基于VMHC方法的青少年網(wǎng)絡(luò)成癮靜息態(tài)功能磁共振成像研究

李旻明，廖祥鵬，趙智勇，范明霞，顏崇淮

中國青少年網(wǎng)絡(luò)協(xié)會第三次發(fā)布的《中國青少年網(wǎng)癮調(diào)查報告(2009)》指出，我國城市青少年網(wǎng)民中，13～17歲的網(wǎng)癮青少年比例為14.3%，6～29歲的青少年人群中，網(wǎng)癮人數(shù)高達(dá)2404.2萬人[1]。網(wǎng)絡(luò)成癮表現(xiàn)為過度使用互聯(lián)網(wǎng)后導(dǎo)致較明顯的學(xué)業(yè)、職業(yè)和社會功能的損傷，主要包括網(wǎng)絡(luò)游戲成癮、網(wǎng)絡(luò)關(guān)系成癮、網(wǎng)絡(luò)色情成癮、信息收集成癮、網(wǎng)絡(luò)購物成癮等，其中以網(wǎng)絡(luò)游戲成癮最為常見。2018年WHO將網(wǎng)絡(luò)成癮列為精神疾病，網(wǎng)絡(luò)成癮已成為全世界共同關(guān)注的醫(yī)學(xué)和社會問題[2]。大量研究表明胼胝體的結(jié)構(gòu)受損和成癮具有一定的關(guān)系，比如可卡因成癮[3]、毒癮[4]以及酗酒等[5]。之前的研究已經(jīng)表明，疾病所引起的結(jié)構(gòu)損傷往往伴隨著功能損傷[6-8]。胼胝體是連接人腦兩半球皮質(zhì)最大的纖維束，胼胝體的結(jié)構(gòu)改變也許會影響大腦半球間的功能連接。最近的研究發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)癮被試存在胼胝體膝部和體部的結(jié)構(gòu)改變[9]，然而網(wǎng)癮青少年大腦半球間的功能連接情況目前仍然不清楚。

靜息態(tài)功能磁共振成像(resting-state functional magnetic resonance imaging，rs-fMRI)為檢測大腦神經(jīng)回路活動模式和大腦半球之間的相互作用提供了有效手段[10]。大腦左右半球相同起源的神經(jīng)元內(nèi)源性自發(fā)活動具有高度相似性，即功能同倫[11]。功能同倫可能與大腦功能分層有關(guān)[11-13]。體素-鏡像同倫連接(voxelmirrored homotopic connectivity，VMHC)通過測量大腦半球血氧水平依賴性時間序列之間的相關(guān)性，反映大腦半球之間信息交流整合模式，是靜息態(tài)fMRI用于分析大腦半球之間功能同倫的方法，是研究大腦信息整合的重要方法[13]。目前這種方法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于評估各類神經(jīng)精神系統(tǒng)疾病的大腦半球功能連接情況。Tang等[14]使用VMHC的方法研究中風(fēng)患者發(fā)現(xiàn)，患者組的大部分運動腦區(qū)的半球功能連接減弱，并且小腦后葉的VMHC值和患者的手功能評分正相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)，基于下額回和后扣帶皮層或下顳回和中央后回增強VMHC值組合的fMRI，有助于眼瞼痙攣患者早期檢測以及提高其診斷準(zhǔn)確性[15]。雙向情感障礙緩解期患者額葉回和中央前回VMHC值低于健康對照組，提示雙向情感障礙緩解期患者仍存在大腦半球之間功能協(xié)調(diào)的破壞，而這一特征可作為有效而靈敏的雙向情感障礙篩查方法[16]。夜間遺尿癥兒童小腦葉和前扣帶回VMHC值明顯低于正常對照組，提示小腦時間感知功能下降引起的血管加壓素分泌不足以及前扣帶區(qū)功能降低和大腦半球功能連接異常引起的腦部信號障礙均可能與夜間遺尿現(xiàn)象有關(guān)[17]。以上研究表明，VMHC可以準(zhǔn)確而有效地評估與患者行為、認(rèn)知相關(guān)的大腦半球間的功能連接的變化。

本研究基于VMHC評估網(wǎng)絡(luò)成癮青少年大腦半球功能連接的改變，并進(jìn)一步探討半球功能連接的變化與網(wǎng)癮被試行為、認(rèn)知狀態(tài)之間的關(guān)系，以及該功能改變對于網(wǎng)絡(luò)成癮的診斷價值。

1 材料與方法

1.1 研究對象

網(wǎng)癮組為2009年11月至2010年12月來自上海、江蘇、河南青少年網(wǎng)癮戒治學(xué)校的青少年18例，其中男生15例，女生3例，平均年齡(15.4±1.5)歲。入組標(biāo)準(zhǔn)：①符合美國《精神疾病診斷與統(tǒng)計手冊》第5版(DSM-V)中網(wǎng)絡(luò)成癮診斷標(biāo)準(zhǔn)；②有足夠認(rèn)知能力(瑞文智測正常)；③右利手。排除標(biāo)準(zhǔn)：①有顱內(nèi)疾病和精神疾??；②有藥物和酒精依賴史；③曾接受精神類藥物治療；④被試視力或矯正視力異常；⑤存在色盲或色弱；⑥存在MR禁忌證。

對照組為18名來自上海普通中學(xué)的青少年，其中男生13例，女生5例，平均年齡(14.4±1.4)歲。入組標(biāo)準(zhǔn)：①根據(jù)美國《精神疾病診斷與統(tǒng)計手冊》第5版(DSM-V)可除外網(wǎng)絡(luò)成癮；②有足夠認(rèn)知能力(瑞文智測正常)；③右利手。排除標(biāo)準(zhǔn)：①有顱內(nèi)疾病和精神疾病；②有藥物和酒精依賴史；③曾接受精神類藥物治療；④被試視力或矯正視力異常；⑤存在色盲或色弱；⑥存在MR禁忌證。兩組間年齡、受教育年限經(jīng)兩樣本t檢驗，差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P＞0.05)。

所有受試者本人和/或家屬均知情同意并簽名。本研究獲得上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬新華醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)。

1.2 方法

1.2.1 神經(jīng)精神心理量表評估

兩組被試者均進(jìn)行神經(jīng)精神心理量表的評估。

家庭功能評估量表(family assessment device，F(xiàn)AD)包含7個分量表：問題解決、溝通、角色、情感反應(yīng)、情感介入、行為控制和總體功能，共有60個條目，分量表得分越高，說明其相應(yīng)的家庭功能就越差。由被試家長填寫。

艾森克個性問卷(eysenck personality questionnaire，EPQ)包括神經(jīng)質(zhì)(N)維度、內(nèi)外傾(E)維度、精神質(zhì)維度(P)和掩飾(L)量表，E量表表示性格的內(nèi)外傾向，高分表示外向，低分表示內(nèi)向；N量表表示情緒的穩(wěn)定性，高分表示焦慮、緊張、易怒，得分低者代表情緒較穩(wěn)定；P量表表示心理狀態(tài)是否正常，高分者表示孤獨，缺乏同情心，有敵意，具有攻擊性；L量表表示被試者的掩飾程度。由被試者填寫。

焦慮自評量表(self-rating anxiety scale，SAS)由20個條目構(gòu)成，用于評定焦慮的主觀感受。量表得分越高焦慮程度越高。SAS標(biāo)準(zhǔn)分的分界值為50分，其中50～59分為輕度焦慮，60～69分為中度焦慮，69分以上為重度焦慮。由被試者填寫。

抑郁自評量表(self-rating depression scale，SDS)能相當(dāng)直觀地反映抑郁患者的主觀感受及其在治療中的變化，含有20個條目，包括精神性-情感癥狀兩個項目、軀體性障礙8個項目、精神運動性障礙兩個項目、抑郁性心理障礙8個項目。按照中國常模結(jié)果，SDS標(biāo)準(zhǔn)分的分界值為53分，53～62分為輕度抑郁，63～72分為中度抑郁，72分以上為重度抑郁。由被試者填寫。

評估工作由上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬新華醫(yī)院臨床心理科醫(yī)師及環(huán)境與兒童健康實驗室實驗人員共同完成。

1.2.2 磁共振數(shù)據(jù)收集

所有磁共振圖像都是采集于華東師范大學(xué)上海市磁共振重點實驗室西門子3.0 T磁共振成像掃描儀(德國西門子公司Siemens Trio 3.0 T)。

具體的掃描序列及其參數(shù)如下：(1)高分辨T1加權(quán)結(jié)構(gòu)像，采用的是磁化準(zhǔn)備快速自旋回波序列，參數(shù)為：矢狀位192層(三維成像)，層厚1 mm，層間距0.5 mm，TR 1900 ms，TE 3.42 ms，反轉(zhuǎn)時間為900 ms，F(xiàn)OV 240 mm×240 mm，翻轉(zhuǎn)角為9度，采集矩陣為256×256。(2)靜息態(tài)功能磁共振成像采用的是平面回波序列。序列參數(shù)為：橫斷位30層，層厚4 mm，層間距0.8 mm，TR 2000 ms，TE 30 ms，翻轉(zhuǎn)角為90度，F(xiàn)OV 220 mm×220 mm，采集矩陣為64×64。

囑受試者安靜平臥于檢查床，緊密填充海綿墊以固定頭部，保持閉眼清醒、平靜呼吸，盡量不要做任何動作和意向性思維活動。棉球塞耳以減輕機器噪音對患者的影響。

1.2.3 數(shù)據(jù)處理及分析

(1)預(yù)處理。本研究使用Data Processing Assistant for Resting-state fMRI (DPARSF，http://www.resffmri.net/forum/DPARSF)軟件包對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理?？紤]到機器的不穩(wěn)定性以及受試者對環(huán)境的適應(yīng)性，首先去除每個被試的前10個時間點，然后對剩余的數(shù)據(jù)進(jìn)行時間層校正和頭動校正。頭動標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置為2 mm (平動)或2°(轉(zhuǎn)動)，并沒有被試由于頭動過大被排除。隨后使用統(tǒng)一分割算法把每個被試的全腦圖分割成灰質(zhì)、白質(zhì)和腦脊液，同時對每個被試頭動矯正后的圖像進(jìn)行空間標(biāo)準(zhǔn)化并重采樣成3 mm×3 mm×3 mm。隨后使用線性回歸去除6個頭動參數(shù)、白質(zhì)和腦脊液信號對數(shù)據(jù)的影響。最后對數(shù)據(jù)進(jìn)行平滑(半高寬為6 mm的高斯平滑盒)、去線性漂移以及低頻(0.01～0.08 Hz)過濾處理。(2) VMHC分析。VMHC通過REST (http://www.restfmri.net)軟件包計算獲得。隨后提取受試者經(jīng)預(yù)處理并配準(zhǔn)到標(biāo)準(zhǔn)蒙特利爾空間腦半球內(nèi)每個體素時間序列，并計算其和對側(cè)鏡像體素之間的Pearson相關(guān)系數(shù)，即VMHC值。隨后進(jìn)行Fisher z-轉(zhuǎn)換改善正態(tài)分布。

1.3 統(tǒng)計學(xué)方法

采用SPM8軟件對網(wǎng)癮組、對照組的VMHC腦圖分別進(jìn)行雙樣本的t檢驗。經(jīng)多重比較校正后P＜0.05(AlphaSim校正，單體素的P＜0.001，對應(yīng)的最小團塊是45體素。校正參數(shù)：灰質(zhì)mask，平滑盒=10 mm，1000次模擬)的腦區(qū)定義為差異有統(tǒng)計學(xué)意義的區(qū)域。采用SPSS 20.0軟件包進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)處理。計量資料比較采用獨立樣本t檢驗。計數(shù)資料比較采用χ2檢驗。以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。采用Spearman相關(guān)分析組間差異腦區(qū)平均VMHC值和被試神經(jīng)精神心理量表評估的關(guān)系。使用受試者工作特征(receiver operating characteristic，ROC)曲線分析差異腦區(qū)平均VMHC值對于青少年網(wǎng)絡(luò)成癮的診斷意義。

2 結(jié)果

2.1 兩組被試者特征

網(wǎng)癮組和對照組在性別、年齡、教育程度和神經(jīng)精神心理量表評分之間差異均無統(tǒng)計學(xué)意義。兩組被試者的上網(wǎng)時間(h/d)差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)，見表1。

2.2 兩組被試基于VMHC的靜息態(tài)fMRI影像學(xué)結(jié)果

2.2.1 兩組被試者VMHC值分析

對比對照組，網(wǎng)癮組內(nèi)側(cè)前額葉[團塊大小=50體素；峰值點坐標(biāo)(MNI空間)：x=3，y=33，z=57)]顯示增強的VMHC(VMHC值：網(wǎng)癮組=0.45，對照組=0.29，T=4.32，P＜0.001)，見圖1。

表1 兩組被試者特征Tab.1 The characteristic of two groups of participant

圖1 網(wǎng)癮組內(nèi)側(cè)前額葉增強的VMHC (Colorbar代表的是T值)Fig. 1 Enhanced VMHC value of the medial prefrontal cortex in IA group(Colorbar stands for T value).

圖2 網(wǎng)癮組被試者內(nèi)側(cè)前額葉平均VMHC值和周上網(wǎng)時間(d/周)存在顯著正相關(guān)Fig. 2 Significant positive correlation between the mean VMHC value of the medial prefrontal cortex and the weekly online time (day/week) in IA group

2.2.2 差異腦區(qū)VMHC值與行為、認(rèn)知狀態(tài)的相關(guān)性分析

內(nèi)側(cè)前額葉平均VMHC值與網(wǎng)癮組被試者的周上網(wǎng)時間存在顯著正相關(guān)(r=0.48，P=0.003)，見圖2。

2.2.3 基于VMHC方法的靜息態(tài)功能磁共振成像對于青少年網(wǎng)絡(luò)成癮的診斷價值

圖3 ROC曲線評價基于VMHC方法的靜息態(tài)功能磁共振成像對于青少年網(wǎng)絡(luò)成癮的診斷價值Fig. 3 VMHC diagnostic value of resting-state fMRI for IA adolescents by ROC curve.

通過ROC曲線評價基于VMHC方法的靜息態(tài)功能磁共振成像對于青少年網(wǎng)絡(luò)成癮的診斷價值。ROC曲線分析結(jié)果顯示，ROC曲線下面積為0.86(P＜0.001)，最佳閾值=0.41，敏感度=0.72，特異度=0.94(圖3)，提示基于VMHC方法的靜息態(tài)功能磁共振成像對于青少年網(wǎng)絡(luò)成癮的診斷具有一定準(zhǔn)確性，內(nèi)側(cè)前額葉的平均VMHC值可以有效地區(qū)別網(wǎng)癮組和對照組。

3 討論

青少年網(wǎng)癮問題已引起我國醫(yī)學(xué)和心理學(xué)界的重視，積累了主要基于診斷量表的網(wǎng)癮檢出率的數(shù)據(jù)(5.3%～23.6%)，但報道數(shù)據(jù)相差較大，根本原因是仍缺少腦神經(jīng)生物學(xué)的機制研究。隨著神經(jīng)影像等檢測技術(shù)的不斷發(fā)展和臨床運用，人們對于網(wǎng)癮腦機制方面的研究也越來越多，但這些成果仍不足以對網(wǎng)癮的發(fā)生機制作出詳細(xì)而準(zhǔn)確的解釋，而對網(wǎng)癮診斷標(biāo)準(zhǔn)的完善也需結(jié)合腦機制方面的研究[18]。本研究使用一種新的方法VMHC來研究青少年網(wǎng)癮被試的半球間功能連接的變化，希望結(jié)果能夠有助于網(wǎng)癮發(fā)生機制的理解以及網(wǎng)癮癥狀的診斷。

3.1 網(wǎng)癮青少年的默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)功能連接異常

本研究發(fā)現(xiàn)，相比與對照組，網(wǎng)癮組的內(nèi)側(cè)額葉顯示增強的半球間功能連接。眾所周知，內(nèi)側(cè)額葉是默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)的核心腦區(qū)之一[19]。默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)是人腦靜息狀態(tài)下最重要的腦網(wǎng)絡(luò)之一，該網(wǎng)絡(luò)涉及情緒調(diào)控和自我參考功能，包括評估內(nèi)在和外在線索的突顯性、記憶過去以及計劃未來等，這些是網(wǎng)絡(luò)成癮疾病的重要診斷指標(biāo)[20]。之前的研究已經(jīng)表明成癮性疾病與默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)改變的功能連接有關(guān)系[21-22]。一個最近的尼古丁成癮研究發(fā)現(xiàn)尼古丁的消耗與默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)減少的活動有關(guān)系，作者解釋尼古丁消耗也許涉及到網(wǎng)絡(luò)信息處理從內(nèi)到外的一個轉(zhuǎn)變[23]。另一個海洛因成癮研究發(fā)現(xiàn)，實驗組的默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)顯示異常的功能連接，提示這也許和成癮者下降的注意力和自我監(jiān)控相關(guān)的認(rèn)知控制功能[24]。酗酒研究通過圖論的方法也發(fā)現(xiàn)患者的默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生功能連接紊亂[25]。研究已經(jīng)表明網(wǎng)絡(luò)成癮和其他的成癮疾病有著相似的神經(jīng)機制[26-27]，且默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)的功能連接變化有可能作為一個識別網(wǎng)癮疾病的生物學(xué)指標(biāo)[20]。本研究發(fā)現(xiàn)網(wǎng)癮青少年的默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)半球間功能連接增強，提示這種過度的連接也許造成了網(wǎng)癮被試內(nèi)外信息調(diào)控的失衡，從而導(dǎo)致被試自我控制功能下降而沉溺于網(wǎng)絡(luò)。

3.2 網(wǎng)癮青少年的內(nèi)側(cè)額葉和網(wǎng)癮程度相關(guān)

本研究也發(fā)現(xiàn)，內(nèi)側(cè)額葉的平均VMHC值與被試的上網(wǎng)時間成正相關(guān)，并且可以有效區(qū)分網(wǎng)癮組和對照組。內(nèi)側(cè)額葉的主要功能是涉及到情緒響應(yīng)[28-29]。兩個fMRI研究發(fā)現(xiàn)相比于對照組，青少年網(wǎng)癮組的內(nèi)側(cè)額葉顯示更高的灌注[27]和ReHo[30]。Ding等[26]發(fā)現(xiàn)網(wǎng)癮者的內(nèi)側(cè)前額葉的激活與網(wǎng)癮量表的總分相關(guān)，作者認(rèn)為前額葉皮層的功能受損可能與網(wǎng)癮青少年的高沖動相關(guān)。Hormes等[31]發(fā)現(xiàn)被試的網(wǎng)絡(luò)使用情況與情緒測評量表存在顯著的正相關(guān)，這提示網(wǎng)絡(luò)成癮也許是情緒調(diào)控異常的一種升級表現(xiàn)，并進(jìn)一步加強被試對藥物以及非藥物的渴望和依賴。另外，大樣本的行為學(xué)研究表明，實驗者的情緒調(diào)控功能異常情況能夠預(yù)測被試的網(wǎng)癮程度，提示情緒調(diào)控與網(wǎng)絡(luò)成癮之間存在一種直接的關(guān)系，情緒失控可能會導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)成癮進(jìn)而產(chǎn)生更大的負(fù)性情緒[32]。研究還表明，被試的情緒智力(emotional intelligence，EI)可以用來預(yù)測成癮相關(guān)的行為學(xué)表現(xiàn)，例如賭博、上網(wǎng)、打電子游戲等[33]。所以，筆者推測本研究網(wǎng)癮組內(nèi)側(cè)額葉增強的VMHC也許提示，該腦區(qū)的功能受損可能導(dǎo)致紊亂的情緒調(diào)控，這可能和網(wǎng)癮青少年的高沖動相關(guān)。

綜上所述，本研究使用VMHC的方法發(fā)現(xiàn)青少年網(wǎng)癮默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)的核心腦區(qū)內(nèi)側(cè)前額葉的半球間功能連接增強，并且這個腦區(qū)的平均VMHC值和參與者的上網(wǎng)時間存在顯著正相關(guān)。這些發(fā)現(xiàn)表明內(nèi)側(cè)前額葉的功能改變與人類情緒的控制和成癮行為有關(guān)，這進(jìn)一步補充了關(guān)于理解網(wǎng)癮發(fā)生機制的證據(jù)，并且這個腦區(qū)的平均VMHC值也許可以作為一個診斷網(wǎng)癮被試的指標(biāo)。

利益沖突：無。