人格與大腦:相似的大腦連接模式 相似的人格

發布時間:2019-04-25 15:21:45 來源: 北京賽博爾醫藥科技有限公司

文獻簡介:人格的主體間相似性與大腦連接模式的主體間相似性相關(Intersubject similarity of personality is associated with intersubject similarity of brain connectivity patterns)發表于NeuroImage 186 (2019) 56–69,本研究探討了人格與個性化大腦連接模式之間的相關性


研究背景

人格是定義個體的高級心理概念,了解人格的生物基礎能夠更好地洞察個體的心理弱點和心理彈性,能力的傾向性以及擅長的領域,通過新的分析工具可以無偏的估計個體大腦結構和功能連接并且將個體間差異與人類行為和認知功能相關聯。

大五人格模型是使用最為廣泛的人格模型,包括五個因素:神經性(neuroticism)、外傾性(extraversion)、開放性(openness)、宜人性(agreeableness)、盡責性(conscientiousness)。

本研究基于如下假設:具有高度相似的大腦功能連接模式的被試群體具有更為相似的人格(即 相似的大腦 相似的人格)。使用基于表征相似性分析方法(representation similarity analysis, RSA)分析被試間的相似性;使用遺傳估計框架(heritability estimation framework)表示個體間相似性的效度(大腦功能連接以及人格特質是可遺傳的);通過同卵雙生子和異卵雙生子的研究信效度;最后探究大腦功能連接模式在多大程度上能夠預測大五人格分數


主要的材料和方法

HCP(http://www.humanconnectome.org),初始數據集使用HCP S900(剔除高齡被試,共有801名被試,年齡在22-35歲),HCP S1200數據集作為重復數據集(183名被試)。

功能連接分析:選取fMRI時間序列數據并在個體層面進行功能連接分析。經過預處理和組ICA(獨立成分分析)后得到時間序列,為了得到個體層面的fMRI時間序列,將每個組ICA得到的成分對應被試大腦空間圖(如下圖所示),得到了300個獨立成分(每個獨立成分被認為是一個網絡節點),建立了300*300網絡節點間的功能連接(如下圖所示)。


圖 全腦功能連接測量,基于大腦分割和相關矩陣的獨立成分分析得到300個不同的大腦區域,右側相關圖僅僅是示范,不是來自真實數據。

大五人格分析:使用HCP中行為測量的NEO-FFI人格數據,有60項問題,對于每個被試形成一個5*12(5種人格*每種人格的12項問題)的矩陣描繪人格。

家庭結構數據:92對同卵雙生子,49對同性異卵雙生子,用于測量大腦和人格的遺傳性,以及用于基于家庭的10折交叉驗證。

識別全腦的人格網絡

示意圖如下圖所示,大腦連接矩陣與人格總評分、每一個人格矩陣中的每一塊得分均做如下相關分析,并挑選出顯著性<.001的相關連接。


圖 全腦人格網絡的構建

研究主要結果

網絡如下圖所示

Agreeableness網絡: N positive=254 (占總邊數的0.005%), r positive=0.139 ; N negative=274 (占總邊數的0.006%), r Negative=-0.139; 

Openness網絡: N positive= 49 (占總邊數的0.001%), r positive=0.141; N negative=39 (占總邊數的0.0008%), r Negative=-0.139; 

Conscientiousness網絡: N positive=57 (占總邊數的0.001%), r positive=0.134; N negative=83 (占總邊數的0.001%), r Negative=-0.135; 

Neuroticism網絡: N positive=16 (占總邊數的0.0003%), r positive=0.130; N negative=15 (占總邊數的0.0003%), N negative= -0.131; 

Extraversion網絡: N positive=36 (占總邊數的0.0008%), r positive=0.136; N negative=17 (占總邊數的0.003%), r Negative=-0.134。





圖 左圖為與五種人格因素相關的大腦連接模式;右圖為顯著性最高的5個節點位置

遺傳力估計驗證主體間的相似性


圖 遺傳估計的大腦與人格 

圖(a) 同卵雙生子的全腦功能連接的相似性指數顯著高于異卵雙生子 

圖(b) 同卵雙生子的人格特征相似性指數顯著高于異卵雙生子 

圖(c) 同卵雙生子開放性盡責性和神經質相似性指數顯著高于異卵雙生子

圖(d) 同卵雙生子全腦人格網絡的相似性顯著高于異卵雙生子

圖注 MZ 同卵雙生子; DZ 異卵雙生子。

個體間大腦相似性與人格相似性分析

方法如下圖所示:

首先,基于初始數據集(訓練集)中得到全腦人格網絡,計算測試數據集被試連接矩陣與初始數據集被試的相關性 ;

然后,對測試數據集被試在初始數據集中找到大腦連接最相似的被試;

最后,計算這對被試人格的相似性。


圖 分析方法 

結果顯示來自測試數據集的被試與來自初始數據集的大腦連接模式匹配被試之間的人格相似性指數顯著高于隨機匹配的被試對(r = 0.373,p = 0.03, 5000次置換檢驗),如下圖b所示;類似地,在大腦連接相似性人格相似性之間存在正相關的統計趨勢,但未達到顯著水平(r=0.141, p=0.055, N=183),如下圖c所示



為了進一步研究普遍性,從初始數據集中推導出預測模型,并將其直接應用于測試數據集,如下圖所示。 


圖 得到預測模型的方法示意圖 在訓練樣本(主要數據集)中計算大腦全局人格網絡之后,模擬大五人格測試中每個項目的大腦連接模式和項目反應之間的關系。然后通過模型預測測試數據集被試每個項目得分。最后,我們通過比較真實測量的人格和預測的人格特征來評估預測準確性。

平均而言,這些分類器在預測大五人格每個項目得分時高于隨機水平(分類器準確=42.35%;隨機水平=20%,p <0.001)。 在所有183名被試中,平均而言,與其他被試的人格特征相比,分類器預測的人格特征更接近被試自己測量的人格特征(平均r = 0.487,p <0.001,5000次置換檢驗)。


總結

相似的大腦,相似的人格;基于個體大腦的連接模式,可以預測人格的不同方面,這種預測不是基于局部區域,而是依賴于大規模腦網絡的個體連接模式


參考文獻

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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