Dysregulated functional brain connectivity in response to acute social-evaluative stress in adolescents with PTSD symptoms

Eur J Psychotraumatol. 2021 Mar 25;12(1):1880727. doi: 10.1080/20008198.2021.1880727.

Abstract

Background: Posttraumatic stress disorder (PTSD) is associated with dysregulated neural, cortisol, and cardiac stress reactivity and recovery. This understanding is predominantly based on studies in adults applying emotional-cognitive and trauma-related stimuli inducing negative emotions or perceived threat. Despite large numbers of adolescents with PTSD, few studies are available on neurobiological stress reactivity in this population. Moreover, no previous studies investigated neural reactivity to social-evaluative stress. Objective: To investigate functional brain connectivity, cortisol and cardiac reactivity to acute social-evaluative stress, and additional cortisol measures in trauma-exposed adolescents with and without high PTSD symptoms. Method: A speech preparation task to induce acute social-evaluative stress elicited by anticipatory threat, was used in a subsample of the Amsterdam Born Child and their Development (ABCD) birth cohort, consisting of trauma-exposed adolescents with (n = 20) and without (n = 29) high PTSD symptoms. Psychophysiological interaction analyses were performed to assess group differences in functional connectivity of the hippocampus, mPFC and amygdala during social-evaluative stress and recovery, measured by fMRI. Additionally, perceived stress, heart rate and cortisol stress reactivity and recovery, cortisol awakening response and day curve were compared. Results: The stressor evoked significant changes in heart rate and perceived stress, but not cortisol. The PTSD symptom and control groups differed in functional connectivity between the hippocampus and cerebellum, middle and inferior frontal gyrus, and the mPFC and inferior frontal gyrus during social-evaluative stress versus baseline. Mostly, the same patterns were found during recovery versus baseline. We observed no significant group differences in amygdala connectivity, and cortisol and cardiac measures. Conclusions: Our findings suggest threat processing in response to social-evaluative stress is disrupted in adolescents with PTSD symptoms. Our findings are mainly but not entirely in line with findings in adults with PTSD, which denotes the importance to investigate adolescents with PTSD as a separate population.

Antecedentes: El trastorno de estrés postraumático (TEPT) está asociado con la recuperación. Esta comprensión se basa predominantemente en estudios con adultos, que aplican estímulos emocional-cognitivos y relacionados con el trauma que inducen emociones negativas, o percepción de amenaza. A pesar del gran número de adolescentes con TEPT, hay pocos estudios disponibles sobre la reactividad neurobiológica al estrés en esta población. Además, ningún estudio previo ha investigado la reactividad neuronal al estrés socio-evaluativo.Objetivos: Investigar la conectividad cerebral funcional, el cortisol y la reactividad cardíaca al estrés socio-evaluativo, y medidas adicionales de cortisol en adolescentes expuestos a trauma con y sin síntomas elevados de TEPT.Método: Se utilizó una tarea de preparación de discurso para inducir un estrés socio-evaluativo agudo, provocado por la amenaza anticipatoria, en una submuestra del cohorte de nacimiento del Niño nacido en Amsterdam y su Desarrollo (Amsterdam Born Child and their Development, ABCD), que consta de adolescentes expuestos a traumas con (n = 20) y sin (n = 29) síntomas elevados de TEPT. Se realizaron análisis de interacción psicofisiológica para evaluar las diferencias de grupo en la conectividad funcional del hipocampo, mPFC y amígdala durante el estrés socio-evaluativo y la recuperación, medido por fMRI. Además, se compararon el estrés percibido, la frecuencia cardíaca y la reactividad y recuperación del estrés por cortisol, la respuesta del cortisol al despertar, y la curva diurna.Resultados: El estresor provocó cambios significativos en la frecuencia cardíaca y el estrés percibido, pero no del cortisol. Los grupos con síntomas de TEPT y control difirieron en la conectividad funcional entre el hipocampo y el cerebelo, la circunvolución frontal media e inferior, y la mPFC y la circunvolución frontal inferior durante el estrés socio-evaluativo frente al valor inicial. En su mayoría, se encontraron los mismos patrones durante la recuperación frente a la línea de base. No observamos diferencias significativas entre grupos respecto de la conectividad de la amígdala, ni en las medidas de cortisol y cardíacas.Conclusiones: Nuestros hallazgos sugieren que el procesamiento de amenazas en respuesta al estrés socio-evaluativo se encuentra alterado en adolescentes con síntomas de TEPT. Nuestros hallazgos están principalmente, pero no completamente, en línea con los hallazgos en adultos con TEPT, lo que denota la importancia de investigar a adolescentes con TEPT como una población aparte.

背景: 创伤后应激障碍(PTSD)与康复相关。这种理解主要基于对成年人进行会引起负面情绪或感知威胁的情绪认知和创伤相关刺激的研究。尽管患有PTSD的青少年众多,但有关此人群神经生物学应激反应的研究很少。此外,以前没有研究考查神经反应对社会评价应激的影响。目的: 在有、无高PTSD症状的创伤暴露青少年中,探讨对社会评价应激的急性脑功能连接、皮质醇和心脏反应以及皮质醇的其他测量方式。方法: 在阿姆斯特丹出生儿童及其发育(ABCD)出生队列子样本中使用了演讲准备任务,以诱发由预期威胁引起的急性社会评价应激,样本包括创伤暴露的20名有高PTSD症状青少年和29名无高PTSD症状青少年。进行心理生理学交互分析,以评估在社会评价应激和恢复过程中,由fMRI测量的海马、mPFC和杏仁核在功能连接方面的群体差异。此外,比较了感知压力、心率和皮质醇应激反应和恢复、皮质醇唤醒反应和日曲线。结果: 应激源引起了HR和感知压力的显著变化,而皮质醇则没有。 PTSD症状组和对照组的社会评价应激与基线水平对比时,海马与小脑、额中回和额下回,mPFC和额下回之间的功能连接不同。通常,在恢复期间和基线之间发现了相同的模式。我们没有观察到杏仁核连接性、皮质醇和心脏测量方面的显著组间差异。结论: 我们的发现表明,在患有PTSD症状的青少年中,社会评价应激的威胁加工受到了干扰。我们的发现主要但不完全与PTSD成人的发现一致,这表明把患有PTSD的青少年作为一个单独人群进行调查的重要性。.

Keywords: PTSD; adolescent; amygdala; cardiac reactivity; cortisol reactivity; functional connectivity; hippocampus; mPFC; social-evaluative stress.

Grants and funding

This work was financially supported by the Amsterdam Brain and Cognition Centre (ABC, University of Amsterdam), Nutricia Research Foundation [Grant number 2017-09], a Veni grant from ZonMw awarded to dr. M. van Zuiden, the Netherlands organization for Health Research and Development [Grant number 91617037] and a Young Investigator grant from Brain and Behaviour Research Foundation [Grant number #24928].