Neurobiological mechanisms of emotion inhibition under stress in severe early life trauma

Abstract

Background: Early life trauma significantly increases the risk for most psychiatric disorders. Across disorders, a diminished capacity to regulate emotions and inhibit impulses has been observed in exposed individuals. While it is now becoming increasingly clear that early life trauma can have a lasting effect on the brain, direct comparisons between healthy individuals exposed to early trauma, but without a history of psychiatric disorder, to trauma-naive individuals are scarce. Moreover, it has remained challenging to understand pathways from early trauma to adulthood psychopathology. However, recent studies suggest that altered reactivity to stress during adulthood might play an important connective function. Methods: We conducted an experiment to examine response inhibition towards emotional facial expressions under a condition of psychosocial (non-traumatic) stress compared to baseline. Twenty-five healthy women (mean age 31.5 ± 9.7 years) who were exposed to severe and multiple traumatic experiences before the age of 18 but never developed any psychiatric disorder and 25 age- and education-matched trauma-naïve women were included. In both groups, functional magnetic resonance imaging (fMRI) was used to assess brain activity, which was subsequently linked to behavioural performance and subsyndromal psychiatric symptoms. Endocrine (salivary cortisol and α-amylase), autonomic (heart rate) and self-report measurements were used to validate and compare acute stress responses. Results: Stress reduced inhibition towards fearful, but not towards happy or neutral facial expressions in both groups. However, compared to trauma-naïve women, trauma-exposed women showed blunted activation of the left inferior frontal gyrus (IFG) and slightly increased activation of the right anterior insula (aIns) during response inhibition towards fearful facial expressions. Furthermore, divergent brain-behaviour correlations could be identified. In controls only, IFG activation was linked to better inhibitory performance related to fearful facial expressions. In turn, exclusively in trauma-exposed women, aIns activation was linked to decreased inhibitory performance related to fearful facial expressions. Across groups, lower IFG activation was negatively linked to more subsyndromal posttraumatic symptoms. Discussion and Conclusion: These results suggest that early life trauma has a lasting effect on the brain, even in the absence of lifetime psychopathology. Dysregulation of IFG-initiated top-down control, in concert with heightened aIns-initiated salience detection may point to imbalances in neural resource allocation after acute stress in trauma-exposed individuals. This imbalance likely raises vulnerability to everyday stress and, in the long term to posttraumatic psychopathology. Our results therefore have implications for approaches to early intervention and prevention.

Lebensgeschichtlich frühe Traumata erhöhen das Risiko für die meisten psychiatrischen Erkrankungen. Bei Personen, die frühe Traumata erlitten haben, wird häufig über verschiedene Störungsbilder hinweg eine verminderte Fähigkeit beobachtet, Emotionen zu regulieren und Impulse zu inhibieren. Wenngleich erste Erkenntnisse der jüngeren Forschung nun nahelegen, dass sich frühe Traumatisierung dauerhaft auf das Gehirn auswirken kann, fehlt es an direkten Vergleichen zwischen gesunden Personen ohne und gesunden Personen mit früher Traumaerfahrung. Darüber hinaus bleiben die Mechanismen, die frühe Traumata mit der Entwicklung von Psychopathologie im Erwachsenenalter verbinden, weitgehend unklar. Aktuelle Studien lassen vermuten, dass eine veränderte Stressreaktivität im Erwachsenenalter hier eine wichtige verbindende Funktion darstellen könnte. Methoden: Wir haben ein Experiment durchgeführt, um die Inhibition von Reaktionen (response inhibition) auf emotionale Gesichtsausdrücke sowohl unter Standardbedingungen als auch nach psychosozialem (nichttraumatischem) Stress, zu untersuchen. 25 gesunde Frauen (durchschnittliches Alter 31,5 ± 9,7 Jahre), die vor ihrem 18. Lebensjahr schweren und multiplen traumatischen Ereignissen ausgesetzt waren, aber nie eine psychiatrische Erkrankung entwickelt haben, wurden mit 25 im Hinblick auf Alter und Bildung parallelisierten, traumanaiven Kontrollprobandinnen verglichen. Mithilfe von funktioneller Magnetresonanztomografie (fMRT) wurde die Hirnaktivität in beiden Gruppen erfasst und diese daraufhin in Beziehung zur Inhibitionsleistung und zu subsyndromalen psychiatrischen Symptomen gesetzt. Um akute Stressreaktionen zu validieren und zu vergleichen, wurden endokrine (Cortisol- und α-Amylasekonzentrationen im Speichel) und autonome (Herzraten-) Werte gemessen sowie Selbstbeurteilungen erhoben. Ergebnisse: In beiden Gruppen reduzierte Stress die Inhibitionsleistung bezogen auf ängstliche, jedoch nicht auf fröhliche oder neutrale Gesichtsausdrücke. Verglichen mit der Kontrollgruppe zeigte sich in der Traumagruppe eine verminderte Aktivierung des linken Gyrus Frontalis Inferior (IFG) zusammen mit einer leicht erhöhten Aktivierung des rechten anterioren Lobus Insularis (aIns) während der Response Inhibition auf ärgerliche Gesichtsausdrücke. Zudem konnten divergierende Hirn-Verhaltens-Korrelate identifiziert werden. Anders als bei traumaexponierten Probandinnen hing die IFG-Aktivierung bei den Kontrollprobandinnen mit verbesserter Inhibitionsleistung zusammen. Ausschließlich in der Traumagruppe korrelierte wiederum die aIns-Aktivierung mit reduzierter Inhibitionsleistung. In der Gesamtgruppe hing die IFG-Aktivierung negativ mit subklinischen posttraumatischen Symptomen zusammen. Diskussion: Diese Ergebnisse weisen darauf hin, dass biografisch frühe Traumata selbst ohne psychiatrische Erkrankungen in der Lebensgeschichte einen dauerhaften Effekt auf das Gehirn haben. Dysregulation von IFG-initiierter top-down Kontrolle zusammen mit erhöhter aIns-initiierter Salienzerkennung könnte auf Ungleichgewichte in der neuronalen Ressourcenverteilung nach akutem Stress in traumaexponierten Personen deuten. Diese Ungleichverteilung erhöht mit großer Wahrscheinlichkeit die Stressvulnerabilität und damit auf lange Sicht die Anfälligkeit für posttraumatische Psychopathologie. Die vorliegenden Ergebnisse haben Implikationen für Frühinterventions- und Präventionsansätze.