fMRI study on the effect of anxiety on emotional processing and sleep

Abstract

Trait anxiety has been associated with sleep deprivation and emotional processing. Anxiety is linked with increased amygdala activity during fear stimuli, in turn, sleep deprivation is connected with reduced activity of the medial prefrontal cortex, which is also related to emotional processing and anxiety. This paper examined relations between anxiety levels in healthy subjects, sleep variables, emotional assessments, and brain activity. The assumptions were that subjects with higher anxiety levels had increased emotional reactivity and worse sleep quality, which were examined by different sleep variables, e.g. REM interruption density.

The subjects were divided into the anxious and the non-anxious groups by the Generalized Anxiety Disorder-7 (GAD-7) test. Sleep quality was measured using polysomnography. Brain activity was scanned using functional magnetic resonance imaging (fMRI) measurements during which the subjects watched emotional video clips. Similarity matrices were generated from anxiety levels, sleep variables, and emotional assessments. Voxel-wise inter-subject correlation (ISC) analysis was performed followed by the region of interest (ROI) analysis.

Most brain activity observed using ISC was related either to the visual, auditory, or motor cortex. Region-of-interest analysis connected differences in brain activity between the anxious and the non-anxious groups with the left middle occipital, left occipital inferior, left superior occipital, right superior temporal, right fusiform, left fusiform, right precentral, postcentral, right lingual gyrus.

Taken together, these results suggest that trait anxiety modulates emotional processing elicit by video clips, however, sleep quality measures that were used failed to explain these differences.

Piirreahdistuneisuudella on huomattu olevan yhteyksiä univajeen sekä emotionaalisen prosessoinnin kanssa. Pelkoärsykkeen on havaittu lisäävään ahdistuneissa koehenkilöissä amygdalan aktiivisuutta. Univajeen on puolestaan havaittu vähentävän aktiivisuutta mediaalisessa prefrontaalikorteksissa, joka on yhdistetty emotionaaliseen prosessointiin ja ahdistuneisuuteen. Tutkimus pyrki selvittämään yhteyksiä ahdistuneisuustasojen, unimuuttujien, emotionaalisten arviointien sekä aivojen aktiivisuuden välillä. Tutkimuksessa oletettiin, että koehenkilöiden ahdistuneisuustaso korreloi positiivisesti emotionaalisen reaktiivisuuden ja unenlaadun kanssa.

Ahdistuneisuustasot määritettiin GAD-7 testillä, jonka avulla koehenkilöt jaettiin ahdistuneet ja ei-ahdistuneet ryhmiin. Unenlaatu selvitettiin polysomnografialla ja unipäiväkirjalla. Aivoaktiivisuuden ja emootioiden prosessoinnin mittaamiseen käytettiin funktionaalista magneettikuvantamista. Ärsykkeinä käytettiin emotionaalisia videoleikkeitä. Ahdistuneisuustasoista, unimuuttujista ja emotionaalisista arvioinneista muodostettiin samankaltaisuusmatriisit, jotta muuttujien välisiä korrelaatioita voitiin tarkastella. Aktiivisuuseroja tutkittiin käyttämällä ISC-analyysia (inter-subject correlation). Viimeisenä suoritettiin ROI-analyysi (region-of-interest), jonka avulla tarkasteltiin ryhmien aktiivisuuden alueellisia eroja.

ISC-analyysillä havaittiin aktiivisuutta visuaalisella, kuulo- ja motorisella aivokuorella. ROI-analyysin avulla havaittiin eroavaisuuksia seuraavilla aivoalueilla: vasen mediaali oksipitaaali-, vasen inferiorinen oksipitaali, vasen superiorinen oksipitaali-, oikea superiorinen ohimo-, oikea pihti-, vasen pihti-, etukeski-, takakeski- ja linguaalinen poimu. Yhteenvetona voidaan sanoa, että näillä koemenetelmillä ahdistuneisuudella on vaikutusta emotionaaliseen prosessointiin. Unenlaatua ei kuitenkaan saatu yhdistettyä ahdistuneisuustasoihin eikä emotionaaliseen prosessointiin, mikä toimii motivaationa jatkotutkimukselle.