伍军人的意志缺失（avolition）之间存在关联

《Biological Psychiatry: Cognitive Neuroscience and Neuroimaging》：Neural activation during cognitive effort-based decision-making: Associations with avolition in Veterans with schizophrenia and bipolar disorder

精神分裂症与双相情感障碍患者的努力决策行为及脑功能差异研究。采用fMRI技术比较两组精神病患者与双相障碍患者及健康对照者在任务选择时的脑区激活模式，发现精神分裂症患者前扣带回、前额叶等区域激活度显著降低，且与动机障碍程度相关。研究揭示了两组患者在动机相关脑网络中的功能差异，为理解精神疾病动机异常的神经机制提供新证据。

　　

洛根·D·利瑟姆（Logan D. Leathem）|普贾·K·帕特尔（Pooja K. Patel）|迪安娜·M·巴奇（Deanna M. Barch）|艾米·M·希门尼斯（Amy M. Jimenez）|艾琳·K·莫兰（Erin K. Moran）|安娜·塞西莉亚·迈尔斯（Ana Cecilia Myers）|埃里克·A·雷维斯（Eric A. Reavis）|迈克尔·F·格林（Michael F. Green）|乔纳森·K·温（Jonathan K. Wynn

美国加利福尼亚州洛杉矶市大洛杉矶退伍军人事务医疗系统（Greater Los Angeles Veterans Affairs Healthcare System）

摘要

背景

基于努力的决策（Effort-Based Decision-Making, EBDM）是动机的重要组成部分。在精神分裂症（Schizophrenia, SZ）患者中，EBDM能力的受损与动机缺失之间存在一致性的关联。尽管这两种疾病在动机特征上存在显著差异，但在SZ和双相情感障碍（Bipolar Disorder, BD）中也观察到了类似的缺陷。相似的任务行为可能源于支持EBDM的大脑区域的功能差异。

方法

28名SZ患者、21名BD患者和30名对照组在功能性磁共振成像（fMRI）扫描过程中完成了一项认知EBDM任务。参与者需要在一项简单任务和一项需要更多努力的任务之间进行选择。奖励值被设置为促使参与者选择较费力的任务、较简单的任务，或者保持中立。

结果

SZ患者在面对无偏任务时花费的思考时间较少，并且在扣带回前部（ACC）、前岛叶（anterior insula）和外侧前额叶皮层（dlPFC）区域的激活程度低于对照组和BD组。在与无偏任务或倾向于简单任务的相比时，SZ患者在纹状体（striatum）、腹内侧前额叶皮层（vmPFC）和前扣带回皮层（PCC）中对高难度任务的激活增强，这与SZ患者的动机缺陷相关，而BD患者的动机缺失程度较低。

结论

SZ组在ACC及其他区域的激活程度较低。EBDM相关脑区激活与临床动机缺失之间的关联表明，SZ和BD的动机缺陷可能由不同的神经行为过程引起。

引言

与对照组相比，精神分裂症（SZ）患者在基于努力的决策（EBDM）方面存在异常（元分析见（1））。这些患者更不愿意为奖励付出努力，而EBDM能力的缺陷被认为是SZ动机缺失的核心特征（2, 3, 4）。

双相情感障碍（BD）患者在EBDM模式上也表现出与SZ相似的特征。无论处于疾病的哪个阶段（躁狂期、抑郁期或情绪稳定期），BD患者选择低努力选项的频率都高于对照组（5, 6, 7, 8）。对于SZ和BD来说，当高努力任务的奖励值增加时（即奖励更大或获得奖励的概率更高），患者愿意付出努力的意愿都会降低（5, 8, 9, 10）。鉴于这两种疾病在动机特征上的差异，这种行为上的相似性值得注意。SZ的特点是动机减弱（11, 12, 13），而BD的特点是动机调节紊乱，在抑郁期和情绪稳定期动机降低（14, 15），在躁狂期动机增强（16, 17）。由于这两种疾病在EBDM任务上的相似性贯穿于不同情绪状态，因此其表现模式可能源于不同的神经过程。

EBDM依赖于参与奖励和努力成本表征的大脑区域网络（18, 19）。在EBDM过程中，奖励强度的处理与腹侧纹状体（ventral striatum）（20, 21, 22）和腹内侧前额叶皮层（vmPFC）（23, 24, 25）的活动密切相关，后者似乎在决策过程中调节纹状体的活动（26）。EBDM过程中，努力强度与前扣带回皮层（ACC）和前岛叶的激活有关（27, 28）。奖励信息和努力成本信息的整合通常与ACC相关（29, 30, 31）。在整合努力和奖励信息时，还观察到vmPFC、后扣带回皮层（PCC）、楔前叶（precuneus）、腹侧纹状体（ventral striatum）和外侧前额叶皮层（dlPFC）的激活（18, 30, 31, 32）。dlPFC还通过监测努力能力（33）以及规划和启动需要努力的行为（34, 35, 36）来支持EBDM。

在SZ和BD中，这些区域都存在结构和功能异常。功能神经影像学研究的元分析显示，SZ患者在奖励处理和决策过程中腹侧纹状体的激活程度较低（20, 37, 38）。EBDM过程中纹状体的激活与SZ患者的动机缺陷有关（9, 20, 39）。扣带回和岛叶的功能异常也与SZ患者的努力表征有关（9, 38, 39, 40）。尽管很少有研究使用功能神经影像学方法研究BD的EBDM，但BD的神经生物学模型表明，BD患者在面对奖励时腹侧纹状体和ACC存在异常（41, 42），同时对高努力、有奖励的任务表现出前额叶的过度活跃（43）。只有一项fMRI研究同时调查了SZ和BD的EBDM（44）：SZ患者在奖励增加时，边缘系统区域之间的连接性增强。此外，BD组在奖励概率增加时表现出dlPFC激活减弱和楔前叶激活增强（44）。尽管对这两组患者EBDM的神经机制了解有限，但现有证据表明，奖励-努力计算过程中的神经激活对于理解这些疾病的动机异常具有潜力。

对SZ和BD的EBDM行为和fMRI研究均发现，当任务所需努力相对较大时，临床组与对照组之间存在差异（20, 44）。鉴于SZ和BD组在选择较费力任务方面的差异，根据个体对任务的评估来调整选择可以减少由于个体和组别在努力任务偏好上的差异所带来的混淆，同时探究对任务主观价值变化的大脑反应。通过调节努力任务的主观价值，可能会引发不同的激活模式，并为理解这两种疾病的动机机制提供见解。

在本研究中，我们使用了一种经过验证的认知EBDM测量方法（45），对SZ或BD患者以及健康对照组（HC）进行了研究。在基于任务的fMRI过程中，参与者需要在一项低努力任务和一项高努力任务之间进行选择，奖励值被设置为促使或阻碍参与者选择较费力的任务。我们预计SZ患者的奖励敏感区域（VS和vmPFC）的激活程度将低于BD和HC组，并且SZ和BD组的dlPFC也会表现出激活程度降低。我们进一步预计，当高努力任务的相对价值增加时，组间差异将更加明显。随后，我们探讨了EBDM区域激活与SZ和BD患者动机缺陷之间的关联。

部分内容摘录

参与者

本研究包括98名退伍军人，他们参与了关于SZ和BD动机过程的更大规模研究，该研究还包含了其他行为和影像学实验（例如（46）。（所有退伍军人均来自大洛杉矶退伍军人事务医疗系统（GLA）。研究程序获得了GLA机构审查委员会的批准。参与者提供了书面知情同意书，并获得了相应的补偿。）

纳入标准

结果

各组在年龄、性别或父母教育水平上没有显著差异（p > .10）。各组在教育水平上存在差异（F = 7.10, p = .002），SZ组的正规教育年限少于BD组和HC组（p < .01），但BD组和HC组之间没有差异（p = .998）。各组的种族构成也存在显著差异（X2 = 23.2, p = .01），SZ组中黑人退伍军人的比例高于HC组和BD组。

讨论

三组退伍军人（精神分裂症、双相情感障碍和对照组）完成了一项根据个体主观努力价值调整的EBDM任务。决策任务的设置旨在促使参与者选择更费力或更简单的任务。各组根据这些调整调整选择的方式没有显著差异，这表明基于个体努力折扣的决策调整方法是有效的。fMRI分析显示……

作者贡献

洛根·D·利瑟姆（Logan D. Leathem）：概念构建、数据整理、方法论设计、数据分析、可视化、初稿撰写。普贾·K·帕特尔（Pooja K. Patel）：概念构建、撰写——审稿和编辑。迪安娜·巴奇（Deanna Barch）：概念构建、撰写——审稿和编辑。艾米·希门尼斯（Amy Jimenez）：方法论设计、撰写——审稿和编辑；艾琳·莫兰（Erin Moran）：方法论设计、撰写——审稿和编辑。安娜·塞西莉亚·迈尔斯（Ana Cecilia Myers）：研究实施、项目管理；埃里克·雷维斯（Eric Reavis）：方法论设计、撰写——审稿和编辑；迈克尔·F·格林（Michael F. Green）：

披露

作者声明没有生物医学财务利益或潜在的利益冲突。

致谢

本手稿的部分工作得到了大洛杉矶退伍军人事务医疗系统（Greater Los Angeles Veterans Affairs Healthcare System, VISN 22）下属的精神疾病研究、教育与临床中心（MIRECC）提供的资源和设施支持。本文表达的观点仅代表作者本人，并不一定反映退伍军人事务部或美国政府的立场或政策。作者感谢实验室工作人员的支持。