靜息狀態(tài)下精神分裂癥與雙相障礙患者腦功能磁共振低頻振幅的比較研究

崔文輝，周千，王菲，湯艷清

（1.沈陽市精神衛(wèi)生中心精神科，沈陽 110168；2.中國醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院精神醫(yī)學(xué)科，沈陽 110001）

靜息狀態(tài)下精神分裂癥與雙相障礙患者腦功能磁共振低頻振幅的比較研究

崔文輝1，周千2，王菲2，湯艷清2

（1.沈陽市精神衛(wèi)生中心精神科，沈陽 110168；2.中國醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院精神醫(yī)學(xué)科，沈陽 110001）

目的比較精神分裂癥患者與雙相障礙患者的靜息態(tài)腦功能磁共振低頻振幅的異同，為這2種疾病的診斷及鑒別診斷提供理論依據(jù)。方法對40例精神分裂癥患者、40例雙相障礙患者以及年齡、性別、教育年限相匹配的40例健康者（健康組）進行靜息態(tài)腦功能磁共振掃描，并對3組受試者的低頻振幅值進行兩兩比較。結(jié)果與健康組相比，精神分裂癥患者與雙相障礙患者在前額葉、眶額葉、邊緣系統(tǒng)、基底節(jié)的低頻振幅值均顯著升高，在島葉、默認網(wǎng)絡(luò)、部分枕葉及感覺運動區(qū)的低頻振幅值均顯著降低，且精神分裂癥患者和雙相障礙患者在以上腦區(qū)的低頻振幅無顯著差異。精神分裂癥患者在顳葉的低頻振幅顯著高于雙相障礙患者和健康組，且雙相障礙患者和健康組在以上腦區(qū)的低頻振幅無顯著差異。結(jié)論發(fā)現(xiàn)精神分裂癥患者和雙相障礙患者在前額葉、眶額葉、邊緣系統(tǒng)、基底節(jié)、默認網(wǎng)絡(luò)、部分枕葉及感覺運動區(qū)共有的低頻振幅值增高或減低，提示這2種疾病可能存在相似的發(fā)病機制，而僅在精神分裂癥患者出現(xiàn)的顳葉低頻振幅改變可能為鑒別這2種疾病提供研究基礎(chǔ)。

精神分裂癥；雙相障礙；靜息態(tài)腦功能磁共振；低頻振幅

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精神分裂癥（schizophrenia，SP）和雙相障礙（bi?polar disorder，BD）都是嚴(yán)重而常見的精神疾病，致死、致殘率極高，不僅給患者本人帶來痛苦，也給家庭和社會造成嚴(yán)重的經(jīng)濟負擔(dān)。然而，這2種疾病的發(fā)病機制至今未明，雖然根據(jù)Kraepelinian二分法，它們屬于不同的臨床診斷分類，但它們在癥狀、認知功能、神經(jīng)生理學(xué)機制、腦結(jié)構(gòu)、腦功能和易感基因上又有很多一致性［1?3］，在治療上也有一定的重疊［4］。低頻振幅（amplitude of low frequency fluctua?tion，ALFF）［5］是靜息態(tài)腦功能磁共振成像（resting?state functional magnetic resonance imaging，rs?fMRI）研究中最常用的方法之一，它可以反映大腦各體素在靜息狀態(tài)下神經(jīng)自發(fā)活動水平的高低。有研究［6］采用ALFF的方法分別對SP和BD進行rs?fMRI研究發(fā)現(xiàn)，與健康（healthy control，HC）組相比，SP在雙側(cè)楔葉、雙側(cè)枕中回、雙側(cè)中央前回、雙側(cè)中央后回、雙側(cè)舌回、右側(cè)海馬旁回等腦區(qū)的ALFF值顯著降低，在左側(cè)海馬和左側(cè)海馬旁回的ALFF值顯著升高。與HC相比，BD抑郁相患者的左側(cè)中央后回、左側(cè)海馬旁回ALFF值顯著降低，在雙側(cè)額下回、左側(cè)島葉等腦區(qū)的ALFF值顯著升高［7］。然而，目前尚無利用ALFF直接比較SP與BD的研究，本研究擬直接比較SP與BD的ALFF值，找到SP與BD腦功能改變的異同點，為診斷及鑒別診斷這2種疾病提供客觀依據(jù)。

1　材料與方法

1.1研究對象

選擇中國醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院精神醫(yī)學(xué)科和沈陽市精神衛(wèi)生中心就診的門診或住院的SP患者40例，BD患者40例，同時選擇性別、年齡和受教育程度匹配的健康志愿者（HC組）40例。所有受試者均為漢族，右利手，年齡18～45周歲，并獲得本人的知情同意（經(jīng)中國醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院醫(yī)學(xué)科學(xué)研究倫理委員會審查通過）。

SP組滿足精神障礙診斷和統(tǒng)計手冊（第四版）（Diagnostic and Statistical Manual，F(xiàn)ourth Edition，DSM?Ⅳ）關(guān)于精神分裂癥的診斷標(biāo)準(zhǔn)。BD組滿足DSM?Ⅳ關(guān)于BD的診斷標(biāo)準(zhǔn)。HC組通過廣告招募，本人及一級親屬既往及目前無DSM?Ⅳ軸Ⅰ診斷疾病，掃描前1個月內(nèi)未服用任何精神科藥物。

排除標(biāo)準(zhǔn)：重大軀體疾病史；神經(jīng)系統(tǒng)異常史；可能導(dǎo)致心境障礙癥狀的軀體疾??；IQ低于70；合并其他嚴(yán)重的DSM?IV軸Ⅰ或軸Ⅱ疾??；幽閉恐怖癥；體內(nèi)帶有可干擾磁場的物體；入組前3個月內(nèi)有明顯的藥物濫用/依賴。

由2名副高級以上職稱的精神科醫(yī)師采用基于DSM?Ⅳ的精神科結(jié)構(gòu)式臨床訪談（structured clini?cal interview for DSM?Ⅳ，SCID）對患者進行訪談，并通過一致性檢驗后進行診斷；應(yīng)用漢密爾頓抑郁量表?17項（Hamilton Depression Rating Scale，HAMD?17）、楊氏躁狂量表（Young Manic Rating Scale，YMRS）及簡明精神病評定量表（Brief Psychiatric Rating Scale，BPRS）對受試者的臨床癥狀嚴(yán)重程度進行評估，應(yīng)用磁共振安全性量表評價受試者參與磁共振掃描的安全性。

1.2方法

1.2.1數(shù)據(jù)的采集及處理：腦影像掃描在中國醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院核磁共振中心進行。使用3.0T磁共振掃描儀（通用公司，美國）進行靜息態(tài)腦功能磁共振掃描。掃描時應(yīng)用泡沫墊固定患者頭部以減少頭動。掃描參數(shù)：弛豫時間2 000 ms，回波時間40 ms，矩陣64×64，視野24×24 cm2，激勵次數(shù)5，層厚3 mm，層間隔0 mm，層數(shù)35層，掃描時間400 s。

1.2.2數(shù)據(jù)的預(yù)處理和ALFF的計算：在Matlab平臺上，采用基于SPM8的DPARSFA［6］對得到的數(shù)據(jù)進行預(yù)處理。格式轉(zhuǎn)換；去掉前10個時間點，保留剩余190個時間點；層間時間差異校正；頭動校正（所有受試者的頭部平動均不大于3 mm，轉(zhuǎn)動均不大于3°）；空間標(biāo)準(zhǔn)化，應(yīng)用3 mm3的采樣分辨率把所有被試的圖像標(biāo)準(zhǔn)化到SPM標(biāo)準(zhǔn)MNI空間；應(yīng)用6 mm3的全寬半高（full?width half?maximum，F(xiàn)WHM）高斯核進行平滑處理；最后進行去線性漂移和濾波（0.01～0.08 Hz）處理。計算ALFF值時，在大腦模板范圍內(nèi)逐體素對濾波后的時間序列進行傅立葉變換，得到功率譜，然后對0.01～0.08 Hz下的功率譜進行開方，得到ALFF值。最后進行標(biāo)準(zhǔn)化，將大腦每個體素的ALFF值除以全腦信號幅值的均值，以消除個體間ALFF總體水平的差異。

1.3統(tǒng)計學(xué)分析

使用REST［7］軟件對3組標(biāo)準(zhǔn)ALFF腦圖中相對應(yīng)位置的體素逐個進行基于體素的單因素方差分析，以比較3組間ALFF值的差異，然后對統(tǒng)計圖進行蒙特卡洛模擬校正，在REST的AlphaSim插件中設(shè)定FWHM為6，基于體素的檢驗水平設(shè)為P＜0.01，模擬1 000次，得到基于區(qū)域的檢驗水平為P＜0.05時相應(yīng)的體素數(shù)為＞30，相當(dāng)于校正后閾值為P＜0.05。

對3組標(biāo)準(zhǔn)ALFF腦圖進行事后檢驗，以比較每2組間各自的差異，探討2種疾病腦功能改變的異同。首先用REST軟件提取每名被試在方差分析的結(jié)果的每個區(qū)域的平均值，然后用SPSS對3組被試每個區(qū)域的數(shù)據(jù)進行最小顯著差異檢驗。

2　結(jié)果

2.1臨床資料比較

比較3組受試者一般資料，結(jié)果顯示，年齡、性別、受教育年限無統(tǒng)計學(xué)差異（P＞0.05），HAMD?17總分、YMRS總分和BPRS總分均有統(tǒng)計學(xué)差異（P＜ 0.001），見表1。用藥情況見表2。

2.2磁共振結(jié)果比較

表1　3組受試者一般資料統(tǒng)計分析Tab.1　Statistical analyses of general information of subjects

表2　SP與BD的用藥情況統(tǒng)計Tab.2　Medication of SP and BD groups

與HC組相比，SP患者與BD患者在前額葉（雙側(cè)內(nèi)側(cè)前額葉、左側(cè)額上回、右側(cè)額中回等）、邊緣系統(tǒng)（右側(cè)杏仁核、雙側(cè)前扣帶皮質(zhì)等）、基底節(jié)（左側(cè)殼核、左側(cè)尾狀核）的ALFF值均顯著升高，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）；枕葉（左側(cè)舌回、左側(cè)楔葉）、邊緣系統(tǒng)（左側(cè)后扣帶皮質(zhì)）、感覺運動區(qū)域（左側(cè)中央后回等）的ALFF值均顯著降低，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）；在這些腦區(qū)，SP和BD的ALFF值無顯著差異。SP患者左側(cè)顳中回、左側(cè)顳下回、右側(cè)顳上回的ALFF值顯著高于BD患者和HC，差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05）；在以上腦區(qū)BD和HC之間ALFF值無顯著差異。見表3，圖1、2。

表3　SP、BD和HC組間方差分析顯示ALFF有顯著差異的腦區(qū)（以MNI坐標(biāo)z軸為序）Tab.3　Regions that showed significant difference in ALFF value among SP，BD and HC groups（sorted by z axis of MNI coordinate sys?tem）

圖1　SP、BD和HC組間方差分析顯示ALFF有顯著差異的腦區(qū)（以MNI坐標(biāo)z軸為序）Fig.1　Regions that showed significant difference in ALFF value among SP，BD and HC groups（sorted by z axis of MNI coordinate sys?tem）

圖2　對組間方差分析顯示ALFF有顯著差異的腦區(qū)進行事后兩兩比較結(jié)果Fig.2　Post?hoc pairwise comparison of regions that showed significant difference in ALFF value among the three groups

3　討論

本研究結(jié)果顯示，SP與BD在部分前額葉、邊緣系統(tǒng)、紋狀體區(qū)域的ALFF值均顯著升高。SP與BD靜息狀態(tài)下內(nèi)側(cè)前額葉的過度激活可能與這2種疾病的興奮性和自我指涉增強有關(guān)，從而可能導(dǎo)致其對內(nèi)在刺激和外在刺激區(qū)分不明，以致其行為缺乏社會約束力。研究［8］表明，背外側(cè)前額葉的損害可能導(dǎo)致執(zhí)行功能紊亂，從而引起該腦區(qū)受損的患者的社會關(guān)系判斷、工作記憶、抽象思維的損害和意向障礙。眶額葉的大部分區(qū)域都出現(xiàn)過度激活，可能與這2種疾病中出現(xiàn)的敵對和沖動性有關(guān)［9］。

本研究還發(fā)現(xiàn)SP與BD患者右側(cè)杏仁核的ALFF值均顯著升高，這與既往的關(guān)于這2組人群對面孔，尤其是恐懼面孔的識別障礙的研究［10-11］結(jié)果一致，可能與2種疾病均存在的情感調(diào)控紊亂有關(guān)。本研究中，SP和BD患者在膝前部和背側(cè)前扣帶出現(xiàn)ALFF值顯著升高，反映其激活過度增強，提示SP與BD患者情感和認知功能障礙可能存在某些共同機制，即前扣帶功能異常。研究［12］表明BD和SP島葉功能異常，因島葉與自我意識有關(guān)，島葉功能障礙可能導(dǎo)致患者區(qū)分內(nèi)在刺激和外在刺激的功能障礙，從而引起SP患者和BD患者出現(xiàn)幻覺癥狀。

紋狀體主要參與運動過程的設(shè)計、自主運動的控制，并與情感和認知調(diào)節(jié)有關(guān)，而這些功能在SP和BD中都有損害。本研究發(fā)現(xiàn)SP和BD患者在紋狀體腦區(qū)ALFF值均顯著升高，與既往的研究［13］結(jié)果一致。提示SP與BD不僅存在大腦皮質(zhì)的異常，也存在皮質(zhì)下結(jié)構(gòu)的異常。

本研究發(fā)現(xiàn)，SP與BD患者在部分枕葉（左側(cè)舌回、左側(cè)楔葉）、默認網(wǎng)絡(luò)（邊緣系統(tǒng)）和感覺運動區(qū)域（左側(cè)中央后回、左側(cè)中央前回、雙側(cè)中央旁小葉）的ALFF值均顯著降低。舌回和楔葉屬于枕葉，既往對SP與BD在舌回和楔葉的異常均有報道，提示舌回和楔葉的異常可能與SP和BD對情緒相關(guān)的視覺刺激處理障礙有關(guān)。默認網(wǎng)絡(luò)是在任務(wù)態(tài)磁共振研究中表現(xiàn)為負激活的功能連接網(wǎng)絡(luò)，這些腦區(qū)在靜息狀態(tài)下存在有組織的活動，且比任務(wù)態(tài)下更加活躍［14］。但在本研究中，靜息態(tài)下SP與BD的左側(cè)后扣帶腦區(qū)的活動反而降低。有研究［15］表明，默認網(wǎng)絡(luò)中的后扣帶皮質(zhì)（posterior cingulate cortex，PCC）的激活與自我、社會意識、注意力分散和欲望有關(guān)，PCC的抑制與當(dāng)前意識和注意有關(guān)。本研究的結(jié)果可能與SP和BD患者注意增強有關(guān)，但由于僅在后扣帶非常小的一部分出現(xiàn)了ALFF減低的現(xiàn)象，具體的原因有待進一步研究證實。

中央后回、中央前回、中央旁小葉隸屬感覺運動區(qū)。有研究［16］表明，SP與BD的活動過度、運動障礙等癥狀與軀體感覺運動區(qū)的結(jié)構(gòu)和功能異常有關(guān)，與本研究結(jié)果一致。因此本研究組認為這些腦區(qū)的異常也參與了SP和BD的病理生理過程。

本研究結(jié)果顯示，SP組左側(cè)顳中回、顳下回、右側(cè)顳上回ALFF值顯著高于BD和HC組，是SP的特征性表現(xiàn)。顳上回前部包含初級聽覺皮層和聽覺聯(lián)絡(luò)皮層，而其后部參與情感處理和社會認知；顳中回參與語義記憶和語言處理；顳下回參與諸多記憶過程，尤其是對視覺刺激的物理性質(zhì)的記憶。研究［17］表明，SP患者顳葉的異常與聽幻覺有關(guān)，本研究進一步支持了這一觀點。而BD組未發(fā)現(xiàn)該區(qū)域的異常，因此，顳葉的ALFF增高可能是鑒別SP與BD的特征性腦區(qū)。

綜上所述，本研究在部分前額葉、眶額葉、基底節(jié)、邊緣系統(tǒng)、默認網(wǎng)絡(luò)、島葉、部分枕葉及感覺運動區(qū)發(fā)現(xiàn)SP與BD共有的ALFF值變化，提示二者可能存在相似的發(fā)病機制；顳葉在SP的特征性改變可能為這2種疾病的鑒別診斷提供客觀依據(jù)。

由于SP與BD的疾病特征，許多患者在未用藥的情況下無法安靜地完成磁共振掃描，本研究中大部分患者在進行磁共振掃描時均用藥，因此，沒有對SP和BD進行藥物治療前后的比較研究，故無法確定患者ALFF的改變是由疾病所致還是藥物所致，本研究結(jié)果可能在一定程度上受到了藥物影響。今后應(yīng)設(shè)法在排除藥物干擾的情況下探索這2種疾病神經(jīng)活動的異同，為進一步解釋二者的發(fā)病機制提供更加可靠的證據(jù)。

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（編輯王又冬）

Comparison of Amplitude of Low Frequency Fluctuation between Schizophrenia and Bipolar Disorder Patients：a Resting?state Functional Magnetic Resonance Imaging Study

CUI Wenhui1，ZHOU Qian2，WANG Fei2，TANG Yanqing2
（1.Department of Psychiatry，Shenyang Mental Health Center，Shenyang 110168，China；2.Department of Psychiatry，The First Hospital，China Medical University，Shenyang 110001，China）

ObjectiveTo explore possible pathophysiology of schizophrenia and bipolar disorder，so as to lay foundation of differentiation and di?agnosis of the two diseases.MethodsAmplitude of low frequency fluctuation（ALFF）of 40 schizophrenia patients，40 bipolar disorder patients and 40 healthy controls in resting state were recorded and compared.ResultsCompared to healthy controls，schizophrenia and bipolar disorder groups both showed significant increased ALFF in prefrontal，orbitofrontal cortex，limbic，basal ganglia，and decreased ALFF in default mode，oc?cipital cortex and sensorimotor areas.There was no significant difference between schizophrenia and bipolar disorder.Compared to bipolar disorder patients and healthy controls，schizophrenia showed significant increased ALFF in temporal，and there was no significance between bipolar disorder and healthy controls.ConclusionThe common increased or decreased ALFF in schizophrenia and bipolar disorder in prefrontal，orbitofrontal cor?tex，limbic，basal ganglia，default mode network，occipital cortex and sensorimotor areas may imply the similar pathophysiology behind the similar clinical manifestations.The distinct altered ALFF in schizophrenia in the temporal lobe may lay a foundation for distinguishing of the two diseases.

schizophrenia；bipolar disorder；resting?state functional magnetic resonance imaging；amplitude of low frequency fluctua?tion

R749.3/R749.4

A

0258-4646（2016）11-0977-06

10.12007/j.issn.0258?4646.2016.11.005

國家自然科學(xué)基金（81271499）

崔文輝（1977-），男，副主任醫(yī)師，碩士. E-mail：whcui_1125@163.com

2016-04-22

網(wǎng)絡(luò)出版時間：