首發(fā)抑郁癥靜息態(tài)腦功能低頻振幅研究

郭冬玲，高陽，牛廣明，謝生輝

首發(fā)抑郁癥靜息態(tài)腦功能低頻振幅研究

郭冬玲，高陽*，牛廣明，謝生輝

目的 采用靜息態(tài)功能磁共振成像（resting-state functional magnetic resonance imaging， rfMRI）研究方法，探討首發(fā)抑郁癥患者基礎狀態(tài)下異常腦活動區(qū)及其意義。材料與方法 對30例抑郁癥患者（符合DSM-IV抑郁癥的診斷標準）和與之匹配的30例健康志愿者進行靜息態(tài)腦功能掃描。運用低頻振幅（amplitude of low frequence fluctuation， ALFF）方法對數(shù)據(jù)分析，并采用雙樣本檢驗方法進行組間對比處理。結果 抑郁癥組與正常對照組ALFF圖組間分析：抑郁癥組大腦的雙側部分額葉、顳葉、扣帶回及右側角回等區(qū)域ALFF值顯著高于正常對照組；而在雙側內側前額葉、楔葉、楔前葉、小腦半球的ALFF值顯著減低。結論ALFF技術可以直接反映抑郁癥患者情緒異常引起的血氧水平依賴（blood oxygen level dependent， BOLD）信號代謝的改變，有助于抑郁癥病理生理機制的探索。

抑郁癥；功能磁共振成像；低頻振幅；血氧水平依賴

2014年內蒙古科技廳科技支持計劃項目（編號：2013002066）

接受日期：2016-03-11

郭冬玲， 高陽， 牛廣明， 等. 首發(fā)抑郁癥靜息態(tài)腦功能低頻振幅研究. 磁共振成像， 2016， 7（6）: 407-411.

抑郁癥是由多種因素導致的心境障礙性疾病，嚴重困擾患者的日常生活、學習和工作，給家庭和社會帶來沉重的負擔［1］，因其高發(fā)病率而越來越受到人們關注。既往認為抑郁癥主要是腦神經(jīng)遞質異常所致，而其診斷主要依賴臨床癥狀的分析及心理學評估。隨著功能影像學的不斷發(fā)展，功能性磁共振成像（functional magnetic resonance imaging， fMRI）逐漸被大家認可，尤其是靜息態(tài)腦功能活動假說的提出，fMRI可以無創(chuàng)觀察局部腦組織血氧水平依賴（blood oxygen level dependent，BOLD）信號變化。

靜息態(tài)功能磁共振具有時間、空間分辨率高及可重復性等特點，無需實施特定任務，可縮短檢查時間，提高患者的依從性，具有較好的臨床應用價值。本研究與傳統(tǒng)數(shù)理模型分析法不同之處在于，靜息態(tài)能將腦功能區(qū)活度信息化，更直觀地顯示研究結構與功能的變化關系［2］。低頻振幅（amplitude of low frequence fluctuation， ALFF）算法研究大腦在靜息狀態(tài)下BOLD信號改變，是一種數(shù)據(jù)驅動的分析方法，是針對腦BOLD信號活動的局部特性進行振幅分析的一種方法。ALFF原理是使用快速傅里葉變換算法將時域信號轉化到頻域得到功率譜，功率譜的平方根就是ALFF值。被認為能直接反映神經(jīng)元的自發(fā)活動，避免了假設驅動算法下的誤差影響，可以直接判斷活動異常的腦區(qū)。

本研究就是應用ALFF方法從群體水平分析探討腦功能活動，對抑郁癥進行研究，以期尋找抑郁癥的特定生物學標志及可能的病理生理機制，選擇更有針對性、更有價值的方法來進行診斷及準確定位。

1 材料與方法

1.1 研究對象

1.1.1 抑郁癥組

選自 2011 年9 月至2014 年1月就診于內蒙古醫(yī)科大學附屬醫(yī)院及內蒙古精神衛(wèi)生中心的首發(fā)抑郁癥患者30例，年齡 18～70 歲。所有患者均由2 名經(jīng)過嚴格培訓并具有豐富臨床經(jīng)驗的精神及神經(jīng)科醫(yī)師確診［3］。

入組標準：（1）符合美國精神障礙診斷與統(tǒng)計手冊第4 版（DSM-Ⅳ）抑郁癥的診斷標準；（2）符合漢密爾頓抑郁量表（HAMD-17）評分≥17分。右利手，符合中國人利手量表（CHPQ）標準；（3）首次抑郁發(fā)作。

排除標準：（1）由其它器質性病變或藥物引起的繼發(fā)性抑郁癥；（2）罹患嚴重的軀體疾病或神經(jīng)系統(tǒng)疾??；（3）接受過藥物（抗精神病、抗抑郁藥物）及電休克治療；（4）有磁共振檢查禁忌證。

1.1.2 對照組

選自臨床招募的健康志愿者及本院職工。年齡18～70歲。入組標準：年齡、性別、利手及受教育程度與抑郁癥組匹配。排除標準：有明確精神系統(tǒng)疾病家族史的；受過嚴重頭部外傷；掃描前兩周內患任何疾病或服用任何藥物；有磁共振檢查禁忌癥。所有受試者自愿參加并簽署知情同意書。

1.2 MRI檢查

使用美國GE公司3.0 T Signa HDx超導型MR掃描儀，以8NV-Head線圈作為發(fā)射和接受線圈。所有受試者均行常規(guī)平掃T1加權成像（T1WI）、T1-3D BRAVO序列及靜息態(tài)BOLD掃描。固定受試者頭部以減少主動及被動運動，受試者清醒，囑咐其閉眼，盡量不行自主思維活動，不執(zhí)行任何特定的認知任務。

掃描參數(shù)：（1）T1WI掃描參數(shù)：采用反轉恢復（T1flair）序列，重復時間（TR）2825 ms，回波時間（TE）24 ms，層厚 5 mm，間隔1.5 mm。（2）T1-3D BRAVO序列參數(shù)：重復時間（TR）7.8 ms，回波時間（TE）3.0 ms，層厚l mm，間隔0 mm，NEX：0.5。從右向左采集，掃描全腦，層數(shù)為176層。（3）靜息態(tài)BOLD掃描，采用梯度回波-回波平面成像（GRE-EPI）序列采集，參數(shù)：重復時間（TR）2000 ms，回波時間（TE）30 ms，層厚4 mm，間隔0 mm，掃描全腦，層數(shù)：38，采集256個時間點，共獲得9728幅圖像。

1.3 數(shù)據(jù)預處理

本試驗原始數(shù)據(jù)均采用DPARSFA軟件包進行預處理，包括時間、頭動校正、空間標準化，去線性漂移。為排除掃描開始時受試者的不適應及磁場不均勻性等對結果的影響，對頻率在0.01～0.08 Hz范圍內的信號進行提取，排除低頻線性漂移及高頻呼吸與心跳噪聲的影響。

使用REST軟件（V1.8）做ALFF處理，從能量角度反映各個體素在靜息狀態(tài)下自發(fā)活動水平的高低，保留低頻段0.01～0.08 Hz內所有頻率點上的BOLD信號，將這些數(shù)據(jù)進行傅立葉變換等計算可得到該信號的振蕩幅度［4］，進行統(tǒng)計分析。

使用SPM8軟件進行統(tǒng)計分析。對抑郁癥組和對照組ALFF圖分別進行組內及組間t檢驗（組內用單樣本t檢驗得到每一組人在靜息狀態(tài)下大腦ALFF圖，組間用兩獨立樣本t檢驗得到兩組被試ALFF圖的統(tǒng)計差異），對比設P＜0.001，體素范圍（K值）＞10時具有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 ALFF組間分析

圖1 抑郁癥組與正常對照組相比，ALFF值升高及降低的腦區(qū)（雙樣本t檢驗，紅色代表患者相比正常人ALFF值增強的區(qū)域，藍色代表降低的區(qū)域。R：右側，L：左側）Fig. 1 ALFF value of areas increased or decreased when the depression group compared with the control group（a two-sample ttest， red represents areas of patients that ALFF values is increased compared with normal， blue represents areas of patients that ALFF values is reduced. R-right side， L-left side）.

抑郁癥組與正常對照組ALFF圖的組間分析結果見圖1。結果表明：患者組大腦的雙側部分額葉、顳葉、扣帶回及右側角回區(qū)域ALFF值較正常對照組增高（P＜0.001，未校正）；而在雙側內側前額葉、楔葉、楔前葉、小腦半球的ALFF值較正常對照組顯著降低（P＜0.001，未校正）。各腦區(qū)位置及t值大小見表1、2。

3 討論

3.1 靜息態(tài)功能磁共振研究分析

近年來靜息態(tài)功能磁共振成像專注于先驗皮層和皮層下感興趣區(qū)低頻振幅和功能連接數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)有些癥狀的水平超出了癥狀影響程度。一般的痛苦和焦慮覺醒的具體尺度和抑郁癥診斷及信號幅度或功能連接差異的解釋存在特殊關系。使用靜息態(tài)功能磁共振成像得出，僅一個概念模型（即明確診斷或癥狀維度）提供精神病理學不能完全映射到神經(jīng)生物學。相反，數(shù)據(jù)支撐與神經(jīng)模式模型最能捕捉焦慮和抑郁患者的異常［5］。

3.2 研究結果分析

額葉是大腦最重要的腦區(qū)，存在廣泛的神經(jīng)聯(lián)系。前額葉是額葉前部與丘腦背內側核共同構成察覺系統(tǒng)，是精神活動的最主要場所。本研究發(fā)現(xiàn)前額葉ALFF激活減低，說明情緒執(zhí)行控制腦區(qū)減弱，這與孫軍等［6］基于ALFF的BOLD信號研究發(fā)現(xiàn)相似，其研究發(fā)現(xiàn)抑郁患者ALFF減低的區(qū)域主要在右側前額葉腹內側皮層、雙側前額葉背外側皮層、右側眶額葉等腦區(qū)，其原因可能在抑郁發(fā)作前只表現(xiàn)為與周圍神經(jīng)元的功能協(xié)調性下降，抑郁發(fā)作后逐漸出現(xiàn)局部振幅的降低。本研究亦發(fā)現(xiàn)扣帶回ALFF值增高，扣帶回皮質是默認網(wǎng)絡的重要組成部分，參與多種認知和情緒功能的整合過程［7］。抑郁癥患者額葉皮層活動的增強可能與患者在靜息態(tài)時仍存在強烈的情緒加工、自我意識、內省等活動有關，抑郁癥患者或許會調動強烈的情感處理及維持認知表現(xiàn)能力。

表1 抑郁癥組較正常對照組ALFF增強的腦區(qū)Tab. 1 Enhanced areas of the depression group compared with the control group

表2 抑郁癥組較正常對照組ALFF降低的腦區(qū)Tab. 2 Decreased areas of the depression group compared with the control group

顳葉功能主要是負責感知信息的加工，包括視覺、聽覺相關的言語理解、記憶、面部感知等［7-8］?；颊唠p側顳上回、顳中回ALFF值增高。顳上回是主要的聽覺中樞，損傷時會出現(xiàn)聽覺性失語［9］。顳中回與運動相關的視覺刺激有關，參與距離辨別、熟悉面孔識別和句意理解等功能［10］。而當這些功能腦區(qū)功能異常時，可能會引起聽覺、語義、記憶和精神障礙。顳葉腦功能正常運行是執(zhí)行社會功能正常的保證。

本研究亦發(fā)現(xiàn)抑郁癥患者右角回ALFF值增高，雙側楔葉、楔前葉、雙側小腦半球ALFF值減低。楔前葉主要與情景記憶和自我相關信息處理功能有關。Wang等［11］運用低頻振幅法（ALFF）對首發(fā)抑郁癥患者進行研究，發(fā)現(xiàn)抑郁癥組雙側頂下小葉的ALFF值降低，而顯著降低區(qū)域為左背外側前額葉皮層、右側頂下小葉。角回的功能與一系列的語言和認知功能有關，參與了視聽覺信息輸入的加工、語言的理解［12］。角回功能的多樣性，可能說明角回與多維度的抑郁癥狀相關。而既往關注該區(qū)域的抑郁癥研究較少，還需進一步研究探索。因小腦解剖位置關系，其與前額葉皮質及邊緣系統(tǒng)有功能連接［13］，而這些部位正是通常認為的與認知、情緒有關的腦區(qū)。因此認為小腦在認知整合過程中起到了重要的作用。

Jie等［14］研究發(fā)現(xiàn)抑郁癥患者與正常對照相比，抑郁癥患者表現(xiàn)出額葉皮層（包括雙邊腹側/背側前扣帶回皮層、眶額皮層、運動前區(qū)、腹前額葉皮層、左背外側額葉皮層、左側額皮層）、基底神經(jīng)節(jié)（包括右殼核和左尾狀核）、左側島葉、右前內嗅皮質和左下頂葉皮質及右顳皮層ALFF值下降。這些發(fā)現(xiàn)可能與抑郁癥患者在認知控制情緒處理的特性，如過度自我參照加工和缺陷，其可有助于該病癥持續(xù)特性的解釋。

4 結論

ALFF是一種不依賴外在信息的靜息態(tài)數(shù)據(jù)分析方法，直接反映抑郁癥患者情緒異常引起的BOLD信號代謝改變的特征。振幅增高及降低腦區(qū)可能反映了抑郁癥中多個情感和認知相關的網(wǎng)絡異常。這些腦功能改變可能有助于進一步理解抑郁癥腦功能相關的網(wǎng)絡失衡機制，探索抑郁癥的病理生理機制。綜合以上研究結果不難看出，目前抑郁癥腦功能區(qū)域的研究結果并不完全一致，而哪些變化具有特質性，哪些又是狀態(tài)性的，目前也尚不完全明確。本研究在研究方案的設計、患者入組方面存在欠缺，因而需要今后進一步深入研究，在研究設計中細化抑郁癥，為這一類異質性疾病病因及機制找到更多新的證據(jù)。隨著神經(jīng)影像學技術的發(fā)展及研究的不斷深入，筆者將獲得更多關于各腦區(qū)精細分工及高級整合之間相互關系的詳細信息，使得MRI功能成像對抑郁癥病人腦功能異常區(qū)域進行更精準的定位，為將來尋找到抑郁癥可能的生物學標記和內表型提供依據(jù)。

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First-episode depression resting state of brain function low frequency amplitude research

GUO Dong-ling， GAO Yang*， NIU Guang-ming， XIE Sheng-hui

Room of MRI， Affiliated hospital of Inner Mongolia Medical University， Hohhot 010050， China

*Correspondence to: Gao Y， E-mail: 1390903990@qq.com

12 Dec 2015， Accepted 11 Mar 2016

ACKNOWLEDGMENTS This work was part of Science and technology support program of Inner Mongolia science and technology department in 2014 （No. 2013002066）.

Objective: We used the method of resting-state functional magnetic resonance imaging （rfMRI） to explore the abnormal brain activity under the basic status of patients with first-episode depression and its significance. Materials and Methods: Thirty patients with depression（the DSM-IV diagnostic criteria for depression） and thirty healthy volunteers matched with it were examined using restingstate functional MRI. Data analysis was processed by using the method of lowfrequency amplitude （ALFF）. Results: Intergroup analysis between depression and normal ALFF group: ALFF values of the parts of bilateral frontal lobes， temporal lobe and the cingulate gyrus and the right angular gyrus in depression groups are significantly higher than those in the control group； and ALFF values of bilateral medial prefrontal cortex， cuneus， precuneus， cerebellar hemisphere decreased. Conclusion: ALFF technology which can directly reflect the change of BOLD signal caused by abnormal metabolism of depressions with emotion disorder would contribute to exploration of the pathophysiological mechanisms of depression.

Depression； Magnetic resonance imaging， functional； Amplitude of low frequency fluctuation； Blood oxygen level dependent

內蒙古醫(yī)科大學附屬醫(yī)院MRI室，呼和浩特 010050

高陽，E-mail: 1390903990@qq.com

2015-12-12

R445.2；R749.41

A

10.12015/issn.1674-8034.2016.06.002