慢性部分性睡眠剝奪靜息態(tài)腦功能研究

邱淦濱，廖偉雄，劉永輝，陳錦燦（通訊作者）

（1肇慶醫(yī)學(xué)高等?？茖W(xué)校影像教研室 廣東 肇慶 526020）（2肇慶市第一人民醫(yī)院放射科 廣東 肇慶 526040）

睡眠剝奪（sleep deprivation, SD）是指由于環(huán)境或自身原因無法滿足正常睡眠的一種情況，表現(xiàn)為睡眠減少或中斷，一般是指在24 h內(nèi)睡眠時間少于4 h，并常伴隨著生理、心理功能改變的一種狀態(tài)。慢性部分性睡眠剝奪（chronic partial sleep deprivation, CPSD）則是指在特定時間內(nèi)的睡眠減少或整個睡眠過程中某些時相特異性減少，從而使總睡眠時間減少，即每天睡眠時間少于5 h并且持續(xù)時間大于3天以上。既往研究表明[1-2]，SD可以損害認(rèn)知、情感等腦高級功能，這可能跟腦內(nèi)對應(yīng)功能區(qū)受損有關(guān)。但長期處于CPSD狀態(tài)導(dǎo)致的腦功能紊亂，其機(jī)制尚不明確。因此，本研究通過運用靜息態(tài)功能MRI（resting state functional MRI, rs-fMRI)中的局部一致性（regional homogeneity, ReHo）分析方法探討CPSD人群腦功能紊亂的內(nèi)在神經(jīng)機(jī)制。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2019年11月—2021年4月招募的13例符合CPSD志愿者（8例男性，5例女性），年齡為（27.54±4.38）歲，體重（58.06±7.3）kg，身高（168.29±7.9）cm；另外招募15名正常睡眠志愿者（health control, HC）（9名男性，6名女性），年齡為（28.32±3.71）歲，體重（54.62±6.8）kg，身高（167.41±6.3）cm。兩組志愿者的一般資料差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）。本研究經(jīng)本院醫(yī)學(xué)倫理會批準(zhǔn)（ZQYYLL2019-027）通過，所有患者均自愿參與。

1.2 CPSD組對象納入標(biāo)準(zhǔn)

（1）年齡為18～45周歲，均為右利手；（2）飲食規(guī)律，實驗前1周未飲用煙、酒、茶、咖啡等；（3）半年前未服用神經(jīng)精神類藥物者；無任何精神、神經(jīng)性疾病家族史、無先天疾患及其他器質(zhì)性及與睡眠相關(guān)既往病史者；（4）至少連續(xù)兩周每天睡眠時間少于5 h，且掃描前12 h處于清醒狀態(tài)。

1.3 數(shù)據(jù)采集

使用飛利浦Ingenia 3.0T設(shè)備及專用16通道頭部線圈。采集靜息態(tài)功能磁共振數(shù)據(jù)使用平面回波成像（echo-planar imaging, EPI）序列共采集170幀圖像，采集參數(shù)如下：重復(fù)時間（repetition time, TR）1800 ms，回波時間（echo time, TE）50 ms，掃描視野（feld of view, FOV）240 mm×240 mm，層厚3 mm，層間距1 mm，翻轉(zhuǎn)角FA 90°，采集矩陣64×64，共30層（掃描定位線平行于前-后聯(lián)合間線）。T1解剖像采用高分辨BRAVO序列采集，參數(shù)如下：TR 8.182 s，TE 3.58 ms，TI 450 ms翻轉(zhuǎn)角FA12°，F(xiàn)OV 240 mm×240 mm；總采集時間約12 min。

1.4 數(shù)據(jù)預(yù)處理

使用SPM軟件（http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/）對圖像進(jìn)行預(yù)處理。每個數(shù)據(jù)均剔除前10個時間點、時間校正、頭動校正、空間標(biāo)準(zhǔn)化等步驟。然后進(jìn)行ReHo分析，得到結(jié)果圖。

1.5 統(tǒng)計學(xué)分析

應(yīng)用SPSS 22.0軟件采用雙樣本t檢驗統(tǒng)計學(xué)方法探討CPSD組與HC組ReHo值的差異。檢驗水平：以P＜0.05水平為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

與HC組相比較，CPSD組ReHo值具有顯著性差異腦區(qū)，ReHo值增高的腦區(qū)包括左側(cè)杏仁核、雙側(cè)顳中回及左側(cè)后扣帶回等，ReHo值降低的腦區(qū)包括左側(cè)額上回、左側(cè)丘腦、右側(cè)額中回及右側(cè)楔前葉等。具體如表1、圖1。

圖1 CPSD組ReHo值具有顯著性差異腦區(qū)

表1 CPSD組與HC組ReHo組間差異性結(jié)果

相對于HC組，CPSD組ReHo值存在差異性腦區(qū)。暖色調(diào)代表ReHo值增高腦區(qū)，冷色調(diào)ReHo值降低腦區(qū)。

3 討論

統(tǒng)計學(xué)結(jié)果顯示CPSD組ReHo值增高的腦區(qū)包括左側(cè)杏仁核、雙側(cè)顳中回及左側(cè)后扣帶回等，ReHo值降低的腦區(qū)包括左側(cè)額上回、左側(cè)丘腦、右側(cè)額中回、右側(cè)楔前葉及右側(cè)海馬旁回等，與既往的研究基本一致[3-4]。進(jìn)一步從腦功能定位角度分析可以發(fā)現(xiàn)，CPSD人群腦內(nèi)與信息加工密切的腦區(qū)ReHo值顯著增高，例如負(fù)責(zé)處理聽覺信息的顳葉皮質(zhì)和負(fù)責(zé)執(zhí)行控制區(qū)域維持機(jī)體覺醒狀態(tài)的額上回等腦區(qū)；而負(fù)責(zé)記憶、情緒及決策行為等認(rèn)知功能的腦區(qū)ReHo值則降低,例如海馬旁回、杏仁核、后扣帶回等腦區(qū)。這些重要腦區(qū)處于CPSD狀態(tài)出現(xiàn)的變化，可能是引起相應(yīng)認(rèn)知、行為學(xué)改變的基礎(chǔ)。SD后，個體反應(yīng)時間延長、注意力渙散等認(rèn)知改變，這或許與反應(yīng)、執(zhí)行功能相關(guān)的右側(cè)后扣帶回、右側(cè)額中回ReHo值降低有關(guān)。而海馬旁回是記憶形成的重要功能區(qū)，以往研究結(jié)果認(rèn)為SD后記憶力下降或容易遺忘，就是與海馬旁回功能異常有關(guān)[5]。因此，長期處于CPSD人群會損害海馬旁回功能，這或許為某些精神類疾病提供理論依據(jù)。部分學(xué)者還認(rèn)為個體經(jīng)常在SD與覺醒狀態(tài)之間來回的轉(zhuǎn)換必然伴隨著能量分配的過程。一個正常的生理活動周期，應(yīng)該是睡眠與清醒處于一個平衡狀態(tài)，隨著SD時間的延長，渴望睡眠的內(nèi)穩(wěn)態(tài)與覺醒維持之間的平衡被打破。機(jī)體為了維持大腦處于覺醒狀態(tài)，必然會分配更多能量到負(fù)責(zé)覺醒功能的腦區(qū)，與此同時負(fù)責(zé)記憶、情緒等認(rèn)知功能腦區(qū)的能量分配減少，這或許可以為SD后記憶力下降、容易焦慮或者容易嗜睡提供理論依據(jù)。

本研究還發(fā)現(xiàn)，與默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)（DMN）主要節(jié)點相關(guān)的區(qū)域，CPSD組的ReHo值出現(xiàn)下降。2001年Raichle等[6]人首次提出了人體在靜息態(tài)下存在“默認(rèn)模式（default mode）”的概念，他們認(rèn)為在機(jī)體處于清晰、休息及不執(zhí)行具體認(rèn)知任務(wù)狀態(tài)下，一部分腦區(qū)仍處于激活狀態(tài)，而當(dāng)機(jī)體處于執(zhí)行任務(wù)狀態(tài)，該部分腦區(qū)反而呈負(fù)激活狀態(tài)，他們把具備這些特征性腦區(qū)所組成的網(wǎng)絡(luò)稱為“默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)（default mode network, DMN）”。該網(wǎng)絡(luò)主要包括后扣帶回/楔前葉（PCC/Precuneus），內(nèi)側(cè)前額葉（MPFC），及雙側(cè)頂下小葉（bilateral Parietal Cortex, IPL）、雙側(cè)海馬（bilateral hippocampus, HF+）等功能區(qū)[7]。該網(wǎng)絡(luò)在道德判斷、情景記憶、內(nèi)省等自我內(nèi)部心理活動時呈正激活，處于外界具體任務(wù)負(fù)載時呈負(fù)激活。此外默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)還與注意系統(tǒng)密切相關(guān)[8]。本實驗結(jié)果顯示，CPSD組右側(cè)楔前葉ReHo值明顯降低，提示DMN有可能局部受損，該網(wǎng)絡(luò)的損害可能導(dǎo)致大腦皮層興奮、過度活躍，從而引發(fā)失眠癥。

綜上所述，本試驗采用靜息態(tài)腦功能磁共振ReHo分析結(jié)果，探索了CPSD與HC組的腦功能區(qū)差異。運用了雙樣本T檢驗分析方法發(fā)現(xiàn)CPSD組與HC組，部分腦功能的確存在統(tǒng)計學(xué)差異，主要涉及到情感、認(rèn)知等高級功能。未來需要擴(kuò)大樣本量，增加多模態(tài)成像研究方法，以期發(fā)現(xiàn)更多客觀明確的神經(jīng)影像學(xué)標(biāo)識，進(jìn)一步明確CPSD的腦功能差異。