兒童期是大腦處於快速發育的關鍵敏感期，兒童腦智發育尤其容易受到來自家庭和社會環境因素影響。其中，社會經濟地位(socioeconomic status, SES)及所伴隨的壓力因素會對兒童學業成績、認知與學習能力和身心健康產生深遠的影響，這種影響可持續到成年期，甚至影響畢生發展。為此，解析社會經濟地位如何影響和塑造兒童青少年腦智發育已成為國際上研究熱點。
結合神經心理、生理心理、靜息態和情感認知任務下功能性磁共振成像（fMRI）技術方法，北師大認知神經科學與學習國家重點實驗室暨IDG/McGovern腦科學研究院秦紹正課題組揭示了社會經濟地位透過壓力激素皮質醇介導兒童大腦情感環路的作用途徑。該研究成果於2021年2月11日在Biological Psychiatry線上發表。
近年來，國際上諸多研究發現社會經濟地位差異，透過所伴隨的心理應激（俗稱壓力）因素，不僅影響個體當前身心健康和生活質量，而且還對個體未來發展和精神健康產生深遠的影響。其中，“壓力激素”皮質醇被認為是心理應激影響情感與腦健康發育的一個重要近端因子。
該激素是下丘腦-垂體-腎上腺軸（HPA軸）的終端產物，通常個體在處於壓力或應激狀態時會增加分泌來幫助個體更好地適應環境和應對壓力，以此維持機體的內穩態平衡。然而，長期壓力會造成HPA軸失調和皮質醇節律紊亂。雖然以往研究揭示了較低的社會經濟地位對人腦結構與功能均產生不同程度的影響，尤其是與情感相關的杏仁核與前額葉高階功能系統倍受關注，但是其背後作用途徑及神經生物機理不明。
鑑於此，課題組收集了來自239名6-12歲兒童的家庭社會經濟地位資訊以及唾液皮質醇，並獲取其中50名兒童的靜息態和情感識別任務的腦成像資料。其中，壓力激素皮質醇的分泌由掃描前一天晚上睡覺前的1個取樣點和掃描當天早上醒來後1小時內的4個取樣點共計五個唾液樣本，並結合每個兒童每個樣本採集時間點和睡眠時間等客觀資訊來繪製曲線下面積(AUC)，以此來評估兒童夜間睡眠直到清晨醒來後1小時內體內壓力激素的分泌總量；靜息態腦功能成像可以反映大腦自發神經活動與內在情感環路的功能連線模式；情緒識別任務的腦功能成像可以反映大腦在負面情緒刺激誘發下的大腦啟用和功能連線模式；該研究結合靜息態和任務態的腦成像來考察家庭社會經濟地位是否透過兒童的皮質醇分泌進而調控杏仁核-前額葉情緒環路。
研究1：透過分析239名兒童的家庭社會經濟地位以及體內壓力激素皮質醇分泌量，結果發現：來自社會經濟地位越低的兒童在夜間睡眠到清晨覺醒後分泌更少的皮質醇激素。
研究2-實驗1：透過分析社會經濟地位、兒童壓力激素分泌以及腦影像資料，結果發現：皮質醇分泌量的降低介導了由較低的社會經濟地位間接導致的兒童中央內側杏仁核CMA和基底外側杏仁核BLA跟內側前額葉/背外側前額葉靜息態功能連線偏高（圖1，CMA/BLA-mPFC和CMA/BLA-dlPFC環路）。該結果表明：較低的社會經濟地位作為長期壓力，可能引起兒童皮質醇分泌不足，透過作用於杏仁核和前額葉的皮質醇受體，進而引起杏仁核-前額葉環路靜息態功能連線增強
圖1. 社會經濟地位透過壓力激素分泌介導CMA/BLA-mPFC/dlPFC自發功能連線
研究2-實驗2：透過綜合分析社會經濟地位、壓力激素、靜息態以及情感識別任務態下fMRI資料，結果還發現：社會經濟地位和兒童的皮質醇分泌可以透過靜息態CMA-mPFC自發功能連線，進而影響兒童在負性情緒加工時腹內側前額葉(vmPFC)啟用水平（圖2），但對BLA-mPFC通路則沒有影響。
該結果表明：社會經濟地位透過壓力激素分泌以及靜息態下CMA-mPFC功能連結，進而介導負性情感辯識任務態下vmPFC的啟用水平。這很可能跟 CMA參與皮質醇的慢調控(slow genomic action)過程和情感刺激誘發下藍斑-去甲腎上腺素系統（LC-NE system）快速啟用的共同作用有關。
圖2. 社會經濟地位透過壓力激素分泌和靜息態CMA-MPFC自發功能連線從而介導負性情感任務下更高vmPFC啟用水平
有趣的是，在處理負性情感識別任務時，這些兒童表現則出更高CMA-dlPFC功能耦合模式（圖3），但BLA-dlPFC通路則沒有這種效應。這表明社會經濟差異和壓力激素皮質醇不僅影響兒童情感環路自發功能連線，還進而影響兒童杏仁核-前額葉通路在加工負性情緒資訊時的功能耦合模式。其中，對CMA及其相關前額葉在處理負性情感資訊時的影響最為明顯。
圖3. 社會經濟地位透過壓力激素介導負性情感加工中更強的CMA-dlPFC功能耦合
基於以上研究發現，我們提出了社會經濟地位差異對兒童情感環路發育影響的神經生物學模型，即社會經濟地位透過“壓力激素”皮質醇介導兒童杏仁核-前額葉情緒調控環路在靜息態和情感資訊加工時的神經活動模式，其中最顯著的作用發生在CMA相關前額葉環路。本研究為理解兒童情感與腦智發育，尋找兒童情緒問題發生發展的神經生物標記及其腦網路靶點提供新的啟示。
致謝：感謝本專案合作者陳旭教授和邱江教授以及北師大腦成像中心和西南大學心理學部腦成像中心的大力支援，感謝參與本專案的所有兒童及家長以及相關學校和老師對科學研究的支援和奉獻。本專案獲得了國家自然基金委面上專案、優秀青年基金和重點專案，萬人計劃科技創新領軍人才專案以及認知神經科學與學習國家重點實驗室開放課題等資助。