甲基苯丙胺会调节持续注意力和唤醒状态下的功能连接特征

《Biological Psychiatry》：Methamphetamine modulates functional connectivity signatures of sustained attention and arousal

甲苯胺丙酮（MA）单次剂量20mg可显著提升健康成年人的持续注意力任务表现，并在静息态与任务态fMRI中同时观察到注意力相关脑网络（如高/低注意网络）的功能连接模式改变，这些变化可被机器学习模型有效区分，提示MA通过增强觉醒和注意力相关网络连接起作用，为验证脑行为生物标志物提供了新工具。

　　本研究探讨了甲基苯丙胺（MA）对健康成年人持续注意力表现及其相关脑网络功能组织的影响。研究团队由Yizhou Lyu、Anna Corriveau、Hanna Molla、Harriet de Wit和Monica D. Rosenberg组成，他们来自加州大学洛杉矶分校的心理学系。研究采用了一种单次剂量的实验设计，以评估MA在改善注意力表现的同时，如何影响大脑的功能连接模式。这一研究不仅有助于理解MA对大脑网络的具体作用，也为探索心理刺激药物如何调节行为相关的神经标记提供了新的视角。

在实验设计方面，研究采用的是“被试内设计”（within-subject design），即同一组被试在不同条件下接受测试。具体而言，76名健康的参与者在服用MA（20毫克）或安慰剂后，分别完成两次功能性磁共振成像（fMRI）扫描。此外，他们还进行了两次行为实验室测试，其中涉及一项持续注意力任务。在fMRI扫描过程中，数据是在药物达到峰值效应时采集的，以确保实验条件的一致性和可比性。而在行为测试中，参与者在扫描仪外完成任务，以减少扫描环境可能带来的干扰。同时，研究还采用了自我报告问卷来评估参与者在不同条件下的主观体验和状态变化。

被试的选择是基于一项之前已经发表的研究数据（44,45）。该研究招募了104名年龄在18至35岁之间的健康男性和女性志愿者，他们来自附近大学校园和周边社区。参与者是通过传单和社交媒体广告招募的，这确保了样本的广泛性和代表性。研究团队在补充数据中提供了更详细的关于任务和实验流程的信息，以增强研究的透明度和可重复性。

在研究方法中，研究者关注的是MA对预定义的注意力相关脑网络以及行为表现的影响。他们使用了两种不同的功能性连接模型（functional connectivity predictive models, CPMs）：一种是针对持续注意力的saCPM（sustained attention connectome-based predictive model），另一种是用于评估觉醒状态的arousal CPM。这两种模型可以帮助研究者识别MA如何改变大脑在不同任务和休息状态下的功能连接模式。研究者还通过比较MA和安慰剂条件下的功能连接强度，来评估药物是否对注意力相关网络产生特定的影响。

研究结果显示，服用MA的参与者在持续注意力任务中的表现明显优于安慰剂条件下的表现。这一发现表明，MA确实能够增强个体的注意力能力。同时，研究者还观察到，MA显著增强了与高注意力和觉醒相关的功能连接，而削弱了与低注意力和低觉醒相关的连接。这种变化在休息状态和任务状态下的fMRI数据中都得到了一致的验证，说明MA对注意力和觉醒相关的脑网络的影响是稳定的，并不依赖于特定的认知环境。此外，研究团队还利用支持向量机（support vector classifier）对MA和安慰剂条件下的功能连接模式进行了分类，结果表明这些模式在某些与觉醒相关的脑网络中存在显著的重叠。这进一步支持了MA对注意力和觉醒相关网络的调节作用。

值得注意的是，研究中提到的这些脑网络，如前额叶皮层、扣带回皮层、顶叶皮层、眶额皮层、丘脑、小脑和杏仁核，都是与注意力和觉醒密切相关的区域。这些区域在大脑中承担着不同的功能，例如前额叶皮层与决策、计划和执行功能相关，而扣带回皮层则参与情绪调节和注意力维持。顶叶皮层和眶额皮层则在信息处理和注意力分配中起着关键作用。丘脑作为大脑的中继站，负责传递信息到其他脑区，对维持觉醒状态至关重要。小脑和杏仁核则分别涉及运动协调和情绪反应，它们的功能变化也可能影响个体的注意力表现。

研究还提到，虽然MA和甲基苯丙胺（methylphenidate）在作用机制上有所不同，但它们在改善注意力和认知功能方面具有相似的效果。MA通过增强神经递质的释放，而甲基苯丙胺则主要通过阻断神经递质的再摄取。尽管作用机制不同，这两种药物在行为表现上的影响却是类似的。这一发现为理解不同心理刺激药物如何影响大脑功能提供了重要的参考。此外，研究团队还指出，MA的使用可能会导致长期的功能网络变化，如持续使用MA会破坏大脑的功能组织，并导致认知控制网络与默认模式网络之间的异常交互。这些结果对于理解MA在临床使用中的潜在影响具有重要意义。

从研究的背景来看，注意力是一个基本的神经认知过程，可以受到心理刺激药物的调节。持续注意力，即个体在一段时间内保持对任务的专注能力，既是一种稳定的特质，也是一种动态的状态，它涉及到大脑多个网络的协同作用。研究团队指出，持续注意力的表现可以受到多种因素的影响，包括认知条件和药物干预。例如，一些研究表明，药物可以增强或削弱持续注意力的能力。这种现象在临床中尤为重要，因为心理刺激药物常被用于治疗注意力障碍相关疾病，如注意力缺陷多动障碍（ADHD）。因此，了解这些药物如何影响大脑的功能网络，对于理解其作用机制和优化治疗方案具有重要的意义。

在研究的意义方面，团队强调了心理刺激药物作为因果性工具的价值。通过观察这些药物如何改变大脑的功能连接模式，研究者可以更深入地理解注意力相关的神经标记是否具有鲁棒性（robustness）、可推广性（generalizability）和可解释性（interpretability）。这些神经标记不仅可以帮助识别注意力障碍的个体，还可以用于评估治疗效果和预测疾病进展。此外，研究还指出，这些发现与之前关于其他心理刺激药物（如甲基苯丙胺）的研究结果相一致，进一步支持了心理刺激药物在调节注意力和相关网络中的普遍作用。

在讨论部分，研究团队总结了MA对注意力相关网络的调节作用。他们提到，之前的研究已经表明，甲基苯丙胺可以影响注意力相关的功能网络，但该研究采用的是被试间设计（between-subject design），而本研究则采用了被试内设计，以减少个体间的差异对结果的影响。这种设计使得每个参与者都成为自己的对照，从而提高了研究结果的可靠性。此外，研究团队还指出，这种设计能够更准确地捕捉到药物对大脑功能的直接效应，而不是由个体差异引起的间接变化。

研究的局限性之一在于，它仅评估了单次剂量的MA对注意力和觉醒网络的影响，而没有考虑长期使用MA可能导致的神经适应或变化。此外，虽然研究中采用了功能性磁共振成像技术，但该技术仍然存在一定的局限性，例如其对时间分辨率的限制，以及无法直接测量神经元的电活动。因此，未来的研究可能需要结合其他神经成像技术，如脑电图（EEG）或正电子发射断层扫描（PET），以更全面地理解MA对大脑功能的影响。

总体而言，这项研究为理解心理刺激药物如何影响大脑功能提供了新的证据。通过比较MA和安慰剂条件下的功能性连接模式，研究团队揭示了MA在增强持续注意力和觉醒状态方面的作用。这些发现不仅有助于深化对MA作用机制的理解，也为探索其他心理刺激药物的神经影响提供了参考。此外，研究还强调了功能性连接模型在评估药物效应中的重要性，表明这些模型可以作为有效的工具，用于研究药物对大脑功能的因果性影响。未来的研究可以进一步探讨这些药物在不同剂量和使用频率下的影响，以及它们对长期认知功能的潜在影响。