分享:
分享到微信朋友圈
X
综述
神经精神疾病的功能磁共振成像研究进展
王秀丽 黄晓琦

王秀丽,黄晓琦,龚启勇,等.神经精神疾病的功能磁共振成像研究进展.磁共振成像, 2012, 3(1): 61-68. DOI:10.3969/j.issn.1674-8034.2012.01.015.


[摘要] 脑功能磁共振成像(fMRI)能在活体人脑定位各功能脑区,研究脑的功能连接。本文基于任务态和静息态的应用模式,自局部脑区功能活动、脑区间功能连接及脑功能网络层面,综述了脑功能磁共振成像在神经精神疾病发病机制、诊断、治疗及预后等方面的临床研究现状。今后需进行多学科、多方法相结合的纵向研究,探索神经精神疾病特异的功能影像学标记,为疾病的早期发现、早期干预及预后判断等提供客观和直观的影像学依据。
[Abstract] Brain functional magnetic resonance imaging (fMRI) can help locate the functional areas in human brain, and study the functional connectivity between the brain regions. Based on the modes of the task state and resting state, present review summarized clinical advances of fMRI in the pathogenesis, diagnosis, treatment and prognosis of neuropsychiatric disorders from the local brain function to the functional connectivity beween brain regions to the brain functional network.Future researches need to combine multi-methods and to cooperate with multi-disciplines to explore specific neuroimaging markers in those disorders. Thus imaging technique may eventually be used to help with early detection, early intervention and prognosis judgement.
[关键词] 神经精神疾病;磁共振成像,功能性;任务态;静息态
[Keywords] Neuropsychiatric disorders;Magnetic resonance imaging, functional;Task state;Resting state

王秀丽 四川大学华西医院心理卫生中心,四川成都 610041

黄晓琦* 四川大学华西医院放射科,四川成都 610041

通讯作者:黄晓琦,Email: Julianahuang@163.com


基金项目: 国家自然科学基金项目 编号:81171488
收稿日期:2011-12-01
接受日期:2012-01-05
中图分类号:R445.2; R745.1 
文献标识码:A
DOI: 10.3969/j.issn.1674-8034.2012.01.015
王秀丽,黄晓琦,龚启勇,等.神经精神疾病的功能磁共振成像研究进展.磁共振成像, 2012, 3(1): 61-68. DOI:10.3969/j.issn.1674-8034.2012.01.015.

       近年来,随着分子遗传学、生物化学、精神药理学、影像学等的迅速发展,脑神经科学的研究已深入到细胞、分子、递质、回路、系统等不同层次,多学科、多层次的交叉渗透研究使得人们认识到精神疾病存在一定的生物学基础,尽管目前尚未形成肯定的结论,但人们正在逐步接近精神疾病的生物学本质。同时使人们对神经疾病的认识也更为深刻。其中,功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging, fMRI)是近年来影像学技术研究的重大进展之一,是目前最常用的一种无损伤性的活体脑功能检测技术,它把神经活动的检测与高分辨率磁共振成像相结合,为临床MR诊断从单一形态学研究到形态与功能相结合的系统研究开辟了一种新的方式,应用领域广泛,对神经病学、心理学和精神病学等学科的应用研究较多,相关理论成果,正逐步应用于疾病诊断、病程监测、疗效评价等方面,为临床研究和治疗提供了很大帮助。本文就近年来狭义fMRI在神经精神疾病领域的研究进展进行综述。

1 fMRI的应用模式及分析方法

1.1 应用模式

       fMRI研究范围较广,狭义fMRI(通常所指的fMRI)仅指血氧水平依赖(blood oxygen level dependent, BOLD)性fMRI(BOLD-fMRI)[1]。BOLD-fMRI主要有两种应用模式,即任务态和静息态。任务态方法是利用各种刺激诱导局部脑组织BOLD信号发生变化,间接反映神经元的活动,包括组块设计、事件相关设计和混合设计。组块设计包括括工作记忆任务、面部表情刺激、记忆再认、Stroop范式任务等;而事件相关设计包括金钱刺激延迟任务、奖赏决策任务、赌博任务等奖赏刺激范式。静息态fMRI (resting-state fMRI)研究大脑在静息状态时BOLD信号的自发活动,期间无需患者主动参与,尤其适合临床上患者不能或不愿配合的情况,操作较为简单,成为近年来的研究热点。目前实时fMRI (real-time fMRI, rtfMRI)在扫描的同时,能实时动态地在脑组织上重建和显示功能性脑活动图,进行实时图像回放分析,进一步促进了fMRI在脑功能基础与临床应用研究中所发挥的作用。

1.2 分析方法

       任务态BOLD-fMRI一般采用广义线性模型(generalized linear model, GLM)分析方法,可定为任务的相关激活脑区,探索感兴趣脑区,应用较广。静息态BOLD-fMRI分析方法有局部脑功能分析法可采用低频振幅法(amplitude of low-frequency fluctuation, ALFF)、局部一致性法(regional homogeneity, ReHo);脑区间功能连接分析可采用独立成分分析(independent component analysis, ICA)、主成分分析(principal component analysis, PCA)、动态因果模型(dynamic causual analysis, DCM)、Granger因果分析等。静息态fMRI主要运用功能连接(functional connectivity, FC)方法进行分析,功能连接能够较完整地揭示功能上和解剖上密切联系的神经环路局部。也有大规模脑功能网络及小世界网络属性分析法。静息态fMRI主要运用功能连接(functional connectivity, FC)方法进行分析,功能连接能够较完整地揭示功能上和解剖上密切联系的神经环路局部。

2 fMRI在神经精神疾病中的临床研究

       fMRI对神经精神疾病的研究,早期主要集中在感知觉方面,其后更多地关注认知功能。基于任务的fMRI大多是比较神经精神疾病患者各脑区的激活程度(多个脑区激活异常)、任务难度和成绩及药物对脑区激活的影响。目前转移到对脑功能连接的研究,即从简单的功能定位和比较认知任务对特定脑区激活程度的差异,转移到分析各脑区间的神经环路和功能网络连接。

2.1 fMRI在精神障碍中的临床研究

2.1.1 精神分裂症(schizophrenia)

       精神分裂症患者存在多个脑区的功能异常,其中前额叶是研究得最多的脑区之一。早期研究主要认为患者前额叶功能低下,目前普遍认为精神分裂症患者的前额叶功能异常致其工作记忆缺陷。Callicott等[2]研究认为,精神分裂症患者前额叶皮质功能异常,可能是由于患者存在前额叶功能的损伤,在记忆负荷逐渐加大时,需要有更多脑区参与执行控制加工过程,也可能反映其处理信息时资源利用的策略异常。Sugranyes等[3]基于标准化的面孔情绪再认范式(facial emotion recognition,FER)或心理理论(theory of mind, TOM)模式,对精神分裂症患者与健康对照组的fMRI研究的Meta分析显示,患者组腹外侧前额叶皮层(ventrolateral prefrontal cortex, vlPFC)存在功能异常,执行FER范式时杏仁核激活降低,心理理论模式时颞上沟(superior temporal sulcus, STS)激活降低,躯体感觉活动时丘脑激活降低,表明额叶-边缘系统和STS活动减弱可能是精神分裂症患者社会认知缺陷的特征。

       对精神分裂症患者的研究主要支持前额叶及与之连接的皮层-皮层和皮层-皮层下-小脑神经环路在精神分裂症症状学和认知缺陷中的作用,脑区间相互作用的异常可能是其症状和认知缺陷的基础。Schlosser等[4]应用N-back工作记忆任务研究神经环路的功能连接,发现患者前额叶-小脑功能连接和小脑-丘脑功能连接降低,丘脑-前额叶皮层(prefrontal cortex, PFC) (腹外侧和背外侧)功能连接增加,即精神分裂症患者存在质层-皮层下-小脑环路的脑功能连接异常(包括连接增加和降低),而某些脑区间的功能连接异常可能是原发性异常的代偿性改变。国内利用静息态fMRI和弥散张量成像(diffusion tensor imaging, DTI)技术进行研究发现,精神分裂症患者双侧海马至其他一些脑区的功能连接降低,海马的解剖连接也受损[5],也有研究显示患者静息态默认网络(default-mode network, DMN)的楔前叶/后扣带皮层(precueus/posterior cingulate cortex, PC/PCC)的BOLD信号不同于正常人群[6]。Kühn等[7]对精神分裂症者与对照组的静息态fMRI和PET研究的Meta分析显示,患者组腹内侧前额叶皮层(ventromedial prefrontal cortex, vmPFC)、左侧海马、后扣带皮层、楔前叶激活降低,双侧舌回激活增加,而vmPFC已被确定为是自我参照加工(self-referential processing)的关键脑区。国内Lui等[8]对首发未经治疗的精神分裂症患者的研究发现,经第二代抗精神病药物治疗6周后,患者脑区,特别是两侧前额叶皮层、顶叶皮层、左侧颞上皮层及右侧尾状核等局部脑功能活动增强,脑功能活动增强与患者临床症状的改善相关,同时出现广泛的大脑功能连接减弱,表明经药物治疗后患者大脑功能活动广泛增强而脑功能网络连接广泛减弱,这可能有助于理解抗精神病药物的系统效应,并揭示抗精神病药物作用的神经机制。

2.1.2 心境障碍(mood disorders)

       心境障碍者PFC、边缘皮层、扣带回、杏仁核、海马、纹状体、小脑等皮层及皮层下结构发生形态学改变,这些脑区是fMRI研究的感兴趣区(regions of interest, ROI)。在患者特定脑区病理改变的基础上,脑区激活强度发生改变,部分功能影像学研究结果与其临床特征、神经解剖学特征的相关研究一致。对心境障碍患者的一项Meta分析显示,重型抑郁障碍组(majar depressive disorder, MDD)与双相障碍组(bipolar disorder, BD)边缘脑区激活均增加,二者在皮层、丘脑、纹状体脑区的激活存在差异,提示研究皮层-丘脑-基底节神经环路可能有助于发现MDD与BD的不同神经病理机制[9]

       抑郁障碍(depressive disorder)抑郁障碍患者大脑皮层与边缘系统间的信号同步性在任务态和静息态均降低[10],推测皮层对于边缘系统的失调控可能是导致抑郁的原因之一[11]。研究发现,与健康对照者比较,抑郁障碍患者进行不同情感体验任务时,除PFC、边缘皮层及扣带回脑区激活有差异外,下丘脑、海马、杏仁核、苍白球及小脑蚓部等脑区的激活强度也改变。Hugdahl等[12]对重症抑郁患者及健康对照者行加减运算时的fMRI研究,结果显示患者组PFC激活强度显著低于对照者,与抑郁症患者计算力缺损的临床特征一致,与患者脑形态学研究中PFC容积减小,灰质密度减低的结果一致。Malhi等[13]通过统计图谱分析认为,抑郁发作患者在正常情感的脑神经环路之外,皮层下脑区或神经核团如:丘脑、岛叶、基底节等的异常激活,使其疾病特异性改变,这些脑区参与抑郁发作患者的神经内分泌改变,导致患者出现性欲和食欲减退、昼轻夜重等生物节律紊乱的临床表现。Pizzagalli[14]研究指出,通过促进适应性的自我参照加工,重新调整DMN与"阳性任务网络"(task-positive network, TPN)的相互关系,前扣带皮层嘴部(rostral anterior cingulate cortex, rACC)在抑郁障碍的治疗结局中发挥着重要作用;Meta分析显示,与对照组比较,rACC治疗前激活增强可以预测更好的抗抑郁治疗反应,在抗抑郁药物、睡眠剥夺及经颅磁刺激的抗抑郁治疗中,这一反应关系稳定且可重复,与Davidson等[15]的研究结果一致。

       国内Peng等[16]采用局部一致性(regional homogeneity, ReHo)方法进行静息态fMRI的研究发现,与正常对照组比较,抑郁障碍者左侧丘脑、左侧颞叶、左小脑后叶及两侧枕叶的ReHo值显著降低,表明抑郁障碍患者上述脑区在非任务状态下存在持续的自发神经活动异常。kühn等[7]进行静息态fMRI和PET研究的Meta分析显示,与对照组比较,重型抑郁症患者的vmPFC、左腹侧纹状体及左侧丘脑激活增加,左侧中央后回、左侧梭状回、左侧脑岛激活降低,提示vmPFC作为自主活动过程的关键脑区,可能成为提高自我功能障碍疾病静息态活动诊断效度的一个靶点。对脑功能环路的研究发现,抑郁障碍患者前扣带皮层(anterior cingulate cortex, ACC)对皮层下杏仁核、旁纹状体、丘脑及海马环路,即情绪调节环路(mood-regulating-circuit, MRC)的调控功能减弱,经文拉法辛治疗可以增强ACC的调控作用,抑郁症状的缓解与其调控功能的增强相关[17,18]。国内对难治性抑郁障碍者、非难治性抑郁障碍者及健康对照者的静息态fMRI研究发现,难治性抑郁障碍者的脑功能连接异常主要与丘脑-皮层环路有关,非难治性抑郁障碍者脑功能连接的显著异常主要与边缘-纹状体-苍白球-丘脑环路相关,提示二者因不同神经环路异常而表现出不同部位的脑功能连接异常,可能为探索抑郁障碍治疗的神经机制提供研究依据[19]

       双相障碍(bipolar disorder, BD) PFC是情绪加工(mood-processing)过程的关键结构,其病理改变可能导致双相障碍患者表现出临床特征性情绪认知障碍,是fMRI异常激活的基础。一项Meta分析[20]显示,与正常对照组比较,双向障碍患者额叶下皮层(inferior frontal cortex, IFG)、壳核激活降低,边缘结构,如内侧颞叶结构(海马、海马旁回、杏仁核)和基底节区过度激活。亚组分析显示,患者组在情感和认知任务期间IFG或vlPFC激活降低主要与躁狂状态相关,在情感任务而非认知任务期间边缘脑区激活增加,除杏仁核在抑郁和躁狂心境下激活增加外,其余边缘脑区激活增加与心境状态无关,表明双相障碍患者的额叶-边缘通路存在激活异常。Josselin等[21]对双相障碍情感任务态fMRI研究的Meta分析显示,与健康对照比较,双相障碍患者主要是皮层-认知通路的vlPFC、ACC、背外侧前额叶皮层(dorsolateral prefrontal cortex, dlPFC)及楔前叶这些脑区的神经元激活降低,或灰质低于正常,或二者兼有,而腹侧-边缘脑区的海马旁回和杏仁核激活增加。研究发现,以正、负性情绪图片诱发刺激双相障碍患者,患者杏仁核产生强激活[22,23],这一结果得到多个同类研究验证。杏仁核参与情绪认知处理过程,杏仁核结构、血供及代谢的异常与各种情绪图片诱导刺激时患者异常的fMRI激活信号相关。

       静息态fMRI研究显示,健康对照组左侧vPFC与杏仁核的活动呈显著负相关,这种相关性的强度在BD患者下降。全脑分析显示BD患者左侧vPFC与右侧vPFC及腹侧纹状体的相关性更高。表明正常情况下vPFC与杏仁核间存在功能连接,支持BD患者vPFC-杏仁核功能连接降低及半球间功能连接失调的假说[24]。Anand等[25]研究显示,与对照组比较,BD患者前扣带膝周皮层(the pregenual anterior cingulate cortex, pgACC)与左右两侧丘脑背内侧功能连接显著降低,与MDD患者的结果相似。BD患者pgACC与左右两侧杏仁核及左侧苍白球纹状体(pallidostriatum, PST)连接降低。分析显示双相抑郁和双相躁狂患者的pgACC与丘脑背内侧的连接均降低,表明边缘皮层功能连接降低是不同类型心境障碍的的共同表现。

2.1.3 社交焦虑障碍(social anxiety disorder, SAD)

       研究显示PFC、杏仁核和海马是调节和控制正性和负性情绪的关键部位,在SAD患者可观察到这些部位有强于正常对照组的异常激活。Koric等[26]采用感兴趣区分析显示,执行更高压力任务而非一般压力任务时,对照组右侧vlPFC激活降低;两种不同压力任务时,SAD组右侧vlPFC的激活水平类似。执行更高压力任务时,对照组左侧dlPFC激活较患者组增加,两组的焦虑程度与右侧vlPFC激活水平正相关。表明正常人执行压力任务时,参与认知控制的左侧dlPFC脑区激活增加,焦虑相关脑区右侧vlPFC的激活降低;而SAD患者这两个脑区间的特定调节作用缺失,导致其认知控制的调节能力受限。Stein等[27]采用标准化面部表情图片刺激系统fMRI研究显示,轻蔑、侮辱和生气面孔表情图片刺激时,SAD患者的杏仁核、海马回出现了显著的激活,并显著强于愉快表情图片刺激的激活,无明显表情刺激与愉快表情刺激引起的脑区激活差异不显著。有研究显示,SAD患者杏仁核的激活反应与社交焦虑症状的严重程度呈正相关[28],具有社交焦虑倾向的被试也呈现两侧杏仁核和脑岛的显著激活,且焦虑倾向分值越高杏仁核和脑岛的激活越显著[29],进行认知行为治疗前SAD患者的脑岛和PFC较健康对照组有显著的激活反应,治疗后激活显著降低[30]

       国内Liao[31]等采用静息态fMRI研究发现,与对照组比较,SAD组躯体运动皮层(初级皮层和运动皮层)和初级视觉皮层网络的功能连接减低,参与自我参照加工的一个皮层网络(包括内侧前额叶皮层)的功能连接增强,功能连接在下述网络中增强或减低:参与情节记忆和自我投射的DMN网络(PCC/PC、两侧顶下回、角回、颞中回及额上回和额内侧回),调节目标导向自上而下加工的背侧注意网络(枕中回和枕上回、顶上回和顶下回及额上回和额中回),任务控制功能相关的核心网络(脑岛-扣带皮层)及中央执行网络(额叶-顶叶皮层),研究还发现静息态网络中的特定脑区与疾病严重度相关,这些脑区包括内侧和外侧PFC及顶叶和枕叶脑区,表明社交焦虑障碍存在有多个功能网络连接异常,这为进一步研究其神经-病理生理学机制提供了新的方式。

2.1.4 应激相关障碍(stress related disorders)

       急性应激(acute stress)严重创伤的应激急性期,中枢神经系统皮质边缘脑区特别是下丘脑、海马和杏仁核等处的神经可塑性短期内改变,神经纤维髓鞘脱失,微循环发生障碍,这些脑区可能是中枢神经系统应激应答的敏感区[32]。对创伤后急性应激期的相关研究较少,国内Lui等[33]运用静息态FMRI对经历中国汶川大地震25天后躯体健康幸存者和健康对照者的研究发现,与对照组比较,震后幸存者的额叶-纹状体-边缘系统,包括左侧前额叶、辅助运动区前区(presupplementary motor area, pre-SMA)、两侧脑岛、两侧尾状核、左侧壳核的激活增强,其边缘-纹状体脑区与默认脑区间的功能连接减弱。这些异常与震后幸存者的抑郁情绪相关。表明应激后不久,创伤经历不仅影响震后幸存者的脑区功能,还影响大脑功能网络的相互作用,提示在经历国家灾难、军事冲突、其他严重情感创伤后的短时间内,创伤幸存者既存在局部脑功能和大脑功能连接的异常,可能需要对这类人群进行早期干预,以降低创伤事件的长期不良影响。

       创伤后应激障碍(post-traumatic stress disorder, PTSD)对PTSD进行fMRI研究的较为一致的发现为额前回内侧皮质(包括前扣带回)、杏仁核及海马等部位信号异常及神经环路的分离现象。Shin等[34]采用观察掩饰情感的面部表情的方法发现,与有创伤暴露未患PTSD者比较,PTSD患者杏仁核BOLD信号的改变与额前回内侧皮质呈负相关,PTSD症状的严重度与额前回内侧皮质BOLD信号的改变也呈负相关,提示额前回内侧皮质与杏仁核之间有着重要的交互作用:额前回内侧皮质为杏仁核提供一个负反馈系统,额前回内侧皮质的激活抑制杏仁核的激活,反之则导致杏仁核的过度激活。也有研究持不同的意见,Bryant等[35]对PTSD患者和健康对照者进行研究发现,在非意识恐怖和中性面孔呈现过程中,患者杏仁核和双侧额前回内侧皮质的激活都增高,进而提出PTSD的激活异常可能仅限于有意识的恐怖加工机制中。研究发现PTSD患者的海马在休息状态时激活增加,基线状态时就较对照组血流更多,海马血流量与PTSD症状的严重程度呈显著正相关[36]。Shin等[37]对暴露作战患PTSD的军人与其未接触作战的同卵双胞胎,及暴露作战未患PTSD的军人与其未接触作战的同卵双胞胎的前扣带背侧的研究显示,多源冲突任务完成期间(multi-source interference task, MSIT),与暴露非患病组及其同胞比较,暴露患病组及其同胞的前扣带背侧激活显著增加,暴露组前扣带背侧的激活水平与其PTSD症状严重度呈正相关,未暴露组前扣带背侧的激活水平与其同胞暴露组的PTSD症状严重度呈正相关,提示前扣带背侧过度激活可能是经历心理创伤后发生PTSD的家族性危险因素。

       有研究显示,与正常对照比较,急性创伤后PTSD患者的静息态PCC与前扣带膝部和右侧杏仁核的功能连接与PTSD症状相关,与右侧杏仁核的相关性可预测以后的PTSD症状,这可能有助于鉴别创伤经历后是否发生PTSD的预后工具的开发[38]。Daniels等[39]采用工作记忆任务发现,与正常对照组比较,PTSD组PCC、前额叶内侧与DMN网络脑区间具有更强的连通性,即PCC与右侧额上回、前额叶内侧与左侧海马旁回之间的连通性增强。国内Yin等[40]对静息态基线脑功能的研究发现,与经历汶川大地震未患PTSD者比较,PTSD患者者的静息态脑功能内部活动存在异常,主要表现为右侧半球皮层与皮层下脑区及小脑的ALFF(amplitude of low-frequency fluctuation, ALFF)值异常,可能是导致PTSD创伤性记忆及其症状的神经机制。实施情景驱使症状刺激对创伤记忆进行研究发现,PTSD患者组在右扣带后回、右侧尾状核、右侧顶叶显示出更大的关联性,对照组在左侧额上回、左扣带前回、左侧纹状体(尾状核)、左侧顶叶和左侧岛叶显示出更大的关联性[41]。在情境驱动诱导下脑的分离性反应中发现PTSD患者的颞上中回、颞下回、额前回内侧皮质、近中线皮质和前扣带回显示出更多的活性。上述研究提示PTSD患者前额叶和边缘系统存在着分离性反应及神经环路的改变,表主要表现为右侧半球皮层与皮层下环路的连通性更强的倾向。

2.2 fMRI在神经疾病中的临床研究

       对一些中枢神经系统退行性疾病的早期研究多发现,这类疾病存在某些甚至广泛的脑结构异常。目前fMRI已应用于此类疾病的病理机制、早期诊断、病情监测、治疗指导及疗效评估等的研究。

2.2.1 阿尔茨海默病(Altheimer' s disease, AD)

       AD诊断缺乏生物学特异性指标。AD患者存在多个脑区功能异常。Celone等[42]应用面部命名记忆任务探讨认知正常老年人与轻度认知功能障碍(mild cognitive impairment, MCI)、严重MCI和AD四组被试者的脑激活,发现记忆相关的内侧颞叶的激活与DMN相关的楔前叶、顶叶的激活显著相关,轻度MCI内侧颞叶激活增强但楔前叶等脑区的负激活更为显著,严重MCI和AD患者内侧颞叶激活减弱、楔前叶负激活减弱,说明伴随AD的病理发展过程,由内侧颞叶、楔前叶等组成的记忆网络受到损害。国内Zhang等[43]研究静息态AD患者PCC与其他脑区的功能连接,发现非对称的PCC-左侧海马、右侧dlPFC和右侧丘脑的功能连接中断。其他一些脑区如双侧视觉皮层、颞下皮层、后眶额叶皮层(the posterior orbital frontal cortex)、vmPFC、楔前叶等与PCC的连接减弱,而左侧额叶-顶叶皮层与PCC的连接增强,表明静息态网络功能连接中断可能是AD患者记忆、视觉相关高级功能和嗅觉受损的基础,某些脑区功能连接增强可能支持代偿机制这一假说,提示静息态功能连接的上述特征可能是AD早期的一个影像学生物标记。Greicius等[44]提出AD患者脑内DMN活性减低的学说,认为DMN可以较敏感地发现AD患者认知功能下降,是早期诊断AD的有效指标。Sorg[45]进行静息态fMRI研究后发现,AD患者某些执行注意功能的DMN脑区表现为激活减弱,患者海马和后扣带的功能连接中断,作为AD前兆的轻度认知障碍(MCI)患者的DMN及执行注意网络的功能连接也出现缺损。研究AD的高危人群发现,有AD家族史但载脂蛋白E4类等位基因正常的人群,其前额叶、眶额叶、颞叶和顶叶区等九个脑区,静息态时的DMN存在异常,该研究认为与使用编码相关fMRI比较,静息态fMRI更易区分阿尔茨海默病的高危人群[46]。提示静息态网络的功能连接可作为一种敏感而特殊的早期AD的生物学标记为临床所用[44]

2.2.2 癫痫(epilepsy)

       约30%的癫痫病例为难治性癫痫,手术治疗是控制难治性癫痫的重要手段,其治疗效果有赖于癫痫灶和功能区的准确定位。fMRI可定位致痫灶和周围功能区皮层,指导癫痫手术方式和癫痫病灶切除范围。Masuoka等[47]对10例枕叶癫痫患者视觉皮层进行全视野视觉刺激的研究显示,6例出现明显左右不对称激活,其激活异常侧与癫痫发作侧一致,表明癫痫灶同侧视觉皮层功能区异常。Jokeit等[48]应用fMRI研究卡马西平治疗症状性颞叶癫痫患者,结果发现卡马西平使患者在完成视觉空间搜索任务时相应脑区的激活降低。采用同步脑电图(electroencephalography, EEG)和fMRI检测技术,测定发作间期痫性放电出现的具体时间,可提高癫痫病灶检出率,监测癫痫发作活动的传播。Krakow等[49]对癫痫患者的研究显示,同步EEG和fMRI可直接鉴别发作间期痫样活动的起源,临床研究证实fMRI显示的信号位置与术中确定的癫痫病灶吻合,这对难治性癫痫术前评价有重要作用。Morgan等[50]对静息态颞叶内侧癫痫(mesial temporal lobe epilepsy, mTLE)患者(13例左mTLE和6例右mTLE)癫痫发作间期的双侧颞叶的研究发现,病程10年以下的mTLE患者海马的功能连接无差异,且与发病年龄、病程无明显相关。随病程进展到10年以上时,患者海马功能连接呈线性增加,其中右侧mTLE患者的Granger因果关系(granger causality, GC)偏测值的增加高于左侧mTLE患者,说明右侧mTLE患者的左侧海马对右侧海马的影响多于右侧海马对左侧海马的影响,患者GC偏测值随病程进展而增加,与发病年龄呈正相关。研究揭示mTLE的脑功能连接与其左右两侧海马和病程存在因果关系。在癫痫发作间期,最初半球间海马的功能连接是中断的,其后随癫痫进展病程超过十年时半球间海马的功能连接呈线性增加,其原因可能是致痫灶对侧海马对同侧海马的影响更大,这对理解mTLE的癫痫网络的功能发展和预测其手术结局有一定意义。

2.2.3 帕金森病(Parkinson' s disease,PD)

       PD存在皮质-纹状体-皮质环路异常,即维持运动的直接通路变为低兴奋状态,抑制运动的间接通路变得相对兴奋。研究运动不能PD患者的结果显示:壳核中多巴胺(dopamine, DA)的丧失可以通过多种路径改变大脑皮层的运动通路,可以在pre-SMA产生一个局限的"低兴奋",在其他大多数运动区产生异常的"过度兴奋"。这种平行的多运动区的活动,可认为是大脑对PD的纹状体-皮质运动回路功能不足的代偿表现,有助于理解PD的病理生理改变[51]。Haslinger等[52]采用事件相关fMRI研究发现PD患者pre-SMA信号减低,初级运动区、侧运动前区信号增强。经左旋多巴治疗后,患者的辅助运动区随意运动功能得到改善,亢进的初级运动区与侧运动前区功能降低。临床实践中对PD患者采用底丘脑核(subthalamic nucleus,STN)高频刺激治疗的有效性表明,STN在PD患者受累的运动网络中有重要作用。Baudrexel等[53]研究显示,与健康对照组比较,PD组主要是基底节的STN区与皮层运动区(BA4&6)间的功能连接增加,与相关实验研究结果一致。对PD患者的亚组分析表明,与对照组比较,伴震颤PD患者主要是皮层右手代表区的初级运动皮层(M1)和初级感觉皮层的STN功能连接增加,无震颤PD患者在STN与包括辅助运动区的中线皮层运动区间的功能连接增加。该研究表明STN是调节PD患者基底节-皮层运动网络活动的一个关键节点,通过运动皮层-丘脑底通路,STN-运动皮层同步介导的增加可能在PD的发病机制中起重要作用。另有研究显示,与健康对照组比较,未经治疗的PD患者在SMA、左前额背外侧皮层和左壳核功能连接降低,其左侧小脑、左侧初级运动皮层和顶叶皮层功能连接增加,而药物治疗至少可部分逆转上述结果[54]

       综上所述,神经精神疾病涉及皮层、皮层下的灰质和白质等脑的结构、功能及功能网络连接的异常,特别是额叶-边缘通路的异常。近年来基于不同的应用模式,开发多种数据分析方法,脑功能成像研究采用局部与整体、动态与静态相结合的方式,从脑结构、脑功能、脑功能定位及脑功能连接层面,对神经精神疾病的发病机制、诊断、病程进展、不同亚型特定表现、治疗反应、预后判断及疾病预防等进行了深入探索。目前已经取得一定的研究成果,但由于人脑结构和功能活动本身的复杂性,及功能成像技术本身的局限性等多方面原因,对疾病病因及发病机制的研究仍处于探索之中,因此可重复且公认的相关研究结果有限,目前研究结果尚缺乏与特定疾病相一致的特定异常脑区活动和功能连接的结论。今后需要多学科交叉(如遗传、生理生化、药理等)、结合多种方法(如PET、SPECT)、进行大样本的纵向研究,积极探索神经精神疾病的特异标记。随着医学影像技术的发展和神经精神疾病脑功能成像研究的进一步深入,脑功能影像学的研究有望取得更大的突破,为疾病的早期发现、早期干预、治疗追踪及预后判断等提供客观和直观的影像学依据,而成为诊断疾病的一种有效方法,甚至成为某些疾病的特异性诊断标记,从而在疾病的早期诊断、疗效评判及治疗方案选择方面等发挥重要作用。

[1]
Ogawa S, Lee TM, Kay AR, et al. Brain magnetic resonance imaging with contrast dependent on blood oxygenation. Proc Natl Acad Sci USA, 1990, 87(24): 9868-9872.
[2]
Callicott JH, Mattay VS, Verchinski BA, et al. Complexity of prefrontal cortical dysfunction in schizophrenia: more than up or down. Am J Psychiatry, 2003, 160 (12): 2209-2215.
[3]
Sugranyes G, Kyriakopoulos M, Corrigall R, et al. Autism spectrum disorders and schizophrenia: meta-analysis of the neural correlates of social cognition. PloS one, 2011, 6 (10): e25322.
[4]
Schlosser R, Gesierich T, Kaufmann B, et al. Altered effective connectivity during working memory performance in schizophrenia: a study with fMRI and structural equation modeling. Neuroimage, 2003, 19 (3): 751-763.
[5]
Zhou Y, Shu N, Liu Y, et al. Altered resting-state functional connectivity and anatomical connectivity of hippocampus in schizophrenia. Schizophr Res, 2008, 100 (1-3): 120-132.
[6]
Bluhm RL, Miller J, Lanius RA, et al. Spontaneous low-frequency fluctuations in the BOLD signal in schizophrenic patients: anomalies in the default network. Schizophr Bull, 2007, 33 (4): 1004-1012.
[7]
Kühn S, Gallinat J. Resting-State Brain Activity in Schizophrenia and Major Depression: A Quantitative Meta-Analysis. Schizophr bull, 2011. ( DOI: 10.1093/schbul/sbr151).
[8]
Lui S, Li T, Deng W, et al. Short-term Effects of Antipsychotic Treatment on Cerebral Function in Drug-Naive First-Episode Schizophrenia Revealed by "Resting State" Functional Magnetic Resonance Imaging. Arch Gen Psychiatry, 2010, 67(8): 783-792.
[9]
Delvecchio G, Fossati P, Boyer P, et al. Common and distinct neural correlates of emotional processing in Bipolar Disorder and Major Depressive Disorder: A voxel-based meta-analysis of functional magnetic resonance imaging studies. Eur. Neuropsychopharmacol, 2011. ( DOI: 10.1016/j.euroneuro).
[10]
Anand A, Li Y, Wang Y, et al. Activity and connectivity of brain mood regulating circuit in depression: a functional magnetic resonance study. Biol Psychiatry, 2005, 57(10): 1079-1088.
[11]
Greicius MD, Flores BH, Menon V, et al. Resting-state functional connectivity in major depression: Abnormally increased contributions from subgenual cingulate cortex and thalamus. Biol Psychiatry, 2007, 64(5): 429-437.
[12]
Hugdahl K, Rund BR, Lund A, et al. Brain activation measured with fMRI during a mental arithmetic task in schizophrenia and major depression. Am J Psychiatry, 2004, 161 (2): 286-293.
[13]
Malhi GS, Lagopoulos J, Ward PB, et al. Cognitive generation affect in bipolar depression: a fMRI study. Eur J Neurosci, 2004, 19 (3): 741-754.
[14]
Pizzagalli DA. Frontocingulate Dysfunction in Depression: Toward Biomarkers of Treatment Response. Neuropsychopharmacology. 2011, 36(1):183-206.
[15]
Davidson RJ, Irwin W, Anderle MJ, et al. The neural substrates of affective processing in depressed patients treated with venlafaxine. Am J Psychiatry, 2003, 160 (1): 64-75.
[16]
Peng DH, Jiang KD, Fang YR,et al. Decreased regional homogeneity in major depression as revealed by resting-state functional magnetic resonance imaging. Chin Med J, 2011, 124(3): 369-373.
[17]
Anand A, Li Y, Wang Y, et al. Activity and connectivity of brain mood regulating circuit in depression: a functional magnetic resonance study. Biol Psychiatry, 2005, 57 (10): 1079-1088.
[18]
Anand A, Li Y, Wang Y, et al. Antidepressant effect on connectivity of the mood-regulating circuit: an FMRI study. Neuropsychopharmacology, 2005, 30 (7):1334-1344.
[19]
Su Lui, Qizhu Wu, Lihua Qiu, et al. Resting-State Functional Connectivity in Treatment-Resistant Depression. Am J Psychiatry, 2011,168(6): 642-648.
[20]
Chen CH, Suckling J, Lennox BR, et al. A quantitative meta-analysis of fMRI studies in bipolar disorder. Bipolar disorders, 2011, 13 (1): 1-15.
[21]
Josselin H, Juliane F, Soufiane C, et al. Neuroimaging-based markers of bipolar disorder: Evidence from two meta-analyses. J Affect Disord, 2011, 132(3): 344-355.
[22]
DelBello MP, Zimmerman ME, Mills NP, et al. Magnetic resonance imaging analysis of amygdala and other subcortical brain regions in adolescents with bipolar disorder. Bipolar Disord, 2004, 6(1): 43-52.
[23]
Strakowski SM, Adler CM, Holland SK, et al. A preliminary FMRI study of sustained attention in euthymic, unmedicated bipolar disorder. Neuropsychopharmacology, 2004, 29 (9): 1734-1740.
[24]
Chepenik LG, Raffo M, Hampson M, et al. Functional connectivity between ventral prefrontal frequency in the resting state in bipolar disorder. Psychiatry Res, 2010, 182(3): 207-210.
[25]
Anand A, Li Y, Wang Y, et al.Resting state corticolimbic connectivity abnormalities in unmedicated bipolar disorder and unipolar depression. Psychiatry Res, 2009, 171(3): 189-198.
[26]
Koric L, Volle E, Seassau M, et al. How cognitive performance-induced stress can influence right VLPFC activation: An fMRI study in healthy subjects and in patients with social phobia. Human brain map, 2011. ( DOI: 10.1002/hbm.21340).
[27]
Stein MB, Goldin PR, Sareen J. Increased amygdala activation to angry and contemptuous faces in generalized social phobia. Arch Gen Psychiatry, 2002, 59(11): 1027-1034.
[28]
Phan KL, Fitzgerald DA, Nathan PJ. Association between amygdale hyperactivity to harsh faces and severity of social anxiety in generalized social phobia. Biol Psychiatry, 2006, 59(5): 424-429.
[29]
Stein MB, Simmons AN, Feinstein JS. Increased amygdala and insula activation during emotion processing in anxiety-prone subjects. Am J Psychiatry, 2007, 164(2): 318-327.
[30]
Straube T, Glauer M, Dilger S. Effects of cognitive-behavioral therapy on brain activation in specific phobia. Neuroimage, 2006, 29(1): 125-135.
[31]
Liao W, Chen H, Feng Y, et al. Selective aberrant functional connectivity of resting state networks in social anxiety disorder. NeuroImage, 2010, 52(4): 1549-1558.
[32]
Wong CM. Posttraumatic stress disorder: advance in psychoneuroimmunology. Psychiatr Clin North Am, 2002, 25(2): 369-383.
[33]
Lui S, Huang XQ, Chen L, et al. High-field MRI reveals an acute impact on brain function in survivors of the magnitude 8.0 earthquake in China. PNAS, 2009, 106(36): 15412-15417.
[34]
Shin LM, Wright CI, Cannistraro PA, et al. A functional magnetic resonance imaging study of amygdala and medial prefrontal cortex responses to overtly presented fearful faces in posttraumatic stress disorder. Arch Gen Psychiatry, 2005, 62(3): 273-281.
[35]
Bryant RA, Kemp AH, Felmingham KL, et al. Enhanced amygdale and medial prefrontal activation during nonconscious processing of fear in posttraumatic stress disorder: an fMRI study. Hum Brain Mapp, 2008, 29(5): 517-523.
[36]
Bryant RA, Felmingh am KL, Kemp AH, et al. Neural networks of information processing in posttraumatic stress disorder: a functional magnetic resonance imaging study. Biol Psychiatry, 2005, 58 (2): 111-118.
[37]
Shin LM, Bush G, Milad MR, et al. Exaggerated activation of dorsal anterior cingulate cortex during cognitive interference: a monozygotic twin study of posttraumatic stress disorder. Am J Psychiatry, 2011, 168(9): 979-985.
[38]
Lanius RA, Bluhm RL, Coupland NJ,et al. Default mode network connectivity as a predictor of post-traumatic stress disorder symptom severity in acutely traumatized subjects. Acta psychiatrica Scandinavica, 2010, 121 (1): 33-40.
[39]
Daniels JK, McFarlane AC, Bluhm RL, et al. Switching between executive and default mode networks in posttraumatic stress disorder alterations in functional connectivity. J Psychiatry Neurosci, 2010, 35(4): 258-266.
[40]
Yin Y, Li L, Jin C, et al. Abnormal baseline brain activity in posttraumatic stress disorder: a resting-state functional magnetic resonance imaging study. Neurosci lett, 2011, 498 (3): 185-189.
[41]
Lanius RA, Williamson PC, Densmore M, et al. The nature of traumatic memories: a 4-T fMRI functional connectivity analysis. Am J Psychiatr, 2004, 161(1): 36-44.
[42]
Celone KA, Calhoun VD, Dickerson BC, et al. Alterations in memory networks in mild cognitive impairment and Alzheimer's disease: an independent component analysis. J Neurosci, 2006, 26(40): 10222-10231.
[43]
Zhang HY, Wang SJ, Xing J, et al. Detection of PCC functional connectivity characteristics in resting state fMRI in mild Alzheimer's disease. Behav Brain Res, 2009, 197(1): 103-108.
[44]
Greicius MD, Srivas tava G, Reiss AL, et al. Default mode network activity distinguishes Alzheimer's disease from healthy aging: evidence from functional MRI. Proc Nat l Acad Sci USA, 2004, 101(13): 4637-4642.
[45]
Sorg C, Riedl V, Muhlau M, et al. Selective changes of resting-state networks in individuals at risk for Alzheimer's disease. Proc Natl Acad Sci USA, 2007, 104(47): 18760-18765.
[46]
Fleisher AS, Sherzai A, Taylor C, et al. Resting-state BOLD networks versus task-associated functional MRI for distinguishing Alzheimer’ s disease risk groups. Neuroimage, 2009, 47 (4): 1678-1690.
[47]
Masuoka LK, Anderson AW, Gore JC. Functional magnetic resonance imaging identifies abnormal visual cortical function in patients with occipital lobe epilepsy. Epilepsia, 1999, 40: 1248 ( DOI: 10.1111/j.1528-1157).
[48]
Jokeit H, Okujava M, Woermann FG. Carbamazepine reduces memory induced activation of mesial temporal lobe structures:a pharmacological fMRI-study. BMC Neurol, 2001, 1: 6. ( DOI: 10.1186/1471-2377-1-6).
[49]
Krakow K, Lemi eux L, Messina D, et al. Spatio-temporal imaging of focal interictal epileptiform activity using EEG-triggered funct ional MRI. Epileptic Disord, 2001, 3(2): 67-74.
[50]
Morgan VL, Rogers BP, Sonmezturk HH, et al. Cross hippocampal influence in mesial temporal lobe epilepsy measured with high temporal resolution functional magnetic resonance imaging. Epilepsia, 2011, 52(9): 1741-1749.
[51]
Stoessl AJ, de la Fuente-Fernandez R. Dopamine receptors in Parkinson' s disease: imaging studies. Adv Neurol, 2003, 91: 65-71.
[52]
Haslinger B, Erhard P, Kimpfe N, et al. Event-related function-al magnetic resonance imaging in Parkinson’s disease before and after levodopa. Brain, 2001, 124(Pt 3): 558-570.
[53]
Baudrexel S, Witte T, Seifried C, et al. Resting state fMRI reveals increased subthalamic nucleus-motor cortex connectivity in Parkinson's disease. NeuroImage, 2011, 55(4): 1728-1738.
[54]
Wu T, Wang L, Chen Y, et al. Changes of functional connectivity of the motor network in the resting state in Parkinson's disease. Neurosci Lett, 2009, 460(1): 6-10.

上一篇 肝脏磁共振对比剂的过去、现在和未来
下一篇 血氧水平依赖功能磁共振成像在脑肿瘤诊治中的应用
  
诚聘英才 | 广告合作 | 免责声明 | 版权声明
联系电话:010-67113815
京ICP备19028836号-2