人格与大脑:相似的大脑连接模式 相似的人格

发布时间:2019-04-25 15:21:45 来源: 北京赛博尔医药科技有限公司

文献简介:人格的主体间相似性与大脑连接模式的主体间相似性相关(Intersubject similarity of personality is associated with intersubject similarity of brain connectivity patterns)发表于NeuroImage 186 (2019) 56–69,本研究探讨了人格与个性化大脑连接模式之间的相关性


研究背景

人格是定义个体的高级心理概念,了解人格的生物基础能够更好地洞察个体的心理弱点和心理弹性,能力的倾向性以及擅长的领域,通过新的分析工具可以无偏的估计个体大脑结构和功能连接并且将个体间差异与人类行为和认知功能相关联。

大五人格模型是使用最为广泛的人格模型,包括五个因素:神经性(neuroticism)、外倾性(extraversion)、开放性(openness)、宜人性(agreeableness)、尽责性(conscientiousness)。

本研究基于如下假设:具有高度相似的大脑功能连接模式的被试群体具有更为相似的人格(即 相似的大脑 相似的人格)。使用基于表征相似性分析方法(representation similarity analysis, RSA)分析被试间的相似性;使用遗传估计框架(heritability estimation framework)表示个体间相似性的效度(大脑功能连接以及人格特质是可遗传的);通过同卵双生子和异卵双生子的研究信效度;最后探究大脑功能连接模式在多大程度上能够预测大五人格分数


主要的材料和方法

HCP(http://www.humanconnectome.org),初始数据集使用HCP S900(剔除高龄被试,共有801名被试,年龄在22-35岁),HCP S1200数据集作为重复数据集(183名被试)。

功能连接分析:选取fMRI时间序列数据并在个体层面进行功能连接分析。经过预处理和组ICA(独立成分分析)后得到时间序列,为了得到个体层面的fMRI时间序列,将每个组ICA得到的成分对应被试大脑空间图(如下图所示),得到了300个独立成分(每个独立成分被认为是一个网络节点),建立了300*300网络节点间的功能连接(如下图所示)。


图 全脑功能连接测量,基于大脑分割和相关矩阵的独立成分分析得到300个不同的大脑区域,右侧相关图仅仅是示范,不是来自真实数据。

大五人格分析:使用HCP中行为测量的NEO-FFI人格数据,有60项问题,对于每个被试形成一个5*12(5种人格*每种人格的12项问题)的矩阵描绘人格。

家庭结构数据:92对同卵双生子,49对同性异卵双生子,用于测量大脑和人格的遗传性,以及用于基于家庭的10折交叉验证。

识别全脑的人格网络

示意图如下图所示,大脑连接矩阵与人格总评分、每一个人格矩阵中的每一块得分均做如下相关分析,并挑选出显著性<.001的相关连接。


图 全脑人格网络的构建

研究主要结果

网络如下图所示

Agreeableness网络: N positive=254 (占总边数的0.005%), r positive=0.139 ; N negative=274 (占总边数的0.006%), r Negative=-0.139; 

Openness网络: N positive= 49 (占总边数的0.001%), r positive=0.141; N negative=39 (占总边数的0.0008%), r Negative=-0.139; 

Conscientiousness网络: N positive=57 (占总边数的0.001%), r positive=0.134; N negative=83 (占总边数的0.001%), r Negative=-0.135; 

Neuroticism网络: N positive=16 (占总边数的0.0003%), r positive=0.130; N negative=15 (占总边数的0.0003%), N negative= -0.131; 

Extraversion网络: N positive=36 (占总边数的0.0008%), r positive=0.136; N negative=17 (占总边数的0.003%), r Negative=-0.134。





图 左图为与五种人格因素相关的大脑连接模式;右图为显著性最高的5个节点位置

遗传力估计验证主体间的相似性


图 遗传估计的大脑与人格 

图(a) 同卵双生子的全脑功能连接的相似性指数显著高于异卵双生子 

图(b) 同卵双生子的人格特征相似性指数显著高于异卵双生子 

图(c) 同卵双生子开放性尽责性和神经质相似性指数显著高于异卵双生子

图(d) 同卵双生子全脑人格网络的相似性显著高于异卵双生子

图注 MZ 同卵双生子; DZ 异卵双生子。

个体间大脑相似性与人格相似性分析

方法如下图所示:

首先,基于初始数据集(训练集)中得到全脑人格网络,计算测试数据集被试连接矩阵与初始数据集被试的相关性 ;

然后,对测试数据集被试在初始数据集中找到大脑连接最相似的被试;

最后,计算这对被试人格的相似性。


图 分析方法 

结果显示来自测试数据集的被试与来自初始数据集的大脑连接模式匹配被试之间的人格相似性指数显著高于随机匹配的被试对(r = 0.373,p = 0.03, 5000次置换检验),如下图b所示;类似地,在大脑连接相似性人格相似性之间存在正相关的统计趋势,但未达到显著水平(r=0.141, p=0.055, N=183),如下图c所示



为了进一步研究普遍性,从初始数据集中推导出预测模型,并将其直接应用于测试数据集,如下图所示。 


图 得到预测模型的方法示意图 在训练样本(主要数据集)中计算大脑全局人格网络之后,模拟大五人格测试中每个项目的大脑连接模式和项目反应之间的关系。然后通过模型预测测试数据集被试每个项目得分。最后,我们通过比较真实测量的人格和预测的人格特征来评估预测准确性。

平均而言,这些分类器在预测大五人格每个项目得分时高于随机水平(分类器准确=42.35%;随机水平=20%,p <0.001)。 在所有183名被试中,平均而言,与其他被试的人格特征相比,分类器预测的人格特征更接近被试自己测量的人格特征(平均r = 0.487,p <0.001,5000次置换检验)。


总结

相似的大脑,相似的人格;基于个体大脑的连接模式,可以预测人格的不同方面,这种预测不是基于局部区域,而是依赖于大规模脑网络的个体连接模式


参考文献

Liu, W., Kohn, N., & Fernández, G. (2019). Intersubject similarity of personality is associated with intersubject similarity of brain connectivity patterns. NeuroImage, 186, 56–69.



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