雙相障礙在腦功能磁共振成像中局部一致性的研究進(jìn)展

張 博王 菲徐 克

雙相障礙在腦功能磁共振成像中局部一致性的研究進(jìn)展

張 博1王 菲2徐 克1

雙相情感障礙；磁共振成像；綜述

雙相障礙（bipolar disorder，BD）屬于心境障礙的一種類型，指既有躁狂發(fā)作又有抑郁發(fā)作的一類疾病?？裨昶诨颊吒械交虮憩F(xiàn)出異常開心、有活力、易怒，常會(huì)做出不計(jì)后果的決定，對(duì)睡眠的需求也往往會(huì)減少；抑郁期患者會(huì)哭泣、缺乏與他人眼神交流、對(duì)生命萌生負(fù)面看法，也有自殺的可能。研究表明，病史長(zhǎng)達(dá)20年以上的患者，其自殺風(fēng)險(xiǎn)超過(guò)6%，自殘風(fēng)險(xiǎn)為30%～40%[1]。近年來(lái)，已有很多學(xué)者致力于本病病因?qū)W、神經(jīng)生理學(xué)及病理學(xué)研究，但其發(fā)病機(jī)制仍不清晰。目前認(rèn)為認(rèn)知缺陷是BD患者的普遍表現(xiàn)，這種缺陷歸屬于功能性、結(jié)構(gòu)性及代謝性改變，尤指前額葉皮層區(qū)域、海馬、杏仁核及其間的連接；還包括神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子水平或促炎性與抗炎性細(xì)胞因子之間的失衡導(dǎo)致的腦基線水平下降，致使對(duì)待壓力刺激的重建生理學(xué)能力減低[2]。

目前，靜息態(tài)功能磁共振成像（resting state functional magnetic resonance imaging，R-fMRI）技術(shù)使外在刺激達(dá)到最小化，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于多種精神心理疾病腦機(jī)制的研究中，可反映大腦在靜息狀態(tài)下的自發(fā)活動(dòng)情況。近年來(lái)，很多學(xué)者運(yùn)用R-fMRI研究BD的病理生理機(jī)制，并取得了一定的進(jìn)展[3-7]。研究方法包括感興趣區(qū)法及獨(dú)立因素分析法（independent component analysis，ICA）、低頻振幅法（amplitude of low-frequency fl uctuation，ALFF）、限制性全腦連接法（restricted global brain connectivity，rGBC）及局部一致性（regional homogeneity，ReHo）法。近年來(lái)，分析綜述性研究發(fā)現(xiàn)，在諸多fMRI方法中，對(duì)腦內(nèi)一個(gè)限定小區(qū)域內(nèi)異常的研究方向應(yīng)作為研究BD的推薦方式[8]；而ReHo正是這樣一種方法，且被證實(shí)具有研究腦活動(dòng)功能一致性的極高重測(cè)信度[9]。

ReHo法通過(guò)一個(gè)體素與其周圍相鄰體素在時(shí)間序列上的相關(guān)性顯示了大腦局部區(qū)域內(nèi)神經(jīng)元活動(dòng)的一致性情況。ReHo的上升或下降可提示局部腦區(qū)內(nèi)部神經(jīng)元同步性活動(dòng)的產(chǎn)生與調(diào)控機(jī)制出現(xiàn)變化。該方法主要傾向于探索局部功能腦區(qū)內(nèi)部神經(jīng)活動(dòng)的協(xié)調(diào)性，即通過(guò)評(píng)價(jià)某一特定體素與其鄰近體素血氧濃度相依對(duì)比（blood oxygen-level dependent，BOLD）信號(hào)在同一時(shí)間序列中波動(dòng)的相似性程度，間接反映局部腦區(qū)神經(jīng)元活動(dòng)的一致性程度[10]。目前，此方法已廣泛用于闡述多種精神科疾病可能的病理生理機(jī)制，包括自閉癥障礙[11-12]、注意力不集中癥[13]、精神分裂癥[14]、抑郁癥[15]、網(wǎng)絡(luò)成癮癥[16]等。該方法最初是通過(guò)計(jì)算肯德爾和諧系數(shù)（Kendall's coef fi cient of concordance，KCC）來(lái)顯示三維空間內(nèi)某個(gè)體素與其周圍相鄰體素的時(shí)間序列相似性，從而計(jì)算出三維局部一致性（three-dimensional ReHo，3DReHo）[10]。該參數(shù)是追蹤正常腦發(fā)育過(guò)程或異常行為、疾病中功能一致性改變的潛在生物學(xué)標(biāo)志。近年來(lái)有學(xué)者分析發(fā)現(xiàn)，運(yùn)用此種算法時(shí)在不同腦組織的交界部的體素（如腦灰、白質(zhì)的交界部）易受到部分容積效應(yīng)的嚴(yán)重干擾。為解決這一問題，Zuo等[9]于2013年將這種算法延展到基于表面功能數(shù)據(jù)分析的皮質(zhì)區(qū)，從而提出了二維局部一致性（two-dimensional ReHo，2DReHo）的概念。2DReHo算法有助于將皮質(zhì)區(qū)域的內(nèi)蘊(yùn)幾何學(xué)參數(shù)（如曲率、距離、形狀等）整合為功能性分析數(shù)據(jù)，使其臨界相關(guān)性在功能和結(jié)構(gòu)上均有意義，應(yīng)作為一項(xiàng)研究人腦功能的神經(jīng)影像學(xué)標(biāo)識(shí)[17]。另有研究表明，對(duì)于腦皮層的內(nèi)在功能性組織研究，2DReHo較3DReHo具有更高的特異性重測(cè)信度，將越來(lái)越多地被用于未來(lái)的研究[18]。

目前，已有較多學(xué)者應(yīng)用3DReHo法研究BD的病理生理學(xué)機(jī)制，但2DReHo法應(yīng)用于BD的研究國(guó)內(nèi)外文獻(xiàn)未見。本文對(duì)已有研究成果作一綜述。

1 BD患者與健康對(duì)照組之間ReHo值的差異

Liu等[19]通過(guò)對(duì)BD患者腦默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)（default mode network，DMN）研究發(fā)現(xiàn)，與健康對(duì)照組相比，BD患者左側(cè)額中回及左側(cè)頂下小葉的ReHo值升高。結(jié)果提示異常腦活動(dòng)主要分布于前額葉-邊緣回路，該區(qū)域在BD患者的病理生理學(xué)機(jī)制中可能存在意義。Xiao等[20]通過(guò)對(duì)兒童青少年BD與健康對(duì)照組的研究發(fā)現(xiàn)，兒童青少年BD患者與對(duì)照組相比，雙側(cè)海馬、右側(cè)前扣帶回皮質(zhì)、右側(cè)海馬旁回及左側(cè)尾狀核的ReHo升高；而雙側(cè)楔前葉、雙側(cè)中央前回、雙側(cè)額上回、雙側(cè)頂上小葉、右側(cè)眶額回皮質(zhì)及右側(cè)顳上回ReHo減低。結(jié)果提示兒童青少年BD患者躁狂相時(shí)存在局部腦活動(dòng)異常。另有研究通過(guò)對(duì)10～18歲青少年BD患者與健康對(duì)照組的研究表明，青少年BD患者額內(nèi)側(cè)回、雙層額中回及顳中回、右側(cè)殼核區(qū)域的ReHo值較正常對(duì)照組減低，提示兒童BD患者的腦基線活動(dòng)存在著廣泛的異常，且上述異常腦區(qū)主要位于前額葉-邊緣回路及相關(guān)聯(lián)的紋狀體結(jié)構(gòu)[21]。其結(jié)果差異除由于樣本量不同外，年齡差異與BD患者在進(jìn)行掃描時(shí)的臨床狀態(tài)對(duì)于結(jié)果的影響仍需進(jìn)一步探究。

2 BD患者、單相障礙（unipolar disorder，UD）患者及健康對(duì)照組之間ReHo值的差異

由于BD的癥狀之一為抑郁發(fā)作，若無(wú)明顯的躁狂或輕躁狂發(fā)作，容易被誤診為UD，從而導(dǎo)致患者長(zhǎng)期使用抗抑郁藥治療，進(jìn)而誘發(fā)躁狂及快速循環(huán)發(fā)作，使發(fā)作頻率增加。因此，BD與UD的鑒別診斷以及相關(guān)病理生理學(xué)機(jī)制已成為近年研究的熱點(diǎn)。BD、UD及健康對(duì)照組間ReHo差異的研究設(shè)計(jì)不僅可比較BD的特異性ReHo異常，亦可對(duì)比BD與UD之間的異同，對(duì)這2種疾病發(fā)病機(jī)制的探索均有意義。Liu等[22]通過(guò)對(duì)BD患者、UD患者及健康對(duì)照組的對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，BD與UD組ReHo值差異存在于右側(cè)額中回腹外側(cè)、右側(cè)島葉的前部背側(cè)及腹側(cè)、右側(cè)海馬旁回及左側(cè)小腦前回；進(jìn)一步比較發(fā)現(xiàn)BD患者存在右側(cè)海馬旁回的特異性異常，UD患者存在右側(cè)額中回、右側(cè)島葉的前部背側(cè)、右側(cè)小腦后回及右側(cè)后扣帶回皮質(zhì)存在特異性異常。結(jié)果提示ReHo可成為區(qū)分BD與UD的神經(jīng)影像學(xué)指標(biāo)。與其研究設(shè)計(jì)相似，Liang等[23]通過(guò)對(duì)BD、UD患者及健康對(duì)照組的對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，在UD患者中，ReHo值升高的腦區(qū)包括左側(cè)枕葉中部、右側(cè)頂下小葉及右側(cè)楔葉；ReHo值減低的腦區(qū)左側(cè)海馬旁回、右側(cè)中央前回、左側(cè)中央后回、左側(cè)中央前回及左側(cè)扣帶回。在BD患者中，ReHo值升高的腦區(qū)包括右側(cè)島葉皮層、左側(cè)額中回、左側(cè)楔葉、左側(cè)枕葉、左側(cè)頂葉、左側(cè)額上回及左側(cè)丘腦；ReHo值降低的腦區(qū)包括小腦前葉、橋腦、右側(cè)中央前回、左側(cè)中央后回、左側(cè)額下回及右側(cè)扣帶回。UD與BD患者組間有部分ReHo值異常的重疊腦區(qū)，但BD組患者丘腦存在顯著的差異。結(jié)果提示ReHo有助于發(fā)現(xiàn)腦的功能性缺陷并區(qū)分BD與UD的臨床病理生理學(xué)機(jī)制。盡管研究結(jié)果不盡相同，但均提示ReHo可能是區(qū)分BD與UD的指標(biāo)。

3 BD患者ReHo與臨床自然指標(biāo)、臨床癥狀評(píng)分的相關(guān)性

ReHo的大小可提示局部腦區(qū)內(nèi)部神經(jīng)元同步性活動(dòng)的變化；而對(duì)于神經(jīng)元同步性活動(dòng)是否會(huì)影響該腦區(qū)的功能性表達(dá)，從而產(chǎn)生不同的臨床癥狀，多項(xiàng)研究顯示了ReHo與臨床自然指標(biāo)、癥狀評(píng)分的差異性分析。Liu等[19]通過(guò)對(duì)BD患者DMN的研究發(fā)現(xiàn)，BD患者組ReHo值與性別、年齡及臨床體征無(wú)相關(guān)性。Xiao等[20]通過(guò)對(duì)兒童BD與健康對(duì)照組的進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，兒童BD患者中額上回的ReHo值與楊氏躁狂量表（Young mania rating scale，YMRS）評(píng)分呈負(fù)相關(guān)；兒童BD患者海馬及前扣帶回皮層的ReHo值與YMRS評(píng)分呈正相關(guān)。另外，Gao等[21]研究發(fā)現(xiàn)兒童BD患者額內(nèi)側(cè)回及右側(cè)額中回的平均ReHo值與臨床情緒情感問卷評(píng)分之間呈顯著負(fù)相關(guān)。Barzman等[24]通過(guò)對(duì)兒童BD患者的研究發(fā)現(xiàn)，左側(cè)亞屬前扣帶皮層，右側(cè)杏仁核，左側(cè)Brodmann區(qū)（眶額葉皮層）及右側(cè)丘腦的活動(dòng)水平與兒童及成人攻擊行為簡(jiǎn)要評(píng)分呈負(fù)相關(guān)。盡管各研究所涉及的臨床量表不同，但研究結(jié)果均提示BD患者局部腦區(qū)的ReHo與臨床癥狀之間存在相關(guān)性，進(jìn)一步說(shuō)明腦局部神經(jīng)元的同步性改變可能參與了BD的發(fā)病過(guò)程，而這一過(guò)程可被ReHo值所反映。

4 展望

對(duì)于BD患者的腦功能局部一致性研究數(shù)量有限，結(jié)果不盡相同，但大部分研究均提示患者腦皮層-邊緣回路存在異常，這為進(jìn)一步探索BD的病理生理學(xué)機(jī)制提供了潛在的研究方向。在未來(lái)的研究設(shè)計(jì)上，應(yīng)更加關(guān)注患者年齡段、臨床發(fā)作相對(duì)結(jié)果的影響。隨著ReHo新方法的不斷提出，尤其是2DReHo的出現(xiàn)，其良好的可靠性將為BD患者腦自發(fā)活動(dòng)的異常提供更多的研究依據(jù)，必將成為揭示其病理機(jī)制的良好影像學(xué)指標(biāo)。

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（本文編輯 聞 浩）

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R445.2；R749.4

10.3969/j.issn.1005-5185.2017.04.019

2016-10-29

2016-12-22

1.中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科 遼寧沈陽(yáng) 110001；2.中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院精神科 遼寧沈陽(yáng) 110001

徐 克 E-mail: kexu@vip.sina.com