Depressed mood and musical emotions : a functional magnetic resonance imaging study with dynamic causal modelling

Aims: In earlier research it has been found that music can elicit strong emotional responses, and that mood affects the way they are processed. The brain basis of musical emotions has however been studied less than that of facial emotions. Also, there have been no studies on how depressed mood affects musical emotions in the brain. In the present study, both the effect of depressed mood state and that of depressive disorder on neural processing of musical emotions is studied. The aim is to identify brain regions affected, and to model the effective connectivity between these regions and the impact of depressed mood state and depressive disorder on this system. Methods: A functional magnetic resonance imaging (fMRI) experiment was conducted, in which 56 adult subjects listened to emotional (happy, sad, and fearful) music. The experiment consisted of two conditions: in the implicit condition the subjects were asked how many instruments were playing, and in the explicit which of the three emotions best characterised the musical excerpt. The subjects also completed the Montgomery-Åsberg Depression Rating Scale (MADRS) and the Profile of Mood States (POMS). The behavioural and imaging data were analysed both within the general linear model (GLM) to identify affected brain regions and the dynamic causal modelling (DCM) framework to model how sensory inputs enter the brain system and how experimental conditions modulate connections between specified brain regions. Results and conclusions: The subjects were mostly not clinically depressed (76%) and the MADRS scores were not correlated with neural activity in the brain. The POMS Depression scale was however associated with attenuated activity in the right posterior cingulate cortex (PCC) while listening to happy and fearful music under the implicit condition. As PCC has been associated with internally directed cognition and the management of brain's attention networks, this attenuation is likely to reflect the incongruence between stimuli and mood state, which would result in increased attention and/or a decrease in explorative cognitive activity. Comparisons of DCM models consisting of PCC, superior temporal gyrus (STG) and the amygdala indicated that auditory stimuli enter into this system via the auditory cortex in STG. The analyses could not determine whether the emotional content of the stimuli modulates connectivity between these regions, but MADRS and POMS scores were associated with amygdala connectivity. This is in line with the view that depressive disorder disrupts the amygdala's role in orienting to affective information.Tavoitteet: Aiemmassa tutkimuksessa on havaittu musiikin voivan herättää vahvoja tunteita, ja että mieliala vaikuttaa näiden tunteiden käsittelyyn. Musiikin tuottamien tunteiden aivoperustaa on kuitenkin tutkittu vähemmän kuin kasvoärsykkeiden tuottamien, eikä mielialan yhteyttä musiikin tuottamien tunteiden käsittelyyn aivoissa ole tutkittu lainkaan. Tässä tutkimuksessa tarkastellaan sekä masennushäiriön että masentuneen mielentilan yhteyttä musiikin tuottamien tunteiden käsittelyyn aivoissa. Tutkimuksen tavoitteena on yksilöidä aivoalueet joihin nämä tekijät vaikuttavat, mallintaa näiden alueiden välisiä yhteyksiä sekä tutkia masentuneen mielentilan ja masennushäiriön vaikutusta näihin yhteyksiin. Menetelmät: Toiminnallisessa magneettikuvantamiskokeessa 56 aikuista koehenkilöä kuunteli tunteellista (iloista, surullista ja pelottavaa) musiikkia. Koe koostui kahdesta osasta: implisiittisessä osassa koehenkilöitä pyydettiin kertomaan kuinka monta soitinta musiikkikatkelmassa soi, ja eksplisiittisessä osassa mikä kolmesta tunteesta parhaiten kuvaa katkelmaa. Koehenkilöt täyttivät lisäksi Montgomery-Åsberg —masennusasteikon (MADRS) ja Profile of Mood States —mielentilakyselyn (POMS). Kysely- ja kuvantamisaineisto analysoitiin sekä yleisen lineaarisen mallin että dynaamisen kausaalisen mallintamisen (DCM) menetelmillä. Jälkimmäisen avulla oli mahdollista mallintaa, mitä reittiä aistiärsykkeet kulkevat aivoalueille ja miten eri muuttujat vaikuttavat aivoalueiden välisiin yhteyksiin. Tulokset ja johtopäätökset: Koehenkilöiden enemmistö ei ollut kliinisesti masentuneita (76%) eivätkä MADRS-pistemäärät olleet yhteydessä aktiivisuuteen aivoissa. POMS-kyselyn masennusasteikon pisteet olivat kuitenkin yhteydessä implisiittisen osan aikana vähäisempään aktiivisuuteen oikean aivopuoliskon taaemmalla pihtiaivokuorella (PCC) iloista ja pelottavaa musiikkia kuunnellessa. PCC on liitetty sisäänpäin suuntautuneisiin kognitiivisiin toimintoihin ja aivojen tarkkaavaisuusverkostojen hallintaan. Tämä aktiivisuuden vähäisyys saattaa heijastaa ärsykkeiden ja mielentilan yhteensopimattomuutta, mikä lisäisi ulospäin suuntautunutta tarkkaavaisuutta ja/tai vähentäisi mielensisäistä tutkiskelua. PCC:stä, ylemmästä ohimopoimusta (STG) ja mantelitumakkeesta koostuvien DCM-mallien vertailu osoitti aistiärsykkeiden kulkevan näille alueille kuuloaivokuoren (STG) kautta. Analyyseissä ei saatu selville vaikuttaako ärsykkeiden tunnesisältö alueiden välisiin yhteyksiin, mutta MADRS- ja POMS-pistemäärät olivat yhteydessä mantelitumakkeen ja muiden alueiden välisiin yhteyksiin. Tämä tulos osaltaan vahvistaa käsitystä tunnetietoon suuntautumisen häiriintymisestä mantelitumakkeessa masennushäiriön yhteydessä