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目的:双相障碍(bipolar disorder,BPD)是指既有躁狂或轻躁狂发作,又有抑郁发作的一类心境障碍。临床特点是反复(至少两次)出现心境和活动水平的明显改变,有时表现为心境高涨、精力充沛和活动增加,有时表现为心境低落、精力减退和活动减少。依据美国精神障碍诊断统计手册第五版(Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders,Fifth edition,DSM-V),双相障碍被分为两个亚型,双相I型障碍:符合躁狂发作的诊断标准,在躁狂发作之前或之后可以有轻躁狂或重性抑郁发作;双相II型障碍:符合目前或过去的轻躁狂发作和目前或过去的重性抑郁发作的诊断标准。双相障碍发作期间通常完全缓解,最典型的形式是躁狂和抑郁交替发作,也可以混合方式存在,每次发作症状往往持续一段时间,并对患者的日常生活和社会功能等产生不良影响。双相障碍多为急性或亚急性起病,有的发作只持续数天,个别可达10年以上。部分患者的病程可呈自限性,轻度发作不加治疗可能在一段时间后自发缓解。虽然双相障碍的病程可呈自限性,但如果不加治疗或治疗不当,复发率是相当高的。未经治疗的患者中,二分之一的患者能够在首次发作后的第一年内自发缓解,其余的在以后的时间里缓解的不足三分之一,而长期的反复发作可导致人格改变和社会功能受损。研究资料提示,除遗传因素、神经生化因素及心理社会因素外,神经影像学改变包括脑结构学改变及脑功能学改变对本病的发生存在影响。近年来,已有越来越多的学者致力于该病的神经影像学研究,并取得了一定的进展,然而,本病的病因和发病机制仍不清楚。基于影像学、深部脑刺激和组织病理学等研究证据表明,部分脑结构可能是参与双相障碍病理生理机制的重要部位。主要包括前额皮层、边缘系统、丘脑及视觉相关皮层。结构影像学技术可以反映脑组织的生物物理学性质,行磁共振高分辨力T1WI三维结构像扫描后,研究者多采用基于体素形态学分析(voxel-based morphometry,VBM)的方法,对患者及健康对照组进行全脑结构的差异性研究分析,为探求双相障碍的病理变化机制提供形态学依据。对于双相障碍,现有脑结构影像学研究结果不尽相同,但研究的一致性结论建议为:对于双相障碍患者的脑结构学影像研究,应更加关注特定脑区的脑结构学异常,而非全脑结构学异常。近年来多项研究显示,部分特定脑区的结构学异常被认为可能参与了双相障碍的病理生理机制,研究者关注的部位多集中在前额皮层、边缘系统、丘脑及颞叶结构。静息态功能磁共振成像(resting-state functional magnetic resonance imaging,R-fMRI)是一项基于静息状态下研究脑功能网络的功能磁共振技术,因其操作相对简单、易重复,消除了受试个体执行任务情况差异对研究结果的影响等优势,使外在刺激达到最小化,可反映大脑在静息状态下的自发活动情况,是评估大脑在静息状态下基线活动的最优方法,已经被广泛应用于多种精神心理疾病脑机制的研究中。近年来,很多学者运用静息态功能磁共振技术研究双相障碍的病理生理机制,旨在找到双相障碍患者脑功能异常的相关脑区域,以解释其发病机制及临床表现。在以往双相障碍的静息态功能磁共振研究结果并不一致,但研究结果多提示:双相障碍患者存在多个脑区域脑功能的活动异常。在众多静息态功能磁共振成像方法中,对脑内一个限定小区域内异常的研究方向应作为研究双相障碍的研究建议,而局部一致性(regional homogeneity,ReHo)正是这样一种方法,该方法通过一个体素与其周围相邻体素在时间序列上的相关性显示了大脑局部区域内神经元活动的一致性情况,从功能整合的角度来分析数据。ReHo的上升或下降提示局部脑区内部神经元同步性活动的产生与调控机制出现变化,而这种神经元同步性活动的功能改变可能参与疾病的发生过程。对于双相障碍患者静息态脑功能的ReHo研究,目前已有的研究数量有限,尽管研究结果不尽相同,但众多研究一致提示:双相障碍患者存在脑广泛区域的异常大脑基线活动,即脑功能异常。综合以往静息态脑功能ReHo相关研究文献结果显示:前额皮层、边缘系统及颞叶结构可能是参与双相障碍病理生理机制的重要部位。以往的研究取得了一定成果,但是依然有很多问题等待我们去探索,尤其是大部分研究都集中在前额叶-边缘系统等热点脑区域,这些脑区与精神分裂症、单相障碍等精神疾病的异常脑区多有重叠;另外,以往的研究仅停留在孤立的脑功能学分析,我们推测,脑结构与脑功能学之间应该存在某种联系,这使得我们有必要应用新的研究方法同时探索脑结构与脑功能,以提高我们对此疾病病理生理机制的理解以及对相应治疗方法的改进与发展。我们期待应用新的研究方法探索双相障碍患者新的异常脑区来进一步探索其病理生理机制。本研究目的在于从脑形态解剖学及脑功能学局部区域内神经元活动的一致性进行研究,对脑结构学及功能学参数进行分析,为患者脑形态解剖受损及脑功能异常在双相障碍情感加工中等的重要作用提供直接证据;并对患者形态解剖及脑功能异常的脑区进行综合分析,为双相障碍患者脑形态解剖及脑功能存在异常的紧密关系提供佐证。研究方法:研究对象选取就诊于中国医科大学附属第一医院精神科门诊及沈阳精神健康中心的患者71例作为双相障碍患者(BPD)组(双相I型障碍:49例;双相II型障碍:22例),年龄13-46岁,病程小于2年,近3个月未进行抗精神病药物治疗;所有患者扫描时临床状态平稳。入组受试者由两位精神科专业医生独立诊断并达成一致,成年人双相障碍符合美国精神障碍诊断与统计手册第4版(DSM-IV)双相障碍的诊断标准;青少年双相障碍符合学龄儿童情感障碍和精神分裂症治疗计划(K-SAD-PL)。双相障碍组排除标准为(1)有严重的躯体疾病或神经系统疾病;(2)有头部创伤病史并伴有意识丧失超过5分钟;(3)有药物或酒精滥用史;(4)有MRI检查禁忌症。研究另选取113例来自沈阳临床招募的健康志愿者作为健康对照(HC)组,年龄、性别及利手与患者组匹配。健康对照组排除标准:(1)一级亲属中有DSM-IV轴疾病;(2)符合双相障碍的全部排除标准。所有受试者在扫描当天均进行杨氏躁狂量表(Young Mania Rating Scale,YMRS)评估扫描时心境状态。本研究经中国医科大学附属第一医院伦理委员会批准。全部受试者得知研究内容后,成年人及未成年人的父母均签署了知情同意书。扫描设备使用美国GE公司3.0T Signa HDx超导型扫描仪,固定泡沫垫以减少头动。扫描时受试者清醒,闭眼,平静呼吸,不执行任何特定的认知任务。对所有受试者行:1.快速扰相梯度回波成像(fast-spoiled gradient echo,FSPGR)序列扫描,得到矢状位三维T1加权图像。2.梯度回波平面成像(gradient echo planar imaging,EPI)序列扫描,得到功能性静息态成像图像。脑结构学数据处理:预处理利用基于矩阵实验室(Matrix Laboratory,MATLAB)的统计参数图8(Statistical Parametric Mapping 8,SPM8)软件下的VBM8工具包,步骤主要包括磁场不均匀性校正,组织分割及空间标准化步骤。根据VBM8工具包默认参数将图像空间标准化至蒙特利尔(Montreal Neurological Institute,MNI)空间下,并重采样为1.5mm~3各向同向的体素;采用非线性变换对每一个被试的灰质体积进行调节,调节后的体素值为经过个体脑大小矫正后的局部组织相对体积;最后对图像数据以8mm~3半高全宽(full width at half maximum,FWHM)进行高斯平滑。最终分割后进行标准化、非线性变换及空间平滑后的图像将准备用于体素-体素水平的统计学分析。脑功能学数据处理:所有数据的预处理过程在中国科学院心理研究所基于FCP脚本(http://www.nitrc.org/frs/downloadlink.php/2628)的CCS平台(Connectome Computation System,CCS:http//Ifcd.psych.ac.cn/ccs.html)完成。其中包括脑结构学图像预处理步骤:(1)MR成像空间噪声去除;(2)场强校正;(3)脑组织提取及组织分割;(4)分割平面生成;(5)网格嵌入与转化;(6)个体表面标准化。脑功能学图像预处理步骤:(1)时间序列尖峰平滑;(2)时间校正;(3)卷积调整;(4)4D全脑平均图像强度标准化;(5)头动及噪声消除;(6)多重线性回归;(7)时间滤波;(8)应用BBR(boundary-based registration)算法调整个体结构及功能成像之间的的空间对比。预处理过程排除低质量多模态影像数据后,CCS平台运行质量控制程序(quality control procedure,QCP:http://Ifcd.psych.ac.cn/ccs/QC.html)。QCP步骤包括:(1)颅骨去除;(2)脑实质分割;(3)静息态功能磁共振成像时的头动模糊;(4)软脑膜及脑白质重建;(5)基于BBR及某些质量算法的功能图像标识;再将CCS平台中基于表面的2dReHo算法应用于全脑表面的每一个体素点,应用fsaverages5软件,在全脑表面的每一个体素水平重复进行此项公式计算,进而形成全脑范围的2dReHo脑图;随后进行以10mm~3的全宽半高度(FWHM)高斯核对所有受试者进行空间平滑。脑结构学数据统计学分析应用SPSS 20.0统计软件,进行BPD和HC两组间受试者性别比例的X~2检验;并对两样本之间年龄及神经心理学量表评分进行独立样本t检验,阈值设定为P<0.05组间差异有统计学意义。应用SPM8软件对两样本的GMV进行双样本t检验,P<0.001时,差异有统计学意义;得到灰质异常的脑区,将所得到的MNI坐标转换为Talairach坐标,查看脑区的解剖位置。脑功能学数据统计学分析应用应用体素水平单向ANCOVA试验(协变量:年龄,性别,mcBBR及rmsFD)用于分析BPD和HC两样本之间的2dReHo值差异;运用簇集水平方法用于校正多重比较,用未修正的P<0.001阈值重新格式化簇集元素,应用FWE(family-wise error)方法,P<0.05进行后续校正。脑表面体素的2dReHo值与年龄的相关性,应用Pearson及Spearman相关分析进行检验;随后再应用FEW方法,P<0.05进行多重比较校正。结果:1、采用基于体素的形态学分析方法,通过定量计算脑灰质的体积,对双相障碍患者组和健康对照组组间全脑灰质结构的体积进行定量比较结果显示:双相障碍患者组与健康对照组间脑灰质体积存在显著性差异。双相障碍患者组局部脑灰质体积较健康对照组明显减低;与健康对照组相比,双相障碍患者组左脑视觉皮层腹侧通路(左侧下颞叶)及右侧枕叶皮层的灰质体积减低(P<0.001*)。与健康对照组脑灰质体积相比,双相障碍患者组脑灰质体积未见显著增高区域。2、通过静息态功能磁共振成像技术,采用基于表面局部一致性的脑功能学分析方法,对双相障碍患者组和健康对照组组间二维局部一致性进行比较结果显示:在全脑皮层水平及簇集水平,双相障碍患者组与健康对照组脑灰质局部一致性存在显著性差异。在全脑皮层水平及簇集水平,双相障碍患者组脑灰质的二维局部一致性较健康对照组均存在明显减低;在全脑皮层水平,双相障碍组患者的2dReHo值较健康对照组明显减低(P=0.045*);在簇集水平,双相障碍患者组左脑视觉皮层腹侧通路(左侧枕叶)的2dReHo值较健康对照组患者明显减低(P=0.001*)。与健康对照组脑灰质二维局部一致性相比,双相障碍患者组脑灰质二维局部一致性未见显著增高区域。3、在双相障碍患者组及健康对照组,通过对年龄和受试者二维局部一致性数值的相关性分析结果显示:在全脑水平,健康对照组及双相障碍患者组的年龄与二维局部一致性数值均存在显著性相关关系。在全脑水平,双相障碍患者组及健康对照组的2dReHo值与年龄呈显著性负相关(BPD:r=-0.363,p=0.002*;HC:r=-0.232,p=0.013*)。结论:双相障碍患者组左脑视觉皮层腹侧通路(左侧下颞叶)及右侧枕叶皮层存在脑结构学异常。双相障碍患者组存在在全脑皮层水平及左脑视觉皮层腹侧通路(左侧枕叶)脑功能局部一致性的明显减低。脑功能局部一致性随脑发育过程逐渐降低。综上,本研究提示,脑视觉皮层的腹侧通路在双相障碍发病的神经病理生理学机制中可能起着重要的作用。