Aberrant functional activity and connectivity in the reward system in obsessive–compulsive disorder during reward task state and resting state using functional magnetic resonance imaging

Abstract

배경: 강박장애 환자는 통제 기제 및 보상 기제와 관련이 있는 피질선조체 회로의 기능적 활성 및 연결성에 손상이 있다고 알려져 있다. 그러나 강박장애 환자의 보상처리 기능에 대한 기능적 뇌영상 연구는 부족한 상태이다. 그러므로 강박장애 환자를 대상으로 보상과 처벌 같은 인센티브 처리시의 뇌의 기능적 손상을 연구하였다.

방법: 강박장애 환자군 20명과 성별, 나이, 지능에 있어서 통계적 차이를 보이지 않는 정상대조군 20명을 대상으로 금전적 인센티브 지연 과제를 수행하는 동안 기능적 자기공명영상을 촬영하였다. 얻어진 뇌영상 데이터를 가지고 기능적 활성 정도 및 기능적 연결성에 대한 분석을 진행하였다.

결과: 돈을 뺏길 수 있다는 것을 기대하는 동안, 강박장애 환자군이 정상대조군에 비하여 뇌섬엽의 활성이 증가되어 있었다. 돈을 얻거나 돈을 뺏기지 않은 피드백을 받았을 때, 강박장애 환자군이 정상대조군에 비하여 다양한 피질선조체 영역의 활성이 증가되어 있었다. 두 그룹간 기능적 연결성에 대한 결과를 비교하였을 때, 강박장애 환자군이 정상대조군에 비하여 휴지기와 돈을 얻는 것을 기대하는 동안 다양한 뇌 영역들간에 기능적 연결성이 증가되어 있었다. 그러나 돈을 뺏길 수 있는 것을 기대하는 동안에는 강박장애 환자군이 정상대조군에 비하여 기능적 연결성이 감소되어 있었다.

결론: 현 결과는 강박장애 환자들이 인센티브 처리에 있어 뇌의 기능적 활성에 손상이 있다는 증거를 제공한다. 또한 인센티브 처리와 휴지기 두 상태 모두에서 피질선조체 회로를 구성하는 뇌 영역간의 기능적 연결성의 손상이 있다는 증거를 제공한다. 현 연구는 기능적 연결성 분석 방법을 이용하여 강박장애 환자에 대한 피질선조체 모델 가설을 지지하는 결과를 제공한다.

Introduction: Obsessive-compulsive disorder (OCD) is characterized by aberrant functional activity and connectivity in the corticostriatal circuits that associated with control and reward mechanisms. However, only few neuroimaging studies of OCD have examined the reward processing. We examined the neural responses during incentive processing in OCD.

Methods: Twenty unmedicated patients with OCD and 20 age-, sex-, and intellectual quotient-matched healthy controls underwent functional magnetic resonance imaging during resting-state and while performing a modified monetary incentive delay task. We performed standard univariate general linear model analysis and functional connectivity analysis in both voxel- and ROI-wise manners.

Results: Compared with healthy controls, patients with OCD showed increased anterior insula activity during loss anticipation and increased ventral striatal activity in response to loss-avoidance outcome. In addition, patients with OCD showed increased activations in the corticostriatal regions in both gain outcome and loss-avoidance outcome. Patients with OCD had enhanced functional connectivity within the corticostriatal circuits during resting-state and gain anticipation, particularly the lateral orbitofrontal cortex and substantia nigra, whereas they had weakened functional connectivity during loss anticipation, particularly the dorsolateral prefrontal cortex.

Conclusions: These findings provide neural evidence for altered incentive processing in unmedicated patients with OCD, suggesting an elevated sensitivity to motivational stimuli as well as dysfunction of the ventral striatum. These findings also provide evidence that OCD have aberrant functional connectivity in the corticostriatal circuits even at rest as well as during incentive processing. Our findings support the prevailing hypothesis that corticostriatal circuits are dysfunctional in OCD, particularly representing an imbalance between ventral and dorsal circuits.