0 引言

       吸烟成瘾是全球范围内的重大公共问题之一，与多种呼吸系统、消化系统疾病及肿瘤密切相关，对人类健康、经济和生活产生不利影响^{[1, 2, 3]}。吸烟成瘾主要表现为对于香烟的渴望、复吸、戒断等症状，尽管许多吸烟者知道长期吸烟不良后果，但戒烟人群中复吸率超过85%，其根本原因是烟草中含有成瘾物质尼古丁^{[4, 5]}。尼古丁是一种极易使人上瘾的天然兴奋剂，可以导致大脑的功能发生变化^[6]。因此，探讨慢性吸烟者的神经生物学机制可能有助于指导进一步的戒烟治疗，改善并且提高吸烟成瘾者的生活质量。

       静息态功能磁共振成像（resting-state functional MRI, rs-fMRI）通过测量大脑在静息状态下大脑内血氧水平依赖信号的活动，继而评估大脑的自发性神经元活动，目前已经被广泛应用于研究各种神经、精神疾病当中^{[7, 8, 9, 10]}。隋文禹等^[11]研究发现，吸烟成瘾青少年大脑局部自发神经活动存在异常，并且与吸烟评分和吸烟频率具有相关性。包发秀等^[12]发现，慢性高原吸烟患者的双侧伏隔核与右侧中央前回、右侧中央后回、右侧额中回的功能连接（functional connectivity, FC）增加。目前，对于慢性吸烟者存在一定数量的静息态MRI研究，但研究方法较为单一，无法准确、全面评估慢性吸烟者自发性脑功能活动及异常活动脑区与其他脑区之间的连接关系。

       本研究首先采用基于低频振幅（amplitude of low frequency fluctuation, ALFF）的方法计算慢性吸烟者和健康对照组的自发性脑功能活动差异。随后选取ALFF存在显著组间差异的脑区作为种子点，进行基于种子点的FC分析，以期能够能更全面、更可靠地揭示慢性吸烟者的脑功能变化，为进一步的诊疗提供相应的影像学依据。

1 材料与方法

1.1 研究对象

       本研究纳入2022年3月至2024年2月在贵州省人民医院门诊部招募的27例慢性吸烟者（慢性吸烟组）和30例健康对照者（健康对照组）。收集慢性吸烟者的年龄、性别、受教育年限及物质依赖等成瘾相关信息。通过尼古丁依赖量表（Fagerstrom Test for Nicotine Dependence, FTND）对于慢性吸烟者的尼古丁依赖程度评估。本研究遵守《赫尔辛基宣言》，通过医院伦理委员会批准，批准文号：2022 [144]号，研究中所有受试者均已签署了知情同意书。

       慢性吸烟组纳入标准：（1）符合美国精神障碍诊断统计手册第5版（Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders-five edition, DSM-Ⅴ）对于物质成瘾的诊断标准；（2）在临床上被诊断为尼古丁依赖，每日吸烟量不少于10根，吸烟年限不少于5年；（3）右利手；（4）参与研究前６个月内无戒烟行为。排除标准：（1）癫痫、脑肿瘤、脑血管疾病病史；（2）其他物质成瘾史；（3）神经、精神疾病病史；（4）磁共振检查禁忌证。

       健康对照组纳入标准：性别、年龄及教育程度与慢性吸烟者相匹配。排除标准：（1）神经及精神疾病病史；（2）磁共振检查禁忌证；（3）颅脑创伤及肿瘤相关病史。

1.2 研究方法

1.2.1 MRI扫描

       在美国GE 3.0 T Discovery MR 750（GE Healthcare, Milwaukee, WI）磁共振仪上，使用8通道相控阵线圈采集每一个受试者的rs-fMRI数据。在进行磁共振扫描前，嘱咐受试者轻闭双眼、放松，不要思考及入睡。同时使用海绵垫及耳塞对于研究对象进行头部固定，以减少受试者的头部运动。全脑3D-T1成像参数：TR 8.5 ms；TE 3.2 ms；FA 15°；FOV 256 mm×256 mm；矩阵256×256；层厚1 mm；层间隔0 mm；体素大小1 mm×1 mm×1 mm；rs-fMRI序列参数：TR 2000 ms；TE 30 ms；FA 70°；FOV 216 mm×216 mm；矩阵72×72；层厚3.5 mm；层间隔0.5 mm；体素大小3 mm×3 mm×3 mm。所有rs-fMRI图像共扫描250个时间点，扫描时间共计7 min 52 s。

1.2.2 rs-fMRI数据处理

       基于MATLAB 2013b平台的DPABI 6.0软件（www.rest-fmri.net/forum）进行rs-fMRI图像的预处理：（1）去除时间点，首先将前10个时间点进行排除以减少开始扫描时磁场的不稳定；（2）时间层校正，排除层间扫描所带来的数据偏差，以确保体素获取时间点的一致性；（3）运动校正，排除受试者在进行扫描过程中产生的头部运动，将所有时间点图像向与第一个时间点进行图像配准；（4）空间标准化，将配准后的图像转换到蒙特利尔神经研究所标准的3 mm×3 mm×3 mm空间；（5）图像平滑，使用半宽高为6 mm的高斯平滑核对图像进行空间平滑；（6）低通滤波，采用0.01~0.08 Hz的频段对于平滑后的数据进行滤波；（7）去线性漂移滤波后的图像；（8）回归协变量信号，去除头部运动、脑白质以及脑脊液信号对数据的影响。

1.2.3 基于ALFF的数据处理

       使用DPABI软件进行ALFF的后处理分析。（1）基于快速傅立叶转换的方法，将预处理好的rs-fMRI数据中每一个体素的时间序列转化成频域信号，继而进一步得到功率谱；（2）在功率谱的每一个频率区分别进行开平方，继而获取0.01~0.08 Hz频段内，每一个体素的平均功率谱值；（3）将每一个体素的ALFF值除以全局平均的ALFF值，继而得到每个体素标准化后的ALFF值。

1.2.4 基于种子点FC的数据处理

       选择慢性吸烟组和健康对照组之间存在ALFF组间差异的脑区作为种子点，计算种子点的平均时间序列与其他脑区平均时间序列的Pearson相关系数，继而生成每个受试者的全脑FC图，通过Fisher-z变换将相关系数转换为z分数，以使数据符合正态分布。

1.3 统计学分析

       使用IBM SPSS Statistics 26.0软件的两样本t检验来比较慢性吸烟组和健康对照组的一般资料及人口统计学特征，以P<0.05为差异具有统计学意义。基于DPABI软件模块中的独立样本t检验比较两组的全脑ALFF组间差异，随后计算基于种子点的全脑FC差异，以年龄、受教育年限、平均帧位移（framewise displacement, FD）值值作为协变量（GRF校正，体素水平P<0.001、团块水平P<0.05为差异具有统计学意义）。

2 结果

2.1 一般统计学资料

       本研究共纳入慢性吸烟者27例，健康对照者30例。慢性吸烟组和健康对照组在年龄、性别、受教育年限方面差异均无统计学意义（P>0.05）。详见表1。

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表1  慢性吸烟组与健康对照组间的一般统计学资料
Tab. 1  The general demographics between the chronic smoking and the healthy control group.

2.2 慢性吸烟组与健康对照组的ALFF组间比较

       与健康对照组相比，慢性吸烟者左侧额上回的 ALFF出现增高，右侧小脑半球的ALFF值出现减低（GRF校正，体素水平P<0.001，团块水平P<0.05）。详见图1、表2。

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图1  慢性吸烟组和健康对照组的ALFF组间差异。ALFF：低频振幅。
Fig. 1  The differences of ALFF between the chronic smoking group and the healthy control group. ALFF: amplitude of low frequency fluctuation.

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表2  慢性吸烟组与健康对照组间的ALFF及FC组间差异
Tab. 2  The differences in ALFF and FC between the chronic smoking and healthy control group

2.3 慢性吸烟组与健康对照组的FC组间比较

       与健康对照组相比，慢性吸烟者左侧额上回与左侧顶上小叶之间的FC增强，左侧额上回与右侧顶上小叶之间的FC增强（GRF校正，体素水平P<0.001，团块水平P<0.05）。详见图2, 3。

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图2  慢性吸烟组和健康对照组基于种子点的FC差异。FC：功能连接。
Fig. 2  The differences of seed-based FC between the chronic smoker group and the healthy control group. FC: functional connectivity.

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图3  慢性吸烟组和健康对照组的组间差异直方图分析。ALFF：低频振幅；FC：功能连接。
Fig. 3  Histogram analysis show the inter-group differences between the chronic smoking group and healthy control group. ALFF: amplitude of low frequency fluctuation; FC: functional connectivity.

3 讨论

       本研究通过联合应用ALFF和FC的方法，探讨慢性吸烟者和健康对照者之间自发性脑活动和基于种子点的FC差异。研究发现，慢性吸烟者左侧额上回、右侧小脑半球的自发性脑功能活动异常，左侧额上回与双侧顶上小叶之间的FC增加，这些发现有助于理解慢性吸烟者大脑内在活动和神经FC的异常，为进一步深入探索吸烟成瘾者的异质性提供相应的影像学依据。

3.1 慢性吸烟者与健康对照者的额叶ALFF差异分析

       既往研究发现，ALFF通过测量大脑内自发波动区域的强度来表征大脑的局部神经元活动，其被认为是揭示成瘾过程中大脑内在活动变化的一种重要研究方法^{[13, 14, 15]}。WEN等^[16]研究发现，慢性尼古丁成瘾患者前额叶皮层区域的ALFF值增高。CHEN等^[17]研究发现，吸烟成瘾患者的额叶皮层区域灰质变薄。本组研究结果显示，吸烟者左前额叶皮层的ALFF值较对照组增高，这与既往rs-fMRI研究结果相一致^[18]。左侧额上回在奖赏评估中起着重要作用，是情绪整合、行为调控、动机决策的关键脑区，能够快速整合和更新信息以引导目标行为，进而使行为成功实现^{[19, 20, 21]}。本组研究发现，由于尼古丁对前额叶皮质影响，吸烟者即便知道吸烟危害也可能难以控制吸烟的行为，可能是前额叶皮层功能异常导致自上而下的行为控制失调所致^[22]。

3.2 慢性吸烟者与健康对照者的小脑ALFF差异分析

       虽然小脑被普遍认为对于维持姿势及平衡、协调躯体运动具有重要价值。然而，相关研究结果显示，小脑在情绪调节、注意力处理和决策制订方面仍然具有重要作用^{[23, 24, 25, 26]}。本研究结果显示，慢性吸烟者右侧小脑半球的ALFF值较健康对照者减低，提示其可能存在一定的功能活动异常，使得吸烟者在情绪调控方面、注意力决策中存在功能性障碍。一些基础研究结果显示，小脑半球具有多种尼古丁乙酰胆碱受体，这些受体对尼古丁刺激具有一定的反应性，尼古丁的兴奋作用会导致小脑的浦肯野细胞和颗粒细胞损伤^{[27, 28]}。本研究显示，慢性吸烟者存在小脑功能活动异常，提示慢性吸烟者存在小脑神经功能损伤，与既往研究结果相一致^{[29, 30]}。

3.3 慢性吸烟者与健康对照者的FC差异分析

       额上回是大脑内认知、自感受、情绪调节的关节脑区，亦是连接默认模式网络、感觉网络、背侧注意网络的重要枢纽。顶上小叶作为顶叶的一部分，其主要位于大脑的内侧深面，额上回与顶上小叶共同组成额顶控制网络，在视觉空间注意、认知控制、反馈指导决策等方面发挥着关键作用^{[31, 32, 33]}。既往研究发现，患有物质使用障碍的机体在执行简单的运动任务时，其额上回、内侧前额叶皮质、中央后回以及颞叶皮层区域的活动明显增强。国外研究结果表明，慢性吸烟者大脑中岛叶与顶叶皮层之间的功能发生改变，其可能与慢性吸烟者对于吸烟相关信号的认知处理能力受损有关^[34]。FRANCIS等^[35]研究发现，长期吸烟者后扣带回皮层与内侧前额叶皮层之间的FC出现改变，其可能是由于慢性吸烟者对尼古丁引发的自动奖励处理控制能力下降所致。

       本组研究结果显示，吸烟者左侧额上回、双侧顶上小叶之间的FC增加，与既往研究结论相一致^{[36, 37, 38]}。我们推测其可能是因为慢性吸烟患者出现外周注意力处理的相关节点功能障碍，继而引发相连的奖励网络枢纽出现代偿性FC增强，其反映了吸烟相关行为的功能可塑性^{[39, 40]}。此外，慢性吸烟者由于网络间的信息传递平衡失调，其需要采用更高阶的网络模型（额顶控制网络）来完成复杂的信息传输及信息处理，以代偿机体对于认知、执行控制能力的受损。总之，额上回与双侧顶上小叶之间的FC增强可能反映了慢性吸烟者额顶控制网络对于吸烟相关行为的结果处理异常，为吸烟成瘾相关的行为提供了相关的神经影像学证据。

3.4 研究的局限性

       本研究存在一定的局限性。首先，本研究样本量相对较小，对于研究结论的解释具有一定的局限性，未来我们将扩大样本量、收集多中心的数据来进一步验证结果的准确性。其次，本研究未对慢性吸烟者的吸烟年限进行分层统计分析，未来将扩大样本量以进行验证分析。最后，本研究为横断面研究，收集慢性吸烟者的纵向研究可能对于结果具有更好的解释性。

4 结论

       总之，本研究通过联合ALFF和FC的方法探索慢性吸烟者大脑自发性脑活动及FC异常。额叶、小脑半球、顶上小叶的自发性脑活动及FC异常可能是慢性吸烟者认知控制功能、奖赏、注意力网络之间神经功能障的生物学基础。本研究可为慢性吸烟者的诊断、治疗提供有价值的神经影像学依据。