吸煙成癮青少年大腦自發(fā)活動(dòng)變化

隋文禹,薛 婷,曹景超,喻大華,王宏德

(1.內(nèi)蒙古科技大學(xué)信息工程學(xué)院,2.理學(xué)院,內(nèi)蒙古 包頭 014010;3.錫林郭勒盟蒙醫(yī)醫(yī)院影像科, 內(nèi)蒙古 錫林郭勒 026000)

青少年吸煙成癮為嚴(yán)重公共衛(wèi)生問(wèn)題,可引發(fā)慢性呼吸道疾病、惡性腫瘤及心血管疾病等,對(duì)青少年身心健康造成不良影響[1-2]。吸煙成癮可使大腦出現(xiàn)不可逆結(jié)構(gòu)變化并影響大腦功能而致注意力偏差[3-5]。有學(xué)者[6]采用分?jǐn)?shù)低頻振幅(fractional amplitude of low-frequency fluctuation, fALFF)和功能連接方法,發(fā)現(xiàn)吸煙成癮可致部分腦區(qū)活動(dòng)變化。WANG等[7]通過(guò)fALFF觀察,發(fā)現(xiàn)針刺治療可顯著改善吸煙成癮渴望。薛婷等[8]以低頻振蕩振幅百分比方法發(fā)現(xiàn)吸煙成癮青少年部分腦區(qū)活動(dòng)改變與吸煙年限顯著相關(guān);QIU等[9]采用低頻振幅方法發(fā)現(xiàn)吸煙成癮可影響大腦自發(fā)神經(jīng)活動(dòng)。上述研究均假設(shè)靜息態(tài)下大腦靜止不變,而未考慮其動(dòng)態(tài)特性。本研究采用動(dòng)、靜態(tài)fALFF方法觀察吸煙成癮青少年大腦自發(fā)活動(dòng)變化。

1 資料與方法

1.1 一般資料 于2022年1月—6月前瞻性招募內(nèi)蒙古科技大學(xué)42名吸煙成癮在校大學(xué)生(吸煙組),均為男性,年齡16～24歲、平均(19.6±1.7)歲;首次吸煙年齡12～18歲、平均(14.3±1.9)歲,煙齡3～7年、平均(4.43±1.93)年;吸煙頻率1～4.5包年、平均(2.44±0.77)包年,尼古丁依賴測(cè)試(Fagerstrom test for nicotine dependence, FTND)評(píng)分5～10分、平均(6.83±1.56)分。納入標(biāo)準(zhǔn):①右利手;②無(wú)軀體疾病;③無(wú)影響腦功能及結(jié)構(gòu)的疾病;④無(wú)精神病、神經(jīng)病、遺傳病史,且目前精神狀況良好;⑤無(wú)MR掃描禁忌證;⑥符合《美國(guó)精神障礙診斷與統(tǒng)計(jì)手冊(cè)》第5版(diagnostic and statistical manual of mental disorders-Ⅴ criteria, DSM-Ⅴ)診斷尼古丁依賴標(biāo)準(zhǔn);⑦FTND評(píng)分>3分;⑧煙齡>2年,且每日吸煙數(shù)量≥10支;⑨參與研究前6個(gè)月內(nèi)無(wú)戒煙行為或戒煙≤3個(gè)月;⑩無(wú)藥物、酒精及毒品依賴史或其他成癮史(如賭博、網(wǎng)絡(luò)游戲等)。另選取同期內(nèi)蒙古科技大學(xué)與吸煙組學(xué)歷(本科)相匹配的42名非吸煙成癮的健康在校大學(xué)生為對(duì)照組,均為男性,年齡16～23歲、平均(19.0±1.6)歲;均符合吸煙組納入標(biāo)準(zhǔn)①～⑤,入組前共吸煙不超過(guò)5支,且長(zhǎng)期共同居住者無(wú)吸煙行為。本研究獲醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)。受試者均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用Philips Achieva 3.0T MR掃描儀。囑受試者平臥、保持清醒,雙耳佩戴耳塞;以泡沫墊固定其頭部,采集頭部靜息態(tài)功能MRI;參數(shù):平面回波序列,TR 2 000 ms,TE 30 ms,層厚5 mm,矩陣64×64,FA 90°,體素1 mm3,采集時(shí)長(zhǎng)360 s,共采集180個(gè)時(shí)間點(diǎn)。

1.3 數(shù)據(jù)處理及分析 采用Dpabi工具包中的Dparsf進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理[10],包括剔除前10個(gè)時(shí)間點(diǎn)、校正至同一時(shí)間層(使時(shí)間點(diǎn)對(duì)齊至參考層)、頭動(dòng)校正(剔除頭部平移>3 mm、旋轉(zhuǎn)>3°者)、空間標(biāo)準(zhǔn)化[統(tǒng)一配準(zhǔn)至蒙特利爾神經(jīng)病學(xué)研究所(Montreal Neurological Institute, MNI)模板]、空間平滑(采用6 mm半峰全寬高斯核濾波器)、去線性漂移及帶通濾波。采用Dpabi工具包中的動(dòng)、靜態(tài)分析模塊,計(jì)算靜態(tài)fALFF(static fALFF, sfALFF)并以滑動(dòng)窗口算法計(jì)算動(dòng)態(tài)fALFF(dynamic fALFF, dfALFF),設(shè)置窗寬為30 TR、步長(zhǎng)為1 TR。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS 26.0統(tǒng)計(jì)分析軟件。以±s表示計(jì)量資料,行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)。采用SPM12軟件,以獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)及GRF校正比較sfALFF值和dfALFF值,以連續(xù)體素?cái)?shù)量>10、體素水平P<0.005、簇水平P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。采用Pearson相關(guān)性分析評(píng)估吸煙組sfALFF值、dfALFF值與FTND評(píng)分、煙齡和吸煙頻率的相關(guān)性。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2組青少年年齡差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。

相比對(duì)照組,吸煙組左側(cè)距狀裂周圍皮層、右側(cè)額下回三角部sfALFF值及左側(cè)眶部額中回、左側(cè)顳中回、左側(cè)海馬、左側(cè)額下回三角部、右側(cè)楔葉dfALFF值升高,而左側(cè)顳下回、右側(cè)枕中回、右側(cè)頂下緣角回及左側(cè)額中回sfALFF值降低。見(jiàn)表1及圖1。

圖1 BrainNet View可視化圖示吸煙成癮與非吸煙成癮青少年存在差異腦區(qū) A.sfALFF值存在組間差異腦區(qū); B.dfALFF值存在組間差異腦區(qū) (暖色區(qū)域表示吸煙成癮青少年sfALFF值和dfALFF值升高,冷色區(qū)域表示吸煙成癮青少年sfALFF值降低)

表1 吸煙成癮與非吸煙成癮青少年存在差異腦區(qū)

吸煙組左側(cè)額中回sfALFF值與FTND評(píng)分呈負(fù)相關(guān)(r=-0.352,P=0.011),左側(cè)額下回三角部dfALFF值與吸煙頻率呈正相關(guān)(r=0.286,P=0.033);其余組間參數(shù)差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義腦區(qū)的sfALFF值和dfALFF值與FTND評(píng)分、吸煙頻率及煙齡均無(wú)明顯相關(guān)(P均>0.05)。見(jiàn)圖2、3。

圖2 吸煙成癮青少年左側(cè)額中回sfALFF值與其FTND評(píng)分的相關(guān)性的散點(diǎn)圖 圖3 吸煙成癮青少年左側(cè)額下回三角部dfALFF值與吸煙頻率的相關(guān)性的散點(diǎn)圖

3 討論

本研究以sfALFF和dfALFF方法觀察吸煙成癮對(duì)青少年大腦結(jié)構(gòu)及功能的影響。相比既往常用的靜態(tài)低頻振幅方法,sfALFF可減少個(gè)體差異的影響,dfALFF則能更好地反映大腦動(dòng)態(tài)特性[11-13]。

sfALFF有助于降低生理噪聲的干擾,提升檢測(cè)自發(fā)性腦活動(dòng)的敏感度和特異度。距狀裂周圍皮層是大腦視覺(jué)處理的重要組成部分[14],額下回三角部是大腦運(yùn)動(dòng)語(yǔ)言中樞的重要組成部分。本研究發(fā)現(xiàn),相比對(duì)照組,吸煙組左側(cè)距狀裂周圍皮層和右側(cè)額下回三角部sfALFF值升高,提示吸煙成癮已對(duì)視覺(jué)和運(yùn)動(dòng)語(yǔ)言能力造成影響。顳下回和額中回分別是顳葉和額葉的組成部分,與思維、情感記憶、運(yùn)動(dòng)控制等功能密切相關(guān)[15-16]。頂下緣角回和枕中回分別屬于頂葉和枕葉的組成部分,與信息言語(yǔ)整合、視覺(jué)處理等功能密切相關(guān)[17]。本研究吸煙組左側(cè)顳下回、右側(cè)枕中回、右側(cè)頂下緣角回及左側(cè)額中回sfALFF值降低,表明吸煙成癮可對(duì)青少年上述功能造成影響;其中運(yùn)動(dòng)控制能力受損可進(jìn)一步導(dǎo)致其自控能力下降而加重吸煙成癮程度。Pearson相關(guān)性分析表明,左側(cè)額中回sfALFF值與FTND評(píng)分呈負(fù)相關(guān),提示隨煙癮程度增加,青少年思維記憶和運(yùn)動(dòng)控制能力受損程度加重。

dfALFF可更好地捕捉大腦動(dòng)態(tài)特性,檢出常規(guī)靜態(tài)研究不易顯示的異常腦區(qū)?？舨款~中回和額下回三角部是額葉的一部分,海馬位于大腦邊緣葉,三者均在學(xué)習(xí)記憶中發(fā)揮重要作用[18-19];顳中回是顳葉的一部分,主要負(fù)責(zé)視聽(tīng)感覺(jué)處理,并與情感記憶存在一定相關(guān)性[4,20];而楔葉是枕葉的一部分,主要負(fù)責(zé)視覺(jué)加工和處理。本研究發(fā)現(xiàn)吸煙組左側(cè)眶部額中回、左側(cè)顳中回、左側(cè)海馬、左側(cè)額下回三角部及右側(cè)楔葉dfALFF值升高,表明吸煙成癮對(duì)青少年學(xué)習(xí)記憶功能造成不可逆影響,并能強(qiáng)化其視覺(jué)刺激,使之對(duì)吸煙具有更強(qiáng)烈的渴望。同時(shí),本研究相關(guān)性分析結(jié)果表明,吸煙成癮青少年左側(cè)額下回三角部dfALFF值與吸煙頻率呈正相關(guān),表明隨吸煙頻率增加,其學(xué)習(xí)記憶能力逐漸受損。

綜上所述,吸煙成癮青少年大腦局部自發(fā)神經(jīng)活動(dòng)存在異常,且與FTND評(píng)分和吸煙頻率相關(guān)。但本研究樣本量小,且受試者均為在校男大學(xué)生,存在一定偏倚,有待后續(xù)加以完善。