前额叶-纹状体环路介导奖赏动机及决策障碍的跨诊断多模态影像学研究

A cluster of symptoms including avolition, anhedonia, and asociality, is a prominent aspect of psychopathology in several neuropsychiatric disorders, most notably major depressive disorder (MDD) and schizophrenia. Recent advances indicate that this symptomatological dimension is tightly coupled with the reward processing abnormalities and share similar neural substrates across different disorders, supporting a transdiagnostic approach to reveal the underlying cognitive and neurobiological mechanisms. Combining the neurocognitive assessment and the multi-modality magnetic resonance imaging techniques is a promising direction to reveal the neural foundations of reward-based motivation and decision-making. This study will dissect the motivation and decision-making subcomponents of reward processing, and investigate the related structural and resting/task-state functional connectivity alterations among the subregions in frontostriatal circuitry. Furthermore, the glutamate (Glu), glutamine (Gln), and γ-aminobutyric acid (GABA) levels will be measured by proton magnetic resonance spectroscopy (1H-MRS) in the key nodes of reward-related prefrontal areas: ventromedial prefrontal cortex (vmPFC) and dorsal anterior cingulate cortex (dACC). The potential downstream effects of primary deficits in glutamategic neurotransmission on striatal dysfunction will be studied as well. In summary, the integrated analysis of multimodality information from anatomical structure, baseline neurotransmitter concentration, dynamic BOLD signals of resting-state and reward task-related functional MRI, and the behavior performance, will provide a comprehensive cognitive and neurobiological framework for understanding the role of frontalstriatal circuitry in reward-based motivation and decision-making deficits. This project provide new study strategy for the investigation of reward processing abnormalities and promise for developing more targeted and effective treatment strategies.

动机减退及快感缺失症状群可见于多种精神疾病，尤其是重性抑郁障碍与精神分裂症。近期研究表明这类症状表现的核心为奖赏加工的异常，且在不同疾病中可能存在共同的神经基础。运用跨诊断的研究方式针对奖赏动机与决策这一行为学维度进行深入研究，是揭示其神经机制与生物学特征的新思路与可能途径。本研究拟结合多模态磁共振影像技术，多种认知评估方法，与针对性的动机/决策实验任务，检测奖赏动机与决策障碍者的异常神经机制。尤其针对前额叶-纹状体环路中各个子区域间形成的复杂通路，从子功能区域的形态学改变，结构连接，功能连接及其动态变化，以及关键脑区的递质代谢等多个水平开展研究。最终整合解剖形态到功能连接、生化代谢到功能信号传导，病理改变到行为异常的多层次生物学信息进行综合建模分析，有效地刻画出前额叶-纹状体环路介导奖赏动机与决策障碍产生的神经机制。本研究可为靶向治疗干预提供新思路与新证据，具有重要的学术意义与应用前景。

本项目基于整合研究模式，综合运用了行为学建模，包含T1/DTI结构MRI成像、静息态/任务态BOLD功能MRI成像的多模态核磁共振技术，EEG与事件相关电位ERP技术，以及机器学习分类方法等，以首发重性抑郁障碍及精神分裂症为研究对象，聚焦奖赏相关动机与决策障碍症状群的潜在神经机制，尤其对前额叶-纹状体子环路的结构，功能，生理改变在动机及决策异常产生中的作用进行了系统分析，建立了针对奖赏相关动机与决策障碍症状群的行为－脑影像多特征融合客观分类诊断模型，具有高度的原创性理论价值和应用前景。目前本项目已按照计划完成，建立了含120名奖赏动机与决策障碍患者及60名正常对照在内的全面量表评估、行为学实验、多模态MRI、以及EEG/ERPs数据库。项目组目前已发表标注基金资助的学术论文 20 篇，包括行业Top级国际期刊3篇，并多次在国际国内学术会议上报告项目相关研究成果，包括特邀报告3次，国际会议交流２次，国内会议交流6次。此外，在此项目完成过程中申请国家发明专利 2 项并已获授权一项；获得2019年度湖南省自然科学奖二等奖一次（第五参与人）。在课题研究的过程中培养了8名研究生以及2名青年教师，并积极开展与哈佛大学，哥伦比亚大学、复旦大学、中科院心理所等国外知名学术机构的合作，建立了较稳定的科研团队。总之，本项目研究已达到原计划的研究目标并有一定的扩展。本项目组将继续深入挖掘所得数据，撰写高原创性研究论文，并积极进行成果转化。