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临床研究
首发抑郁症脑局部一致性静息态MRI对比研究
谢生辉 牛广明 高阳 乔鹏飞

谢生辉,牛广明,高阳,等.首发抑郁症脑局部一致性静息态MRI对比研究.磁共振成像, 2015, 6(1): 10-14. DOI:10.3969/j.issn.1674-8034.2015.01.003.


[摘要] 目的 利用静息态功能磁共振成像(resting-state functional MRI,rfMRI)技术,探索抑郁症患者异常脑功能活动区域及抑郁心境对患者脑功能的影响。材料与方法 对30例抑郁症患者[符合DSM-IV抑郁症的诊断标准,汉密尔顿抑郁量表(HAMD-17)评分≥17分]和30例健康志愿者行rfMRI扫描。使用局部一致性(regional homogeneity ,ReHo)方法对比分析ReHo在抑郁症组与正常对照组之间的不同。结果 抑郁症组与正常对照ReHo图组间分析:抑郁症组大脑的双侧部分额、颞、顶叶、双侧壳核、右侧尾状核、杏仁核、扣带回、小脑蚓部等脑区的ReHo显著高于正常对照组,而在双侧前额叶、楔前叶、舌回及小脑半球等脑区ReHo显著减低(P<0.001, K>10)。结论 ReHo方法可检出抑郁心境造成的局部脑组织BOLD信号同步性的改变,更客观地反映全脑的功能状态,有助于抑郁症的基础和临床研究。
[Abstract] Objective: To explore the abnormal active area of brain function in patients with depression and the impact of depressive mood to the patient’s brain function using resting-state functional MRI(rfMRI) technology.Materials and Methods: 30 patients with depression [live up to DSM-IV diagnostic criteria for depression, Hamilton Depression Scale (HAMD-17) score≥17 points] and 30 healthy volunteers were examed by rfMRI. The difference between depression and normal control group was analyzed using the method of regional homogeneity (ReHo).Results: ReHo was significantly higher than the control group in the brain area of Bilateral part of the brain the amount of depression group, temporal, parietal, and bilateral putamen, right caudate nucleus, amygdala, cortex, cerebellar vermis, etc, while in the brain area of bilateral prefrontal cortex, precuneus, lingual gyrus and cerebellum, etc. reduced significantly (P <0.001, K>10) on ReHo chart analysis of depression group and normal control group.Conclusions: ReHo method can detect synchronised changes of regional cerebral tissue BOLD signal caused by depressed mood, more objectively reflect the functional state of the whole brain, thereby contribute to basic and clinical research of patients with depression.
[关键词] 抑郁症;功能磁共振成像
[Keywords] Depression;Functional magnetic resonance imaging

谢生辉 内蒙古医科大学附属医院磁共振室,呼和浩特 010050

牛广明* 内蒙古医科大学附属医院磁共振室,呼和浩特 010050

高阳 内蒙古医科大学附属医院磁共振室,呼和浩特 010050

乔鹏飞 内蒙古医科大学附属医院磁共振室,呼和浩特 010050

通讯作者:牛广明,E-mail:cjr.niuguangming@ vip.163.com


收稿日期:2014-05-09
接受日期:2014-08-10
中图分类号:R445.2; R749.8 
文献标识码:A
DOI: 10.3969/j.issn.1674-8034.2015.01.003
谢生辉,牛广明,高阳,等.首发抑郁症脑局部一致性静息态MRI对比研究.磁共振成像, 2015, 6(1): 10-14. DOI:10.3969/j.issn.1674-8034.2015.01.003.

       抑郁症(depression)是临床上最常见的精神类疾患之一,其发作时的临床表现主要为持续的心境低落、思维迟缓、意志行为减退和躯体症状等[1]。据世界卫生组织统计,全球抑郁症的发病率约为11 %[2],已成为当今世界一个主要的精神卫生问题。抑郁症曾被认为是一种单纯功能性疾病,不仅有情感症状,还普遍存在多种不能解释的躯体症状,而诊断主要手段是临床症状的分析及各种心理学测试。

       目前抑郁症的病因及发病机制尚不明确,有研究显示,抑郁症各种症状的出现与某些功能脑区的损害有关[3,4]。然而,随着功能影像学研究的不断深入,为其提供了可能的研究途径。

1 材料与方法:

1.1 研究对象

       抑郁症组:选自2011年9月至2014年1月就诊于内蒙古医科大学附属医院及内蒙古精神卫生中心的首发抑郁症患者30例,年龄25~59岁。入组标准:(1)符合美国精神障碍诊断与统计手册第4版(DSM-Ⅳ)抑郁症的诊断标准;(2)符合17项HAMD评分大于17分,右利手;(3)首次抑郁发作。排除标准:(1)继发性抑郁症;(2)有严重的躯体疾病或神经系统疾病;(3)接受过药物(抗精神病、抗抑郁药物)及电休克治疗;(4)有MRI检查禁忌证。

       对照组:选自临床招募的健康志愿者。年龄18~70岁。入组标准:年龄、性别、利手及受教育程度与患者组匹配。排除标准:有明确精神系统或神经系统疾病家族史的;受过严重头部外伤。

1.2 MRI检查

       使用美国GE公司3.0 T Signa HDx超导型MR扫描仪(GE-Signa HDx,Milwaukee,US.),以8NV -Head线圈作为发射和接受线圈。所有受试者均行常规平扫T1WI及静息态BOLD扫描。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。

       扫描参数:常规扫描轴面T1WI,以平行前后联合水平进行全脑轴面扫描,以排除颅内器质性病变。(1)T1WI:采用反转恢复(T1flair)序列,TR 2825 ms,TE 24 ms,采集矩阵320×320,视野(FOV) 240 mm×180 mm,层厚5 mm,间隔1.5 mm。(2)静息态Bold扫描,采用梯度回波-回波平面成像(gradient-recalled echo-planar imaging,GRE-EPI)序列采集,参数:TR 2000 ms,TE 30 ms,层厚4 mm,间隔0 mm,从下向上采集,扫描范围包括全脑,层数38,采集256个时间点。

1.3 数据处理

       本实验所有原始数据均采用SPM 8软件包进行预处理,进行时间、空间标准化,校正头动并映射到标准脑。为排除磁场不均匀性,删除前10个时间点的图像,对剩余的246个时间点的数据进行分析。利用AFNI软件对SPM 8软件处理生成的图像进行滤波、去线性漂移,排除低频线性漂移及高频呼吸与心跳噪声的影响[5]。使用REST软件做ReHo处理。计算体素的肯德尔和谐系数(Kendall's coefficient of concordance,KCC),即该体素的ReHo值,计算出全脑每个体素的ReHo值[6],所得数据进行统计分析。

1.4 统计分析

       利用SPM 8软件进行统计分析,最终激活图叠加在高分辨率T1像上。设定P<0.001,体素范围(K值)>10为差异有统计学意义。

2 结果

       ReHo组间分析:抑郁症组与正常对照组组间分析结果见图1。显示双侧部分额、颞、顶叶、双侧壳核、右侧尾状核、杏仁核、扣带回、小脑蚓部等脑区的局部一致性较正常对照组激活增高;而在双侧前额叶、楔前叶、及舌回等脑区的局部一致性较正常对照组激活减低。

       各脑区位置及t值大小见表1表2

图1  抑郁症组与正常对照组相比,ReHo值升高及降低脑区(红色代表正激活;蓝色代表负激活。R-右侧,L-左侧)
Fig. 1  Compared with the control group, the depression group shows increased and decreased ReHo value in these brain regions. (red for positive activation, blue represents negative activation R the right side, L-left).
表1  抑郁症组较正常对照组局部一致性增高的脑区
Tab. 1  Compared with the control group, the depression group shows increased ReHo value in these brain regions
表2  抑郁症组较正常对照组局部一致性降低的脑区
Tab. 2  Compared with the control group, the depression group shows decreased ReHo value in these brain regions

3 讨论

       目前,抑郁症确切病因尚不完全清楚,而且临床表现异质性较高。本研究严格选取首次发病、未经任何治疗的患者,以期尽可能排除药物和其他疾病等因素的影响,来探讨这种脑自发活动特征与患者临床生物学症状特征之间的关系。ReHo法能对全脑的原始信号进行一致性分析,通过分析脑区自发神经活动一致性,可检出抑郁情绪造成的局部脑组织血氧水平信号的改变,间接反映局部脑区神经元活动时间上的一致性,进而达到对抑郁症脑功能改变区域的定位检测。

3.1 研究结果分析

       额叶:额叶在神经元连接中起着非常重要作用,认为皮层与情感表达及整合过程有关。本研究发现抑郁症患者双侧前额背侧、右侧眶额脑区ReHo值增高。前额背侧的异常与抑郁症患者的认知损伤有关[7],而眶额皮质被认为与广泛的脑功能有关,包括情绪加工、奖惩机制、冲动控制等[8],前额叶负责启动、监测和修饰情感[9]。在对情感环路的研究中,额叶与大脑其他区域存在广泛连接,如海马、杏仁核、前额背侧、前扣带回等[10],而抑郁症患者的核心症状正是情感障碍。Liu等[11]对双极性抑郁症病人的研究结果显示ReHo值增加的脑区主要位于前额叶左内侧。额叶功能活动增强是对于情绪执行脑区的控制减弱,这与抑郁症患者情绪失衡的临床特征相吻合。故而推测抑郁症患者在认知、情绪加工、自我表现等功能减低或障碍可能会导致抑郁相关脑区激活减低或是代偿性增强,这种激活的减低或增强也许参与了抑郁症发病的病理生理机制过程。

       颞叶及边缘系统:颞叶的前部为精神皮层,因此颞叶也参加情绪及精神活动的加工与处理。本研究发现抑郁症患者双侧颞上回、右梭状回ReHo值增高。颞上回功能与语义记忆有关[12],可出现感觉性失语,同时颞上回是前庭的皮质中枢,也可出现平衡障碍和眩晕。而梭状回与面部特征识别有关[13]。而当这些功能脑区发生异常时,可能会产生意识朦胧、记忆缺损、情绪紊乱等。

       边缘系统在脑功能连接中起着桥梁的作用,与许多脑功能区有着广泛的联系,笔者发现右侧杏仁核、双侧扣带回ReHo值增高。杏仁核被认为是情绪学习和记忆的重要结构[14],在情绪处理加工的神经基础中起到重要作用[15]。扣带回皮质是情感反应功能相关的关键脑区,参与边缘系统和顶叶的整合作用,与调节人类的情绪与认知功能相关[16]。根据本研究及以往研究结果,可以认为抑郁症发病的脑神经基础可能与情感环路及皮层下脑功能区的激活相关。

       基底核:基底核与大脑广泛区域存在解剖连接,这些区域相互作用来影响运动、认知、记忆等功能的执行[17]。本研究显示右侧尾状核、双侧壳核ReHo增加。有学者认为,皮质基底节环路可能是在重度抑郁症主要病理之一,改变皮质基底节环路的连接与皮质区域,可能会导致情绪失调[18]

       楔前叶及小脑:笔者发现双侧小脑半球及楔前叶ReHo激活显著减低,而小脑蚓部ReHo激活增加。楔前叶主要与情节记忆提取[19],有研究表明抑郁症患者楔前叶脑组织激活异常,依据楔前叶的功能推测,这可能与抑郁症患者存在的反复自省、自我意识增强的特征有关。既往认为小脑参与躯体平衡和运动的调节。而目前研究发现小脑还参与了人类的感知觉、认知及情绪处理过程[20]。近年在情绪和认知整合过程神经环路中小脑所起的作用得到了广泛的关注。认为小脑功能异常可能是抑郁复发的易感因素。

3.2 脑功能网络

       本研究结果及以往研究结果不难看出,抑郁症患者脑功能的改变不仅仅局限在某一或几个功能区,而是功能区与功能区之间的广泛联系的异常,即脑功能网络的异常。脑功能网络是直观描述大脑结构网络之上不同的神经元、神经元簇或脑区之间的动态活动交互整合。目前学者们比较认同的抑郁症情绪调控网络。

       抑郁症情绪调控网络研究前额叶-杏仁核-苍白球纹状体-丘脑中部是大脑内重要的情感调节回路(mood regulating circuit,MRC)[10]。这个网络涉及了从边缘系统、皮层下至大脑皮质的广泛、复杂区域,主要参与情感处理过程,包含多个神经递质系统及多条神经联络。本研究结果显示双侧前额叶、右侧杏仁核、双侧壳核均有BOLD信号的异常。研究显示无论是在静息态还是在情感唤起的任务态下都存在杏仁核-前扣带回功能失调,表现为杏仁核与膝上前扣带回的功能连接强度减弱[21,22]。它们可能在抑郁症的病理生理过程中发挥重要的作用。因此推测,抑郁症的发病是多个功能脑区功能异常而造成之间相互环路连接的不平衡,进而导致情感调节功能障碍,故而抑郁症临床症状的产生,可能是由于在情感处理过程中部分功能网络不能共同激活所致。从而,本试验从影像学角度,证实了抑郁症患者的脑生物学差异,这些差异可能是反映认知、情绪加工功能的脑神经基础,为进一步探讨抑郁症患者病理生理机制提供了线索。

       采用ReHo方法分析静息态功能磁共振数据,发现抑郁症组与正常对照组局部一致性存在差异,可以通过ReHo值的高低反映脑区的活动性,进而达到对抑郁症患者情绪异常功能区定位检测。ReHo是从整体研究局部有效的方法,能更客观地反映全脑的功能状态,有效地用于抑郁症的基础和临床研究。

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