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本次分享ANDlab和北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室暨IDG/麦戈文脑科学研究院刘超教授实验室合作的一项工作，新发表在Cerebral Cortex的一篇文章：Oxytocin modulates social brain network correlations in resting and task state
Introduction
近年来，一些研究表明，个体在静息状态时的大脑活动模式可能是任务状态下神经活动的关键支架[1, 2]。静息态脑网络的活动对任务态脑网络的活动具有显著预测作用，并且这种预测作用具有个体差异性[3]。催产素(oxytocin，OT)作为一种与人们的情绪状态及亲社会行为密切相关的激素，已被很多研究证实可以调节社会大脑网络在任务状态和静息状态的神经活动[4, 5]。然而，催产素如何影响静息态脑网络活动对任务态脑网络活动的支架作用尚未被研究。
近日，我们在Cerebral Cortex杂志在线发表了题为“Oxytocin modulates social brain network correlations in resting and task state”的研究论文，阐述了催产素如何影响静息态脑网 络活动对任务态脑网络活动的预测模型。北京师范大学与澳门大学联合培养硕士吴清缘为本文的第一作者，澳门大学的伍海燕教授和北师大的刘超教授为通讯作者。北师大硕士黄骐同学为本研究合作者。在此研究中作者发现，在催产素的影响下，任务态楔前叶网络活动的最强预测源从静息态下的楔前叶网络转为背侧默认网络。同时，催产素降低了使用预测模型预测任务态楔前叶网络活动时的个体差异性。这些发现揭示了催产素对于静息-任务态脑网络之间关联的调节作用。
Experiment
该研究招募了59名男性被试，其中30人吸入了24IU的鼻喷催产素（oxytocin, OT），29人吸入了同等剂量的安慰剂(placebo，PL)。在完成了情绪状态（PANAS）及人格问卷（Big-Five）之后，被试进行了为期5分钟的静息态fMRI扫描，随后完成了任务态扫描。
       图1 实验流程
由于在前人研究中催产素对于默认网络的影响最大（静息态和任务态下都是如此），而默认网络负责处理与个体本身相关的信息（在内省时活动增强），因此在任务态扫描期间，被试完成了一个面孔识别任务。研究者在实验前采集了被试的面孔照片，一些与被试年龄相仿的成年男性面孔图片，以及一些婴儿的面孔图片。面孔识别任务包括4种合成面孔材料，分别是将婴儿面孔与被试面孔融合（child-self）；成年男性面孔与被试面孔融合（adult-self）；婴儿面孔与成年男性面孔融合（child-other）；两个成年男性面孔融合（adult-other）。在实验期间，研究者要求被试在看到合成面孔时辨认该面孔是否是由被试自己的照片合成的。本研究并未发现催产素改变了被试辨认面孔的正确率和反应时。
Method
                                  图2 研究采用的分析方法流程示意图   
(B)提取成分（脑网络）；(C)构建静息态到任务态脑网络的预测模型；(D)检测模型预测精度
研究者用主成分分析法对四个状态的fMRI数据提取了成分（图2 B），并将每个成分（independent component，IC）与脑网络模板做相关。与每个脑网络模板的空间相关系数均不显著的成分被剔除。任务态主成分的时间序列还需额外与实验任务的设计矩阵做相关，以确保该成分的活动是由实验任务诱发的。相关显著的成分才能被保留。最后，两种药物条件下的静息态数据都保留了30个成分，任务态数据都保留了4个成分（图2 B）。
Result
为每个被试构建了静息态脑网络活动预测任务态脑网络活动的预测模型（图2 C），发现吸入催产素的30名被试显示任务态楔前叶网络活动（precuneus network，PN）的最强预测源是静息态下的背侧默认网络（dorsal default mode network，DDMN），而吸入安慰剂的29名被试的任务态PN的最强预测源是静息态下的楔前叶网络本身（图3）。这一结果表明催产素改变了静息态脑网络活动对任务态脑网络活动的支持机制。
  图 3 不同静息态脑网络对每个任务态脑网络活动的预测强度
为了探索预测模型的个体差异性，研究者对比了被试的自预测精度（用被试X的静息态数据带入X的模型，将得到的预测任务态激活与X的真实任务态激活做相关）和他预测精度（用被试X的静息态数据带入被试Y的模型，将得到的预测任务态激活与Y的真实任务态激活做相关）之间的差异（图2 D，Method 2）。发现催产素显著降低了楔前叶网络的自预测-他预测之间的差异(图4 B)。
图 4预测模型的准确率以及相比于他预测准确率，自预测准确率的提升（自预测准确率减去他预测准确率，再除以他预测准确率，从而得到提升百分比）。
Discussion
综上所述，该研究利用核磁共振成像技术，揭示了催产素对楔前叶网络的特殊作用：催产素增强了静息态背侧默认网络对面孔识别任务中的楔前叶网络的预测作用，同时只显著降低了楔前叶网络预测模型的个体差异。该研究为催产素影响大脑神经活动的方式提供了新的视角和证据。后续研究可进一步探究背侧默认网络与楔前叶网络之间的相互作用关系，以及静息态大脑活动对任务态大脑激活的支持机制。此外，该研究仅探讨了催产素对男性被试在面孔识别任务中的神经活动的影响，未来可进一步探索催产素对女性被试的作用，以及催产素会如何影响静息态大脑活动与其他类型的任务诱发的神经活动之间的关联。
本研究受到广东省自然科学基金(2021A1515012509)，澳门大学SRG (SRG2020-00027-ICI)，深港澳科技创新项目(SGDX 2020110309280100)，澳门科技发展基金(FDCT) (0127/2020/A3)，国家自然科学基金(NSFC) (U1736125)，国家社会科学基金重大项目(19ZDA363)，北京市科学与技术委员会(Z151100003915122)，以及北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室开放研究基金项目(CNLYB2002)资助。
论文：Qingyuan Wu, Qi Huang, Chao Liu, Haiyan Wu, Oxytocin modulates social brain network correlations in resting and task state, Cerebral Cortex, 2022;, bhac295, https://doi.org/10.1093/cercor/bhac295
Reference
1. Pang, L., et al., Resting-state functional connectivity of social brain regions predicts motivated dishonesty. Neuroimage, 2022. 256: p. 119253.
2. Tavor, I., et al., Task-free MRI predicts individual differences in brain activity during task performance. Science, 2016. 352(6282): p. 216-20.
3. Elliott, M.L., et al., General functional connectivity: Shared features of resting-state and task fMRI drive reliable and heritable individual differences in functional brain networks. Neuroimage, 2019. 189: p. 516-532.
4. Wu, H., et al., Oxytocin effects on the resting-state mentalizing brain network. Brain Imaging Behav, 2020. 14(6): p. 2530-2541.
5. Wang, Y., R. Wang, and H. Wu, The role of oxytocin in modulating self–other distinction in human brain: a pharmacological fMRI study. Cerebral Cortex, 2022.
文案：qingyuan
修订：tianyan
校对：haiyan
Email：[email protected]

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