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临床研究
青少年双相情感障碍患者短期治疗前后大脑默认模式网络功能连接的变化
朱鹏雨 陈雄 邹露露 陈芳 顾峻辰 王玉玺 向佳琳 邓秀敏 秦堃 艾春启 陈文

本文引用格式:朱鹏雨, 陈雄, 邹露露, 等. 青少年双相情感障碍患者短期治疗前后大脑默认模式网络功能连接的变化[J]. 磁共振成像, 2025, 16(12): 14-21. DOI:10.12015/issn.1674-8034.2025.12.003.


[摘要] 目的 探讨青少年双相情感障碍(bipolar disorder, BD)患者的默认模式网络(default mode network, DMN)功能连接(functional connectivity, FC)在短期治疗后的变化及其与临床症状的相关性。材料与方法 前瞻性纳入2023年10月至2024年12月在十堰市太和医院心理卫生中心就诊的30例BD患者作为BD组,并于治疗两周后跟踪随访,在当地社区通过广告招募33例健康对照(health control, HC)作为HC组。采用17项汉密尔顿抑郁量表评估抑郁程度,杨氏躁狂量表评估躁狂程度,汉密尔顿焦虑量表评估焦虑程度。所有受试者在基线和治疗两周后均采集静息态功能磁共振成像数据。并以DMN为种子点计算与全脑的FC,分析治疗前后差异有统计学意义的脑区,并将基线患者、治疗后患者和HC分别做双样本t检验,分析差异有统计学意义的脑区,并将治疗前后差异有统计学意义的结果与临床量表评分作相关性分析。结果 患者在治疗两周后,后扣带皮层(posterior cingulate cortex, PCC)的FC发生变化,与右侧距状裂皮质的FC减弱(t=5.79,P=0.001),而后压皮层(retrosplenial cortex, Rsp)与左侧枕中回的FC增强(t=4.72,P=0.004)。上述结果与临床量表评分无相关性(r=0.183,P=0.466;r=0.238,P=0.342;r=0.086,P=0.684;r=-0.121,P=0.631;r=-0.031,P=0.902;r=-0.213,P=0.308)。与HC组相比,基线BD患者在视觉网络(visual network, VN)和突显网络(salience network, SN)上存在异常,在治疗后,VN和SN的异常改变并未完全消除,并在额顶网络(dorsal frontoparietal network, FPN)上出现轻微异常。结论 短期治疗能够部分调节BD患者DMN和VN、SN间的FC异常,上述神经影像发现为理解BD的神经生物学机制以及优化早期干预策略提供了新的方向。
[Abstract] Objective To investigate changes in default mode network (DMN) functional connectivity (FC) in adolescents with bipolar disorder (BD) after short-term treatment and their correlation with clinical symptoms.Materials and Methods Thirty patients with BD were enrolled and underwent follow-up assessments after two weeks of naturalistic treatment, along with 33 age- and sex-matched healthy control (HC). Clinical assessments included: the 17-item Hamilton Depression Rating Scale (HAMD-17) for depressive symptoms, the Young Mania Rating Scale (YMRS) for manic symptoms, and the Hamilton Anxiety Rating Scale (HAMA) for anxiety symptoms. Resting-state functional magnetic resonance imaging (rs-fMRI) scans were acquired for all participants at both baseline and the 2-week follow-up timepoint. Using the DMN as seed regions, we performed whole-brain FC analysis. Three primary analyses were conducted: (1) Within-patient longitudinal comparison to identify FC changes between pre- and post-treatment; (2) Between-group cross-sectional comparisons (baseline BD vs. HC; post-treatment BD vs. HC) using two-sample t-tests; (3) Correlation analysis between significant treatment-related FC changes and clinical scale scores.Results The study found that after two weeks of treatment, the functional connectivity of the posterior cingulate cortex (PCC) in patients changed, showing weakened connectivity with the right calcarine cortex and enhanced connectivity between the posterior cingulate cortex and the left middle occipital gyrus (t = 5.79, P = 0.001; t = 4.72, P = 0.004). However, no significant correlations were observed between these changes and clinical scale scores (r = 0.183, P = 0.466; r = 0.238, P = 0.342; r = 0.086, P = 0.684; r = -0.121, P = 0.631; r = -0.031, P = 0.902; r = -0.213, P = 0.308). Compared to the healthy control group, baseline BD patients exhibited abnormalities in the visual network (VN) and the salience network (SN). After treatment, these abnormalities in the VN and SN were not fully resolved, and slight abnormalities emerged in the frontoparietal network (FPN).Conclusions Short-term treatment can partially modulate the abnormal functional connectivity between the DMN, VN, and SN in BD patients. These neuroimaging findings provide new directions for understanding the neurobiological mechanisms of BD and optimizing early intervention strategies.
[关键词] 双相情感障碍;磁共振成像;功能连接;默认模式网络;视觉网络;突显网络
[Keywords] bipolar disorder;magnetic resonance imaging;functional connectivity;default mode network;visual network;salience network

朱鹏雨 1   陈雄 2   邹露露 2   陈芳 2   顾峻辰 2   王玉玺 1   向佳琳 1   邓秀敏 1   秦堃 1   艾春启 2   陈文 1*  

1 湖北医药学院附属太和医院医学影像中心,十堰 442000

2 湖北医药学院附属太和医院心理卫生中心,十堰 442000

通信作者:陈文,E-mail:taiheren007@163.com

作者贡献声明:陈文设计本研究的方案,对稿件重要内容进行了修改,并获得了湖北省自然科学基金项目(编号:2023AFC033)的资助;秦堃共同参与研究的构思和设计,对稿件重要内容进行修改,并获得了湖北省自然科学基金项目(编号:2024AFB366)的资助;朱鹏雨起草和撰写稿件,获取、分析和解释本研究的数据,并获得了湖北医药学院生物医学工程学院研究生科技创新项目的资助;艾春启、陈雄、邹露露、陈芳、顾峻辰获取、分析或解释本研究的数据,对稿件重要内容进行了修改;王玉玺,向佳琳,邓秀敏获取、分析本研究的数据,对稿件重要内容进行了修改;全体作者都同意发表最后的修改稿,同意对本研究的所有方面负责,确保本研究的准确性和诚信。


基金项目: 湖北省自然科学基金项目 2023AFC033,2024AFB366 湖北医药学院生物医学工程学院研究生科技创新项目 SG2025001
收稿日期:2025-06-17
接受日期:2025-10-29
中图分类号:R445.2  R749.4 
文献标识码:A
DOI: 10.12015/issn.1674-8034.2025.12.003
本文引用格式:朱鹏雨, 陈雄, 邹露露, 等. 青少年双相情感障碍患者短期治疗前后大脑默认模式网络功能连接的变化[J]. 磁共振成像, 2025, 16(12): 14-21. DOI:10.12015/issn.1674-8034.2025.12.003.

0 引言

       双相情感障碍(bipolar disorder, BD)是一个影响情感调节、认知功能以及社会适应的复杂精神疾病[1]。流行病学调查显示,在青少年人群中BD的终生患病率为约1%~3%,且大量研究表明大量病例在青春期或更早出现症状,约三分之一至一半的BD病例在18岁之前起病,提示青少年期为BD的高危发病期。尽管BD的发病机制尚未完全明了,已有研究表明,早期发病与脑功能的长期变化密切相关,尤其是在静息态大脑网络的功能连接(functional connectivity, FC)方面[2, 3]。青少年阶段是大脑发育的关键时期,情感和认知功能的异常变化可能对患者的社会功能和日常生活产生深远影响[4]。近年来,随着神经影像学技术的进步,尤其是静息态功能磁共振成像(resting-state functional magnetic resonance imaging, rs-fMRI)技术的广泛应用,研究者能够更加精细地观察大脑各区域之间的FC变化,并探讨其与精神疾病的关系[5, 6]

       在BD的研究中,rs-fMRI已经成为评估大脑网络功能的核心工具[7]。静息态下,大脑并非处于完全“静止”状态,而是会保持一定的自发活动[8],特别是在被称为默认模式网络(default mode network, DMN)的区域。这些区域在休息状态下表现出高度的内在连接性,而其功能的改变与情绪调节、认知控制和自我意识的异常密切相关[9, 10]。早期的研究表明,BD患者在静息态的网络连接性存在异常。例如:BD患者DMN和听觉网络(auditory network, AN)、视觉网络(visual network, VN)、腹侧注意力网络(ventral attention network, VAN)的FC增加。并且DMN和VN的连接与焦虑和睡眠障碍呈正相关;DMN和中央执行网络(executive control network, ECN)有更强的连接,而在DMN和VN有着更弱的连接[3, 11, 12]

       BD具有情绪状态快速切换的特点,短期治疗反应的研究有助于探索疾病在短期内的变化特点,有助于发现潜在的生物学机制,为临床提供更为可靠的治疗靶点。DMN在内省、自我相关思维和社会认知中起核心作用[13]。BD患者常表现为过度反刍、情绪不稳定和自我相关认知的异常,这与DMN的功能异常密切相关[11, 14, 15]。所以本研究重点关注DMN在全脑FC的变化。

       DMN功能可能在不同情绪阶段(如躁狂与抑郁)表现出异常变化,尽管现有研究已关注BD的神经影像学变化,但针对青少年群体的研究仍相对较少。部分研究关注BD患者治疗前后的脑功能变化,但大部分是8~12周的长期治疗,治疗早期阶段大脑FC的改变尚未得到充分探讨。青少年期是神经发育的关键阶段,药物治疗或心理治疗可能对大脑网络的FC产生独特的影响[16, 17]。了解短期治疗对青少年BD患者静息态大脑网络的影响,不仅有助于揭示该疾病的神经病理生理学基础,也可能为临床及时优化治疗策略提供帮助。

       因此,本研究旨在通过rs-fMRI技术探索青少年BD患者在短期治疗前后大脑FC的变化,重点关注DMN与全脑的交互作用。通过这一研究,我们希望进一步揭示短期治疗对青少年BD患者大脑功能的影响,从而为未来治疗策略的制订提供有价值的神经影像学证据。

1 材料与方法

1.1 研究对象

       前瞻性纳入2023年10月至2024年12月在十堰市太和医院心理卫生中心就诊的BD患者,在当地社区通过广告招募健康对照(health control, HC)。所有患者均由两名经验丰富的精神科医生通过小型国际神经精神病学访谈进行评估,并根据《精神疾病诊断与统计手册-Ⅳ(The diagnostic and statistical manual of mental disorders, DSM-Ⅳ)》进行诊断,所有患者在入组时均为首次发作且未接受过精神药物、心理或物理治疗。他们都完成了临床量表评估,包括17项汉密尔顿抑郁量表(17-item Hamilton Depression Scale, HAMD-17)、汉密尔顿焦虑量表(Hamilton Anxiety Scale, HAMA)和杨氏躁狂量表(Young Mania Rating Scale, YMRS)。所有患者在接受自然观察性治疗期间,根据临床指南接受个体化药物治疗,主要包括心境稳定剂、非典型抗精神病药物等,部分患者联合心理干预。具体用药方案由主治医师根据病情决定。根据DSM精神疾病用临床定式检查(Structured Clinical Interview for DSM-5 Disorders, SCID5),在与精神科医生面谈后选择对照受试者并将其纳入研究,以排除任何精神疾病。BD患者的纳入标准:(1)由精神科医生根据DSM-Ⅴ诊断标准确诊为BD患者;(2)年龄在10~18岁;(3)无酗酒或吸毒史;(4)无任何当前或过去影响认知的神经/医学疾病;(5)无任何伴有意识丧失的头部外伤史;(6)无MRI禁忌证;(7)无任何当前的其他DSM-5轴Ⅰ精神障碍。排除标准:(1)大脑器质性病变;(2)在扫描影像数据前已经服用治疗药物。HC组的纳入标准:(1)年龄在10~18岁;(2)既往无重大神经系统疾病(如癫痫、脑肿瘤等)或严重躯体疾病史;(3)无任何当前或过去影响认知的神经/医学疾病;(4)无MRI禁忌证。排除标准:(1)大脑器质性病变及脑损伤病史;(2)酒精或物质滥用引起的失眠问题;(3)伴有精神病性症状。所有参与者还接受了MRI安全性筛查。总共有30例BD患者及33例HC纳入研究,本研究遵守《赫尔辛基宣言》,经十堰市太和医院伦理委员会批准,全体受试者均签署了知情同意书,批准文号:2023KS32。

1.2 研究方法

1.2.1 fMRI 数据采集

       所有成像数据均在湖北医药学院附属太和医院使用美国GE公司的3.0 T磁共振扫描仪(SIGNA Architect; GE Healthcare)采集, 使用19通道头颈部线圈作信号接收。最初采集rs-fMRI图像,然后是T1图像。在扫描过程中,受试者被要求尽量不要吞咽或移动身体,尤其是头部。在休息状态下,还指示受试者闭上眼睛、放松并保持清醒。静息态功能图像扫描参数如下:轴向扫描,TR 2000 ms,TE 30 ms,翻转角度52°,FOV 240 mm×240 mm,矩阵80×80,层数62,层厚3.5 mm,体素大小2 mm×2 mm×2 mm。高分辨3D-T1结构成像扫描参数如下:TR 7.4 ms,TE 30 ms,翻转角12°,FOV 256 mm×256 mm,矩阵256×256,层数166,层厚1 mm,体素大小1 mm×1 mm×1 mm。

1.2.2 fMRI预处理

       采用基于SPM12平台的DPARSF 5.2 fMRI数据分析工具包[18],首先排除了fMRI数据的前十个时间点。随后实施了时间层校正。为消除头部运动对数据的潜在干扰,应用最小二乘法结合六参数线性模型进行头动校正,并将个体的结构影像与校正后的功能影像进行配准,此过程采用了联合分割技术[19]。进一步地,将这些配准后的结构影像标准化模板配准到平均模板上。对于功能图像,我们将其配准到蒙特利尔神经学研究所(Montreal Neurological Institute, MNI)标准空间,并调整至2 mm×2 mm×2 mm的空间分辨率,以增强图像的一致性和分辨率。最后,利用4 mm全宽半高的高斯平滑核进行空间平滑处理,行0.01~0.10 Hz的滤波以改善信号质量。此外,我们使用基于体积的帧间位移(frame displacement, FD)来量化头部运动。FD反映了从一个时间点到下一个时间点的头部运动情况,FD小于0.2的时间点表明是一个良好的时间点。平均FD计算方法为对每个时间点的FD绝对值求和后,再取平均值。如果受试者的良好时间点数量少于160个,则将这些受试者排除在外。

1.2.3 FC分析

       我们使用球体(半径6 mm)作为DMN的12个种子点,种子点坐标参考ANDREWS-HANNA等[20]的DMN分区研究,确保位于DMN核心区域。具体而言,后扣带皮层-前内侧前额叶皮层核心系统(PCC-aMPFC Core, cDMN)包括前额皮层(anterior medial prefrontal cortex, aMPFC)和扣带皮层(posterior cingulate cortex, PCC),背侧内侧子系统(dMPFC subsystem, dDMN)包括内侧前额叶皮层(dorsal medial prefrontal cortex, dMPFC)、颞顶联合区(temporal parietal junction, TPJ)、外侧颞叶皮层(lateral temporal cortex, LTC)和颞极(temporal pole, TempP),内侧颞叶子系统(MTL subsystem, mDMN)涉及腹内侧前额叶皮层(ventral medial prefrontal cortex, vMPFC)、后下顶叶区(posterior inferior parietal lobule, pILP)、后压皮层(retrosplenial cortex, Rsp)、海马旁回(parahippocampal cortex, PHC)和海马结构(hippocampal formation, HF)(表1)。进行全脑FC分析以探索可能的脑区,FC强度采用Pearson相关系数表示,取值范围为-1~1,绝对值越大表示连接越强。

表1  DMN种子点
Tab. 1  DMN seed

1.3 统计学分析

1.3.1 临床数据

       在临床数据分析中,采用SPSS 26.0统计软件包对BD基线组、BD治疗后组和HC组的人口统计学特征进行分析。对于治疗前后的连续变量,首先使用Shapiro-Wilk检验进行正态性检验,如果变量服从正态分布,使用配对样本t检验进行组间比较。如果不遵循正态分布,则使用Wilcoxon检验。对于人口统计学和临床数据的分类变量,使用卡方检验进行组间比较。对于连续变量,首先使用Shapiro-Wilk检验进行正态性检验,如果变量服从正态分布,我们使用双样本t检验进行组间比较。如果不遵循正态分布,则使用Mann-Whitney检验。P<0.05为差异有统计学意义。

1.3.2 MRI数据

       FC分析依托SPM12框架下的DPRASF 5.2工具包进行,对治疗前后的患者差异进行了分析。在这些分析中,使用配对样本t检验,显著性水平设置为体素水平未校正P<0.001以及FWE校正P<0.05。提取出差异脑区的FC平均值,运用Pearson相关分析法分别与治疗后临床量表得分进行相关性分析,P<0.05定义为差异有统计学意义。除此之外,我们进一步分析了FC变化量(治疗后-基线)与临床症状改善量(治疗后-基线)之间的Pearson相关性。

       分别将治疗前和治疗后的BD组和HC组的差异进行分析,分别使用双样本t检验,将年龄和性别作为协变量,显著性水平设置为体素水平未校正P<0.001以及FWE校正P<0.05。

2 结果

2.1 人口统计学资料

       本研究共纳入30例青少年BD患者。两组在年龄上差异无统计学意义(P>0.05),在性别分布上差异有统计学意义(P=0.049),其中HC组的男性占比更高(表2)。在后续的双样本t检验中,将性别作为协变量纳入,控制其潜在的影响,同时年龄也作为协变量纳入分析。BD组的临床特征如下:发病年龄(13.73±1.80)岁,病程(12.50±11.02)个月;70%为女性,33.3%曾服用过精神药物,80%存在精神症状,86.7%存在躯体症状,90%有自杀意念,83.3%有自杀自伤行为,16.7%有精神疾病家族史。通过HAMD-17、HAMA、YMRS量表测量的临床症状在治疗后变化有统计学意义(P<0.05)。具体而言,HAMD-17评分从治疗前的33.00(25.00,44.00)分降至治疗后的23.00(11.25,37.50)分;HAMA评分从(23.94±10.24)分降至(15.94±11.07)分;YMRS评分从15.00(10.50,22.50)分降至8.00(4.00,18.00)分(表3)。

表2  BD患者和HC组的人口学统计
Tab. 2  Demographic characteristics of BD patients and healthy controls
表3  治疗前后两周青少年双相情感障碍患者临床症状的变化
Tab. 3  Changes in clinical symptoms of adolescents with bipolar disorder before and after two weeks of treatment

2.2 影像学结果

2.2.1 BD患者基线与治疗后的差异

       以PCC为种子点,与治疗前相比,治疗后BD组与右侧距状裂皮质的FC值更低(t=5.79,P<0.05)。以Rsp为种子点,与治疗前相比,治疗后BD组与左侧枕中回的FC值更高(t=4.72,P<0.05)(表4图1)。

图1  治疗前和治疗后的功能连接(FC)差异脑区结果。治疗前双相情感障碍患者的后扣带皮层与右侧距状裂周围皮层的FC强度大于治疗后,而后部扣带回与左侧枕中回的FC强度小于治疗后。PCC:后扣带皮层;Rsp:后压皮层;MOG(L):左侧枕中回;CAL(R):右侧距状裂周围皮层。
Fig. 1  Functional connectivity (FC) differences between pre-treatment and post-treatment. Before treatment, bipolar disorder patients showed stronger functional connectivity between the posterior cingulate cortex and the right calcarine cortex compared to after treatment, while the FC between the posterior cingulate cortex and the left middle occipital gyrus was weaker before treatment than after treatment. PCC: posterior cingulate cortex; Rsp: retrosplenial cortex; MOG(L): left middle occipital gyrus; CAL(R): right calcarine cortex.
表4  治疗前后患者FC差异脑区
Tab. 4  FC differences in patient pre- vs. post-treatment

2.2.2 BD患者与HC的基线差异

       治疗前BD患者在dMPFC和左侧中央前回的FC强度小于HC组(t=4.09,P=0.017),而在dMFPC和右侧舌回的FC强度大于HC组(t=4.90,P=0.045)。LTC和左侧前扣带的FC强度小于HC组(t=4.16,P=0.029)(表5图2)。

图2  BD患者治疗前和HC的FC差异脑区结果。治疗前BD患者在背内侧前额皮质和左侧中央前回的FC强度小于HC组,而在背内侧前额皮质和右侧舌回的FC强度大于HC组。侧颞皮质和左侧前扣带的FC强度小于HC组。BD:双相情感障碍;HC:健康对照;FC:功能连接;dMPFC:背内侧前额皮质;PreCG.L:左侧中央前回;LING.R:右侧舌回;LTC:侧颞皮质;ACG.L:左侧前扣带。
Fig. 2  Brain regions showing FC differences between pre-treatment patients and HC. At baseline, BD patients show weaker connectivity between the dorsal medial prefrontal cortex and the left precentral gyrus compared to HC, while demonstrating stronger connectivity between the dorsal medial prefrontal cortex and the right lingual gyrus. The lateral temporal cortex also shows weaker connectivity with the left anterior cingulate gyrus compared to HC. BD: bipolar disorder; HC: healthy control; FC: functional connectivity; dMPFC: dorsal medial prefrontal cortex; PreCG.L: left precentral gyrus; LING.R: right lingual gyrus; LTC: lateral temporal cortex; ACG.L: left anterior cingulate gyrus.
表5  BD患者基线和HC的FC差异脑区
Tab. 5  Brain regions showing FC differences between BD patients at baseline and HC

2.2.3 BD患者治疗后与HC的差异

       BD患者治疗后和HC组相比。以PCC为种子点,PCC和双侧颞中回的FC强度小于HC组(t=4.84,P=0.025;t=4.51,P=0.009),而与左侧丘脑的FC强度大于HC组(t=4.07,P=0.041)。以dMPFC为种子点,dMPFC和右侧梭状回的FC强度大于HC组(t=5.58,P=0.047)。以TPJ为种子点,TPJ和双侧颞极颞中回和右侧海马旁回的FC强度小于HC组(t=5.16,P=0.004;t=5.51,P<0.001;t=4.82,P<0.001)。以LTC为种子点,LTC和左侧额下回三角部的FC强度小于HC组(t=4.32,P=0.002)。以vMPFC为种子点,vMPFC和左侧缘上回的FC强度小于HC组(t=4.64,P=0.037)。以pIPL为种子点,pIPL和右侧颞中回的FC强度小于HC组(t=4.50,P=0.013)。以PHC为种子点,PHC和双侧缘上回的FC强度小于HC组(t=4.18,P=0.009;t=4.53,P<0.001)。以HF为种子点,HF和左侧缘上回的FC强度小于HC组(t=4.67,P=0.043)(表6图3)。

图3  BD患者治疗后和HC的FC差异脑区结果。BD患者治疗后和HC组相比,以后扣带皮层为种子点,后扣带皮层和双侧颞中回的FC强度小于HC组,而与左侧丘脑的FC强度大于HC组。以背内侧前额皮质为种子点,背内侧前额皮质和右侧梭状回的FC强度大于HC组。以颞顶联合区为种子点,颞顶联合区和双侧颞极颞中回和右侧海马旁回的FC强度小于HC组。以侧颞皮质为种子点,侧颞皮质和额下回三角部的FC强度小于HC组。以腹内侧前额叶为种子点,腹内侧前额叶和左侧缘上回的FC强度小于HC组。以顶下小叶为种子点,顶下小叶和右侧颞中回的FC强度小于HC组。以海马皮层为种子点,海马皮层和双侧缘上回的FC强度小于HC组。以海马结构为种子点,海马结构和左侧缘上回的FC强度小于HC组。BD:双相情感障碍;HC:健康对照;FC:功能连接;PCC:后扣带皮层;MTG.L:左侧颞中回;MTG.R:右侧颞中回;THA.L:左侧丘脑;dMPFC:背内侧前额皮质;FFG.R:右侧梭状回;TPJ:颞顶联合区;TPOmid.L:左侧颞极颞中回;TPOmid.R:右侧颞极颞中回;PHG.R:右侧海马旁回;LTC:侧颞皮质;IFGtriang.L:额下回三角部;vMPFC:腹内侧前额叶;SMG.L:左侧缘上回;pIPL:顶下小叶;PHC:海马皮层;SMG.R:右侧缘上回;HF:海马结构。
Fig. 3  Brain regions showing FC differences between post-treatment patients and HC. Comparison between BD patients after treatment and healthy controls: Using the posterior cingulate cortex as the seed point, the connectivity strength between PCC and bilateral middle temporal gyri is weaker than in healthy controls, while the connectivity with the left thalamus is stronger. Using the dorsal medial prefrontal cortex as the seed point, the connectivity strength between dMPFC and the right fusiform gyrus is stronger than in healthy controls. Using the temporoparietal junction as the seed point, the connectivity strength between TPJ and bilateral temporal pole middle temporal gyri and the right parahippocampal gyrus is weaker than in healthy controls. Using the lateral temporal cortex as the seed point, the connectivity strength between LTC and the triangular part of the inferior frontal gyrus is weaker than in healthy controls. Using the ventral medial prefrontal cortex as the seed point, the connectivity strength between vMPFC and the left supramarginal gyrus is weaker than in healthy controls. Using the posterior inferior parietal lobule as the seed point, the connectivity strength between pIPL and the right middle temporal gyrus is weaker than in healthy controls. Using the parahippocampal cortex as the seed point, the connectivity strength between PHC and bilateral supramarginal gyri is weaker than in healthy controls. Using the hippocampal formation as the seed point, the connectivity strength between HF and the left supramarginal gyrus is weaker than in healthy controls. BD: bipolar disorder; HC: healthy control; FC: functional connectivity; PCC: posterior cingulate cortex; MTG.L: left middle temporal gyrus; MTG.R: right middle temporal gyrus; THA.L: left thalamus; dMPFC: dorsal medial prefrontal cortex; FFG.R: right fusiform gyrus; TPJ: temporoparietal junction; TPOmid.L: left temporal pole middle temporal gyrus; TPOmid.R: right temporal pole middle temporal gyrus; PHG.R: right parahippocampal gyrus; LTC: lateral temporal cortex; IFGtriang.L: triangular part of inferior frontal gyrus; vMPFC: ventral medial prefrontal cortex; SMG.L: left supramarginal gyrus; pIPL: posterior inferior parietal lobule; PHC: parahippocampal cortex; SMG.R: right supramarginal gyrus; HF: hippocampal formation.
表6  BD患者治疗两周后和HC的FC差异脑区
Tab. 6  Brain regions showing FC differences between BD patients after 2-week treatment and HC

2.2.4 相关性分析

       我们将治疗前和治疗后患者在差异有统计学意义的结果和治疗后采集的临床量表评分进行了相关性分析,未发现有相关性(r=0.183,P=0.466;r=0.238,P=0.342;r=0.086,P=0.684;r=-0.121,P=0.631;r=-0.031,P=0.902;r=-0.213,P=0.308)。我们进一步分析了FC变化量(治疗后-基线)与临床症状改善量(治疗后-基线)之间的相关性,也未发现有相关性(r=0.070,P=0.788;r=0.198,P=0.447;r=0.252,P=0.235;r=-0.044,P=0.866;r=-0.260,P=0.314;r=-0.095,P=0.660)。

3 讨论

       本研究采用rs-fMRI探索BD治疗前后的DMN和全脑的FC差异。研究结果表明:基线时,BD患者的PCC与右侧距状裂周围皮层的FC强度大于治疗后,而PCC与左侧枕中回的FC强度小于治疗后。而与HC相比,BD基线主要在VN和SN中存在异常,治疗两周后,BD患者在VN和SN中都有不同程度的改变,并且在额顶叶网络(frontoparietal network, FPN)中也出现了异常改变。治疗前后未发现与临床量表评分变化的相关性。

3.1 DMN与视觉网络连接的治疗敏感性

       PCC是大脑纤维连接的密集枢纽,接受来自丘脑前核、背内侧核的输入,调节觉醒与记忆。此外,后扣带皮质是自传体记忆和情绪处理的重要区域[21],而距状裂周围皮层属于视觉网络,在本研究中,后扣带皮层和距状裂皮质的FC强度在治疗前后存在差异,这说明DMN和视觉网络之间存在异常,这一变化与既往研究一致,即成功的情绪稳定治疗常伴随 DMN与感觉网络解耦,减少自我参照思维对感知的干扰[22]

       Rsp是内侧颞叶子系统的重要的功能性组成部分,通过连接海马与后扣带皮层,支持空间记忆与情景记忆的整合[23]。枕中回主要属于视觉网络,尤其是次级视觉处理系统,负责中级视觉特征处理[24]。治疗后RSC-MOG(Occipital_Mid)连接增强可能标志视觉注意力与空间记忆协调性恢复。

       本研究结果显示,BD患者在治疗前后的FC变化都出现在VN,VN是人们获取外部信息和对外部刺激做出反应的基础,在大部分精神障碍中都发现了VN的异常[25, 26]。最近的研究表明,VN的破坏和抑郁症患者的临床症状有关[27]。研究还表明,BD患者视觉网络的FC降低与情绪管理相关。除此之外,刺激视觉网络区域是抑郁发作的新治疗靶点,可以快速缓解抑郁症状[28]。DMN是一种与自我参照处理和社会认知相关的无任务神经网络,在情感障碍中常被报道存在异常[29, 30]。DMN的FC降低表明情感障碍中整合内部活动的能力受损[31]。关于自我反省,先前的研究表明,与HC相比,BD患者将较少的积极句子和较多的负面句子归因于自己(较小的自私偏见)。BD患者较小的自私偏见可能与抑郁状态有关,这可能是对他们现实情况的观察的结果,例如较少的社会支持和耻辱感[21, 32]。我们的研究与过去的主流结果一致。对于BD患者,一项研究发现BD者DMN某些关键区域(例如后扣带回和楔前叶)的FC降低[33]。一项基于种子方法的荟萃分析发现,DMN降低可能与BD患者抑郁发作的临床表现有关[34]。这些研究和本研究结果相一致。

       有研究发现,有症状的高危BD患者在视觉系统中也表现出异常的连接模式,网络内FC增强。这表明在情感图像的视觉呈现过程中,视觉信息的处理会增加或去抑制[35]。最近的研究发现,视觉系统与抑郁症症状存在紊乱,这可能部分解释了这一观察结果[27, 36, 37]。有研究表明,被诊断患有重度抑郁症的个体往往比健康者更频繁地在视觉系统中表现出异常[38]。并且,从视觉皮层到前额叶区域的连接可能介导抑郁行为,使个体易受情绪失调的影响[39, 40]。将这些发现整合到BD患者的背景下,可能是BD不同情绪状态下错综复杂的神经网络-行为关系。

3.2 基线网络异常与治疗后残留

       在基线时,dMPFC和中央前回的连接减弱,又与右侧舌回的连接增强,dMPFC是DMN的核心节点,舌回属于VN,这表明BD患者仍然存在对视觉刺激的过度加工,与先前的研究一致[35]。LTC与左侧前扣带连接减弱,左侧前扣带是SN的关键区域,这表明BD患者SN功能受损,这在先前的研究中也有体现[41]。这些网络之间的连接减少可能导致内省思维和注意力缺陷的减少,这可能是目标导向行为的潜在干扰源[42]。在许多其他精神障碍中也发现了DMN和SN之间的较弱相关[43, 44]。我们的结果证实了先前关于精神障碍中DMN-SN FC中断的发现[45]

3.3 额顶网络治疗后异常的意义

       在BD患者治疗两周后,dmPFC与梭状回(高级视觉区)连接仍然增强,但PCC与颞中回(记忆/社会认知区)连接减弱,这可能表明存在治疗后部分代偿,dmPFC可能通过增强视觉连接补偿其他网络缺陷,并且DMN整合功能未完全恢复,还需进一步的治疗。治疗后在SN仍然存在异常,这表明SN功能未正常化,存在连接修复不足,这些异常可能解释了BD患者即使治疗后仍易出现情绪调节困难和快感缺失。而SN的变化在其他精神障碍中同样存在异常[44]。这可能是区分这些精神疾病的关键。而在FPN治疗后的异常可能是药物治疗后的代偿反应,也可能是BD患者认知残留症状的神经基础,先前的影像学研究荟萃分析表明精神疾病DMN和FPN之间存在超连通性,并且和患者的灰质减小有关,结果表明网络交互的共同机制可能与精神疾病中观察到的广泛认知缺陷有关[46]。这也提示我们结构和功能双模态的研究的必要,需要未来长期跟踪随访扩大数据量进一步探索结构和功能的多模态研究。

3.4 FC与临床症状的相关性

       本研究对FC异常结果和临床症状做了相关性分析,但未发现存在相关性。先前的一项Meta分析发现BD患者抑郁状态的严重程度与DMN和左侧扣带回之间的连接存在显著关系,这可能导致BD患者的抑郁症状。除此之外,BD患者的抑郁严重程度与DMN和左侧海马旁回之间的连接也存在相关性[47]。先前的研究表明,BD患者在性别和亚型方面存在差异[48]。我们推测这可能与疾病亚型和患者性别有关。然而,由于我们并未专门研究性别和疾病亚型,这构成了本研究的一个局限性,提示我们未来需要更大的数据量来更深一步探索异常FC和临床症状的相关性,进而为临床提供更可靠的神经机制。

3.5 局限性

       本研究尚存在一些不足。首先,本研究样本量较小,未来需要纳入更大的样本量进行结果验证。其次,本研究旨在提供真实世界随访下的神经影像变化,患者所接受的治疗方式未能进行有效控制,因此我们的结果并不能单纯解释为某一药物的神经药理机制,其FC变化可能反映了多种治疗手段的共同作用,甚至还可能存在安慰剂效应的部分参与,未来会涉及双盲随机安慰剂对照试验来进一步验证我们初步的结果。此外,本研究没有对患者入组时候的情绪状态进行分组,未来需要更大的数据量进行亚组分析,探讨不同情绪状态下的特异性改变,更深入地揭示BD患者的神经机制。

4 结论

       综上所述,本研究结果支持了DMN在BD患者病理机制和治疗反应中的脑功能变化,并表明某些DMN和VN相关FC可能对短期治疗具有较高的敏感性,而结合其他研究,在SN中的异常改变可能提示该网络存在区分精神疾病的关键。而其他区域的恢复则可能需要更长时间的干预。未来的研究应进一步探讨这些FC变化与临床症状改善的关系,以更全面理解BD的神经生物学机制,并为精准治疗提供依据。

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