晝夜節律與強化處理的神經關聯:一項整合MRI、fMRI及行為測量的多模態數據集研究

《Scientific Data》:Circadian rhythmicity and reinforcement processing: a dataset of MRI, fMRI, and behavioral measurements

【字體: 時間:2025年05月21日 來源:Scientific Data 5.8

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  本研究通過整合Morningness-Eveningness-Stability-Scale improved (MESSi20,31)問卷、Athens Insomnia Scale (AIS)等心理測量工具與高分辨率T1加權MRI、BOLD-fMRI技術,首次系統揭示了37名男性青年中晝夜節律特征(如distinctness振幅)與懲罰敏感性增強、獎勵反應減弱的神經機制,為情緒障礙和認知功能障礙的晝夜調控提供了新證據。數據集遵循BIDS標準開放共享,推動跨學科研究發展。

  

當清晨的陽光喚醒"百靈鳥型"人群時,"夜貓子"們可能正深陷負面情緒的泥沼。這種被稱為晝夜節律(circadian rhythmicity)的生物鐘現象,長期以來僅通過單一的晨昏傾向(chronotype)進行評估,卻忽略了更復雜的維度——每日能量波動的振幅(distinctness)和晨間情感(morning affect)。已有研究發現,夜型人群雖表現出更高智商,卻伴隨抑郁傾向和學業表現下降,這種矛盾現象暗示著生物鐘可能通過未知的神經機制調控著人類的情緒與認知功能。

為解開這個謎團,華沙大學生物學系的Patrycja Scislewska團隊聯合西班牙、美國的研究人員,在《Scientific Data》發表了突破性研究。他們創新性地采用多維度評估體系,結合 Monetary Incentive Delay (MID)任務fMRI范式,首次系統揭示了晝夜節律振幅與神經懲罰處理的關聯。研究發現高distinctness個體不僅表現出更強的負面情緒,其左側初級視覺皮層灰質體積與distinctness呈負相關,這為理解情緒障礙的神經基礎開辟了新視角。

研究團隊運用三大關鍵技術:(1) 采用3.0T MAGNETOM Prisma掃描儀獲取高分辨率T1加權解剖像(1mm3各向同性體素)和multiband EPI功能像(TR=2s);(2) 通過標準化MID任務(含28獎勵/28懲罰/4oddball試次)激活獎勵-懲罰處理神經網絡;(3) 整合8類心理量表(包括MESSi、SPSRQ、NEO-FFI等)評估37名20-30歲男性被試的晝夜特征與心理特質。所有數據經BIDS標準化處理并開放共享。

【數據記錄】
提供37名被試的完整神經影像(T1、BOLD、B0場圖)與行為數據,其中功能數據包含精確到ms的試次事件記錄文件,支持獎勵/懲罰處理的時變分析。

【技術驗證】
行為數據通過Kolmogorov-Smirnov檢驗確認正態分布(p>0.05)。神經影像質量指標優異:解剖像的灰白質對比噪聲比(CNR)達4.4倍,功能像的幀間位移(FD)<0.05mm,時間信噪比(tSNR)>30,B0場校正顯著提升信號穩定性。MID任務成功激活預期腦區(視覺/運動皮層),驗證了實驗范式的有效性。

【使用說明】
該BIDS結構化數據集特別適用于:(1) 探究distinctness與右側顳中回灰質體積的chronotype依賴性關聯;(2) 分析懲罰敏感性的神經表征差異;(3) 開發新的晝夜節律多維度分析模型。但需注意樣本局限(青年男性),建議后續研究擴展人群多樣性。

這項研究的重要意義在于:首次建立晝夜節律多維度特征(特別是distinctness)與強化學習神經機制的關聯模型,為解釋夜型人群情緒障礙提供了新機制——可能源于對懲罰信息的過度神經處理。數據集的開源特性(CC0許可)將加速晝夜神經科學領域的發展,對優化教育安排、輪班工作制等實際應用具有潛在指導價值。正如作者強調,未來需要進一步探索這些發現是否適用于女性、不同年齡層及文化背景的人群。

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