首發(fā)抑郁癥患者靜息態(tài)腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的變化及其意義

陳旭丹，胡孝朋，陶龍香，梁 振，余永強，

首發(fā)抑郁癥患者靜息態(tài)腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的變化及其意義

陳旭丹1，胡孝朋2，陶龍香2，梁 振3，余永強1，2

目的探討抑郁癥患者兩大腦半球腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)與正常對照者間的差異。方法選取 33例首發(fā)抑郁癥患者及25例性別、年齡及受教育年限相匹配的正常對照者進行功能磁共振掃描，分析兩組受試者腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)之間的差異以及這些腦區(qū)間距離與漢密爾頓評分（HAMD）之間的相關(guān)性。結(jié)果與對照組相比，抑郁癥組右側(cè)眶部額下回與后扣帶回、右側(cè)后扣帶回與海馬旁回、右側(cè)梭狀回與楔前葉的腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間距離顯著增加（P＜0.005），右側(cè)海馬旁回與蒼白球的腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)間距離明顯縮短（P＜0.005），相關(guān)分析結(jié)果提示這4對腦區(qū)間距離與 HAMD評分兩兩相關(guān)。結(jié)論抑郁癥患者多對腦區(qū)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)存在異常，在抑郁癥的發(fā)病機制中發(fā)揮重要作用。

抑郁癥；彌散張量成像；腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)

抑郁癥是當今社會最常見的一種精神障礙性疾病，主要表現(xiàn)為持續(xù)的心境低落、思維遲緩、反應(yīng)遲鈍，嚴重影響患者的生存質(zhì)量和社會職業(yè)功能。研究［1］顯示，到 2020年，抑郁癥將在全球疾病總負擔中躍居第二位，但其發(fā)病機制尚不明確。為提高對抑郁癥發(fā)病機制的認識，研究人員在功能磁共振成像（fMRI）及磁共振波譜技術(shù)等方面取得了重要進展［2］，其中以前者應(yīng)用最多。彌散張量成像（diffusion tensor imaging，DTI）是利用擴散敏感梯度從多個方向?qū)λ肿拥臄U散各向異性進行量化的一種新型 fMRI技術(shù)，也是唯一可以在活體組織中研究大腦結(jié)構(gòu)的成像方法。近年來，DTI分析方法的進步使人們可以從網(wǎng)絡(luò)的角度考察人腦的大規(guī)模的連接結(jié)構(gòu)［3-4］。有研究［5］顯示，抑郁癥患者皮質(zhì) -皮質(zhì)下神經(jīng)通路的腦白質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化是其主要發(fā)病機制之一。該研究擬通過采集抑郁癥患者 DTI數(shù)據(jù)，對其腦白質(zhì)纖維束進行追蹤并構(gòu)建結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，以直觀地觀察抑郁癥患者與正常對照者大腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的差異。

1 材料與方法

1.1 研究對象選擇 2014年5月 ～2015年 4月安徽省精神衛(wèi)生防治中心住院或門診首診為抑郁癥患者為抑郁癥組。抑郁癥入選標準：① 符合美國精神障礙診斷與統(tǒng)計學手冊第 4版（DSM-IV）診斷標準；② 年齡18～60歲，性別不限；③ 首次發(fā)作，病程在1～3個月；④ 此次就診前未接受任何抗抑郁及抗精神病類藥物治療；⑤ 17項漢密爾頓抑郁量表（HAMD）評分 ＞17分。排除標準：① 合并其他神經(jīng)系統(tǒng)或精神障礙性疾??；② 有嚴重的軀體疾??；③妊娠及哺乳期女性；④ 有磁共振檢查禁忌者。最終入組患者 33例。正常對照者為 2014年 6月 ～2015年4月于安徽醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院體檢正常者，年齡、性別及受教育年限均與實驗組相匹配，共 25例。受試者均自愿參加并簽署知情同意書，本實驗經(jīng)過安徽省精神衛(wèi)生防治中心倫理委員會及安徽醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院醫(yī)學倫理委員會批準。

1.2 數(shù)據(jù)采集對 58名被試者進行 17項 HAMD評分，標準如下：① 無抑郁：0～7分；② 輕度抑郁：8～17分；③ 中度抑郁：18～24分；④ 重度抑郁：＞24分。對年齡大于 50歲者進行簡易智力狀況檢查（MMSE），以排除癡呆及認知障礙，標準如下：① 27～30分為正常；② 21～26分為輕度認知障礙；③ 10～20分為中度認知障礙。所有受試者 fMRI圖像在美國通 用 電 器 公 司 3.0T全 身 MR掃 描儀 （Signa HDxt，GE Milwaukee，WI，USA）上完成。DTI掃描參數(shù)：脈沖重復(fù)時間／回波時間（TR／TE）=11 000 ms／72 ms，翻轉(zhuǎn)角度 =90°，視野 =260 mm×260 mm，矩陣 =128×128，層厚為 3 mm，設(shè)定 67個各向同性分布彌散敏感梯度，其中 3個為 b=0 s／mm2，在其余64個不同的非線性方向上施加 b=1 000 s／mm2的彌散敏感梯度，每個方向為 50層，共 3 350張圖像。

1.3 數(shù)據(jù)處理應(yīng)用 FSL軟件包（FMRIB’s diffu-sion toolbox，http：／／www.fmrib.ox.ac.uk／fsl／fdt／index.html）對 DTI圖像進行預(yù)處理，其中包括對所有被試者的圖像進行頭動校正及渦流校正。腦白質(zhì)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建和網(wǎng)絡(luò)屬性的計算：① 腦白質(zhì)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建：利用解剖學自動標記模板 （automated anatomical labeling，AAL）［6］將整個大腦劃分為 90個區(qū)域，作為腦網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點；對全腦進行確定性纖維追蹤，并結(jié)合節(jié)點模板構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)中不同節(jié)點之間的邊，最后利用 MATLAB平臺進一步構(gòu)建所有樣本的全腦結(jié) 構(gòu) 的 二 值 網(wǎng) 絡(luò)。② 網(wǎng) 絡(luò) 屬 性 的 計 算：“Distances”值代表彼此有神經(jīng)通路的腦區(qū)間腦白質(zhì)纖維束的距離，將計算出的 58名受試者的該網(wǎng)絡(luò)屬性文件 在 腦 連 接 工 具 箱 （brain connectivity toolbox，BCT）［7］中統(tǒng)計出兩組差異有統(tǒng)計學意義的腦區(qū)（定義 P＜0.005）。

1.4 統(tǒng)計學處理應(yīng)用 SPSS 17.0軟件進行統(tǒng)計分析，計量資料以 ˉx±s表示；組間比較采用兩個獨立樣本 t檢驗。Pearson相關(guān)用于分析差異有統(tǒng)計學意義的腦區(qū)間距離與 HAMD的相關(guān)性。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 基本資料比較抑郁癥組共 33例（男 17例，女 16例），正常對照組共 25例（男11例，女14例），抑郁癥組與正常對照組在性別、年齡［（38.15± 10.33）vs（39.36±6.93）］、受教育年限［（11.03± 2.51）vs（11.48±2.93）］差異均無統(tǒng)計學意義，而HAMD評分［（22.58±3.46）vs（2.04±1.31）］差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05）。

2.2 腦白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建結(jié)果以 AAL為模板構(gòu)建的腦白質(zhì)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)顯示抑郁癥患者腦白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)連接較正常對照者減少。見圖1。

2.3 兩組被試者的腦網(wǎng)絡(luò)屬性結(jié)果與正常對照者相比，抑郁癥患者右眶部額下回與后扣帶回、右后扣帶回與海馬旁回、右梭狀回與楔前葉、右海馬旁回與蒼白球間距離差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.005），4對腦區(qū)均位于右側(cè)大腦半球，前 3對腦區(qū)間距離較正常對照組增加，第4對腦區(qū)間距離較正常對照組降低。見表 1、圖2。

2.4 抑郁癥組腦網(wǎng)絡(luò)屬性結(jié)果與HAMD評分的相關(guān)性4對腦區(qū)間距離與 HAMD評分均為兩兩相關(guān)，其中右側(cè)眶部額下回與后扣帶回、右側(cè)后扣帶回與海馬旁回、右側(cè)梭狀回與楔前葉間距離與 HAMD評分呈正相關(guān)（r=0.285，P=0.114；r=0.340，P= 0.057；r=0.330，P=0.065），右側(cè)海馬旁回與蒼白球間距離與 HAMD評分呈負相關(guān)（r=-0.299，P= 0.097），見圖3。

表1 被試者的腦網(wǎng)絡(luò)屬性結(jié)果（ˉx±s）

3 討論

本研究通過對抑郁癥患者及正常對照者的腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)進行分析表明，與正常對照者相比，抑郁癥患者腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)屬性連接存在廣泛異常，主要位于右側(cè)眶部額下回與后扣帶回、右側(cè)后扣帶回與海馬旁回、右側(cè)海馬旁回與蒼白球、右側(cè)梭狀回與楔前葉，從而支持了邊緣系統(tǒng)-皮質(zhì)-紋狀體-蒼白球-丘腦這一神經(jīng)解剖環(huán)路的異常在抑郁癥的發(fā)病機制中發(fā)揮重要作用的假說［8］。

圖1 全腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)圖A：以 AAL模板為基礎(chǔ)的全腦節(jié)點圖；B：抑郁癥患者全腦節(jié)點（腦區(qū)）和邊（腦白質(zhì)連接）；C：正常對照組全腦節(jié)點（腦區(qū)）和邊（腦白質(zhì)連接）

圖2 腦白質(zhì)纖維束追蹤A：原始 DTI圖；B：預(yù)處理后的 FA圖；C：以 FA為基礎(chǔ)的全腦纖維束追蹤圖；D：根據(jù) AAL模板中任意兩個腦區(qū)計算出的 90×90加權(quán)連接矩陣；E：抑郁癥患者右側(cè)海馬旁回與后扣帶回間白質(zhì)纖維束；F：正常對照者右側(cè)海馬旁回與后扣帶回間白質(zhì)纖維束

圖3 4對腦區(qū)間距離與 HAMD評分相關(guān)性A：右側(cè)眶部額下回與后扣帶回腦區(qū)間距離；B：右側(cè)后扣帶回與海馬旁回腦區(qū)間距離；C：右側(cè)梭狀回與楔前葉腦區(qū)間距離；D：右側(cè)海馬旁回與蒼白球腦區(qū)間距離

其中，抑郁癥組右側(cè)眶部額下回與后扣帶回、右側(cè)后扣帶回與海馬旁回、右側(cè)梭狀回與楔前葉腦區(qū)間距離較正常對照組增加?？舨款~下回是前額葉的組成部分，前額葉主要參與了能夠體現(xiàn)自我意識某一方面的認知加工過程，因此，有國內(nèi)學者［9］提出抑郁癥患者額葉與認知、情感活動、記憶及執(zhí)行功能障礙有關(guān)。后扣帶回是人腦靜息狀態(tài)下代謝最為旺盛的區(qū)域，與 情 景 記 憶 提 取 有 關(guān)［10］，也 有少 數(shù) 研究［11］顯示與絕望感有關(guān)。本研究中眶部額下回與后扣帶回間腦白質(zhì)纖維束距離增加，即腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)連接增加，提示其可能在抑郁癥患者認知及負性情景記憶活動加工過程中，信息傳遞路徑增加、信息傳導(dǎo)速度減慢或信息加工時間延長，這可能是導(dǎo)致抑郁癥患者負性情緒持續(xù)存在的一個病理機制，同時也支持既往研究［9-11］結(jié)果。海馬旁回是將多種感知信息輸入海馬的門路［12］，即海馬旁回對多種認知功能均存在影響，因此后扣帶回與海馬之間腦白質(zhì)微觀通路連接增加意味著兩個腦區(qū)間功能連接加強，這可能是加重抑郁癥患者認知功能障礙的發(fā)病機制。梭狀回有高層次的視覺識別功能，如面部感知、目標識別及閱讀［13］，楔前葉與視空間意象、情景記憶提取及自我意識有關(guān)［14］，而梭狀回與楔前葉之間白質(zhì)纖維束距離增加，說明抑郁癥患者可能存在腦白質(zhì)纖維束信息傳遞速度下降、效率減低或是腦白質(zhì)纖維束數(shù)目減少等。

另外，右側(cè)海馬旁回與蒼白球間白質(zhì)纖維束連接較正常對照組減低，即兩對腦區(qū)間白質(zhì)纖維束長度縮短。Nautail在 1972年就提出了抑郁癥邊緣系統(tǒng)-皮質(zhì) -紋狀體 -蒼白球 -丘腦的神經(jīng)病理環(huán)路，也有學者［15］認為，這一病理環(huán)路在調(diào)控情緒和抑郁癥的發(fā)病機制中起重要作用。蒼白球是錐體外系的組成部分，在調(diào)節(jié)軀體運動中起到重要作用。海馬旁回對多種認知功能均存在影響。這兩個腦區(qū)間腦白質(zhì)纖維束長度縮短，提示抑郁癥患者調(diào)控情緒及學習記憶的能力與腦白質(zhì)纖維束長度呈正相關(guān)，這可能與腦白質(zhì)纖維束數(shù)量減少、纖維束變性、髓鞘缺失等有關(guān)。

同時本研究進行相關(guān)分析表明，抑郁癥患者以上 4對腦區(qū)間距離與 HAMD評分兩兩相關(guān)，其中右側(cè)后扣帶回與海馬旁回、右側(cè)梭狀回與楔前葉間距離均與 HAMD評分呈邊緣顯著正相關(guān)，可能與樣本量、性別等有關(guān)。

本實驗結(jié)果顯示，腦功能的變化伴隨著神經(jīng)纖維束結(jié)構(gòu)異常，這些結(jié)構(gòu)異常區(qū)域多出現(xiàn)在右側(cè)大腦半球，與以往實驗結(jié)果不同，但均可表明抑郁癥患者大腦半球結(jié)構(gòu)及功能連接存在異常，這些腦區(qū)結(jié)構(gòu)的異常連接可能是抑郁癥發(fā)病機制的關(guān)鍵所在。

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Changes and significance of resting state brain structure network in patients w ith depression

Chen Xudan1，Hu Xiaopeng2，Tao Longxiang2，et al
（1Dept of Radiology，The Fourth Affiliated Hospital of AnhuiMedical University，Hefei 230022；2Dept of Radiology，The First Affiliated Hospital of AnhuiMedical University，Hefei 230022）

Objective To explore the difference of interhemispheric brain structure between depression patients and healthy patients.Methods Thirty-three patientswith first episode depression patients and twenty-five healthy person were selected as controlsmatched for age，gender and education.All subjects underwent fMRIscan.Analysis were conducted on two groups of subjects brain structure network and compared the differences between the two groups，and the linear relationship between the distance of these brain regions with HAMD scores.Resu lts Compared with the control group，depression patients showed significantly increased distance in structure network of brain regions between rightorbital frontal gyrus and posterior cingulate，right posterior cingulate and parahippocampal gyrus，right fusiform and precuneus（P＜0.005），and significantly decreased in parahippocampal gyrus and globus pallidus（P＜0.005）.Correlation analysis showed that four pairs of brain interval distance were accociated with HAMD scores.Conclusion Depression patients show abnormality in structure network ofbrain regions，which plays an important role in the pathogenesis of depression.

depression；diffusion tensor imaging；brain structure network

R 749.4

A

1000-1492（2016）02-0222-05

時間：2016-1-20 10：32：26

http：／／www.cnki.net／kcms／detail／34.1065.R.20160120.1032.032.htm l

2015-11-06接收

國家自然科學基金項目（編號：31400943）

1安徽醫(yī)科大學第四附屬醫(yī)院放射科，合肥 230022

2安徽醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院放射科，合肥 2300223安徽醫(yī)科大學生物醫(yī)學工程系，合肥 230022

陳旭丹，女，碩士研究生；

余 永 強，男，教 授，博 士 生 導(dǎo) 師，責 任 作 者，E-mail：yuyongqiang＠ hotmail.com