腦卒中后抑郁患者腦網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓淖兊难芯?/h1>
2017-11-03 12:39:25藍(lán)學(xué)群李雪斌黃茂華黎枝王潔黃建敏蒙蘭青李保生陸?zhàn)?/span>
臨床神經(jīng)病學(xué)雜志 2017年5期
藍(lán)學(xué)群，李雪斌，黃茂華，黎枝，王潔，黃建敏，蒙蘭青，李保生，陸?zhàn)?/p>
·論著·
腦卒中后抑郁患者腦網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓淖兊难芯?/p>
藍(lán)學(xué)群，李雪斌，黃茂華，黎枝，王潔，黃建敏，蒙蘭青，李保生，陸?zhàn)?/p>
目的探討腦卒中后抑郁(PSD)患者腦網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵傩缘淖兓?。方法?9例非PSD腦卒中患者(Non-PSD組)及19例PSD患者(PSD組)進(jìn)行DTI檢查。使用確定性纖維追蹤方法基于部分各向異性值構(gòu)建大腦白質(zhì)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。使用圖論方法分析兩組患者的腦網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵傩裕山M大腦網(wǎng)絡(luò)聚類系數(shù)(Cp)、特征路徑長度(Lp)、歸一化的聚類系數(shù)(γ)、標(biāo)準(zhǔn)特征路徑長度(λ)、小世界屬性值(σ)、全局效率(Eglob )及局部效率(Eloc)進(jìn)行比較。結(jié)果兩組均有σ>1，Non-PSD組σ明顯高于PSD組(P<0.05)。兩組Eglob、Eloc、Lp、 λ、Cp、γ比較差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(均P<0.05)。Non-PSD組右嗅皮質(zhì)Cp明顯高于PSD組，左背外側(cè)額上回、右背外側(cè)額上回、右眶部額上回、額中回左、左島蓋部額下回、左三角部額下回、左內(nèi)側(cè)和旁扣帶腦回、右海馬、右角回、左尾狀核、左豆?fàn)钌n白球、左顳上回Cp均明顯低于PSD組(均P<0.05)。Non-PSD組左眶部額下回、右眶部額下回、左內(nèi)側(cè)額上回、左前扣帶和旁扣帶腦回、右前扣帶和旁扣帶腦回、左后扣帶回、左海馬、右海馬、右丘腦、右顳中回節(jié)點(diǎn)效率均明顯低于PSD組(均P<0.05)。結(jié)論P(yáng)SD患者大腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)均具有小世界屬性，部分腦區(qū)Cp發(fā)生改變，部分腦區(qū)節(jié)點(diǎn)效率也發(fā)生改變。
DTI；腦卒中后抑郁；拓?fù)鋵傩?；?fù)雜網(wǎng)絡(luò)；圖論
卒中已成為導(dǎo)致我國國民病殘、病死的首要原因，具有高發(fā)病率、高病死率、高致殘率、高復(fù)發(fā)率的特點(diǎn)[1]。腦卒中后抑郁(PSD)是常見的并發(fā)癥。最新研究[2]結(jié)果表明，PSD發(fā)生率約為29.0%，5 年內(nèi)累計發(fā)病率達(dá)39%～52%。功能性神經(jīng)影像研究[3]證實(shí)抑郁與多腦區(qū)病變有關(guān)，如海馬、海馬旁回、后扣帶回、眶額葉皮質(zhì)、前額葉皮質(zhì)、尾狀核。關(guān)于PSD網(wǎng)絡(luò)的拓補(bǔ)屬性研究尚少。本研究基于圖論的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論構(gòu)建腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，從全腦各腦區(qū)及其間纖維連接模式探討卒中后抑郁患者大腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的小世界屬性、聚類系數(shù)(Cp)、節(jié)點(diǎn)效率改變特征，分析各腦區(qū)間纖維結(jié)構(gòu)組織形式及信息整合模式特點(diǎn)，為理解PSD大腦功能整合改變提供結(jié)構(gòu)理論基礎(chǔ)。
1 對象與方法
1.1 對象 系2015年2月～2017年1月在右江民族醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院住院的急性缺血性腦卒中患者48例，均符合《中國急性缺血性腦卒中診治指南2014》[4]，且經(jīng)頭顱CT及MRI檢查明確責(zé)任病灶，病程均<2周。所有患者在入院2周內(nèi)進(jìn)行24項(xiàng)版漢密爾頓抑郁量表(HAMD)檢測，HAMD評分<8分為無PSD組(Non-PSD組)；HAMD評分≥8分為PSD組。(1)Non-PSD組：29例，男15例，女14例；年齡37～88歲，平均(63.42±9.08)歲。(2)PSD組：19例，男10例，女9例；年齡48～75歲，平均(64.36±11.52)歲。兩組患者性別、年齡差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)出血性腦血管病；(2)頭部外傷史或腫瘤病史；(3)既往有精神障礙病史及引起精神障礙癥狀的用藥史(包括精神發(fā)育遲滯)；(4)意識障礙或無法配合完成資料采集；(5)有嚴(yán)重軀體疾病如心、肝、腎功能損害及內(nèi)分泌等疾?。?6)有MRI禁忌，不能配合MRI檢查。本研究獲受試者及家屬知情同意，并簽署知情同意書。
1.2 方法
1.2.1 頭顱影像學(xué)數(shù)據(jù)采集及處理 應(yīng)用西門子3.0 T超導(dǎo)型MRI掃描儀，正交頭顱線圈。掃描時受試者平臥，頭部固定；分別進(jìn)行常規(guī)MRI和DTI。利用Dcm2AsiszImg 軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，并提取DTI數(shù)據(jù)，采用基于Matlab的PANDA進(jìn)行后處理[5]。
1.2.2 腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建及拓補(bǔ)屬性分析 利用解剖學(xué)自動標(biāo)記模板(AAL)將整個大腦劃分為90個區(qū)域，利用PANDA軟件進(jìn)行確定性纖維追蹤技術(shù)得到基于部分各向異性值構(gòu)建大腦白質(zhì)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，使用Gretna軟件包[6]進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分析處理腦網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，用以下 7個參數(shù)來描述腦功能網(wǎng)絡(luò)的全局拓?fù)湫訹7]：Cp、特征路徑長度(Lp)、歸一化的聚類系數(shù)(γ)、標(biāo)準(zhǔn)特征路徑長度(λ)、小世界屬性值(σ)、全局效率(Eglob)及局部效率(Eloc)。采用涵蓋稀疏性范圍的網(wǎng)絡(luò)集合參數(shù)來檢驗(yàn)?zāi)X功能網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋮?shù)的組間差異。
2 結(jié) 果
2.1 兩組全局參數(shù)、小世界屬性的比較 見表1。兩組均有σ>1，Non-PSD組σ明顯高于PSD組(P<0.05)。兩組Eglob、Eloc、Lp、λ、Cp、γ比較差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(均P<0.05)。
表1 兩組全局參數(shù)、小世界屬性的比較(x±s)項(xiàng)目Non-PSD組(n=29)PSD組(n=19)t值P值Eglob0.40±0.040.49±0.03-7.860.000Eloc0.60±0.060.71±0.03-6.320.000Cp0.43±0.040.50±0.02-6.060.000λ1.11±0.031.07±0.024.010.000γ3.80±0.842.61±0.344.930.000Lp2.54±0.262.04±0.116.550.000σ3.38±0.662.41±0.275.010.000
2.2 兩組腦網(wǎng)絡(luò)小世界局部Cp的比較 見表2。
表2 兩組腦網(wǎng)絡(luò)小世界局部Cp的比較(x±s)AAL腦區(qū)編號AAL腦區(qū)名稱Non-PSD組(n=29)PSD組(n=19)t值P值3左背外側(cè)額上回0.38±0.090.48±0.10-3.390.0014右背外側(cè)額上回0.37±0.170.48±0.11-2.140.0406右眶部額上回0.36±0.160.47±0.14-2.250.0307額中回左0.37±0.090.46±0.11-2.670.01011左島蓋部額下回0.52±0.150.64±0.11-2.490.02013左三角部額下回0.38±0.150.48±0.09-2.250.03022右嗅皮質(zhì)0.54±0.280.35±0.152.280.03033左內(nèi)側(cè)和旁扣帶腦回0.30±0.190.49±0.19-2.250.03038右海馬0.39±0.120.48±0.11-2.150.04066右角回0.37±0.110.47±0.08-2.870.00671左尾狀核0.26±0.080.37±0.09-4.020.00075左豆?fàn)钌n白球0.51±0.280.79±0.29-3.020.00483左顳上回0.36±0.140.45±0.10-2.070.040
Non-PSD組右嗅皮質(zhì)Cp明顯高于PSD組，左背外側(cè)額上回、右背外側(cè)額上回、右眶部額上回、額中回左、左島蓋部額下回、左三角部額下回、左內(nèi)側(cè)和旁扣帶腦回、右海馬、右角回、左尾狀核、左豆?fàn)钌n白球、左顳上回Cp均明顯低于PSD組(均P<0.05)。
2.3 兩組腦網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)效率的比較 見表3。Non-PSD組左眶部額下回、右眶部額下回、左內(nèi)側(cè)額上回、左前扣帶和旁扣帶腦回、右前扣帶和旁扣帶腦回、左后扣帶回、左海馬、右海馬、右丘腦、右顳中回節(jié)點(diǎn)效率均明顯低于PSD組(均P<0.05)。
表3 兩組腦網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)效率的比較(x±s)AAL腦區(qū)編號AAL腦區(qū)名稱Non-PSD組(n=29)PSD組(n=19)t值P值15左眶部額下回0.41±0.060.49±0.06-4.080.00016右眶部額下回0.39±0.110.46±0.06-2.420.02023左內(nèi)側(cè)額上回0.41±0.060.50±0.16-2.340.02031左前扣帶和旁扣帶腦回0.41±0.080.54±0.10-4.080.00032右前扣帶和旁扣帶腦回0.38±0.080.54±0.10-3.970.00035左后扣帶回0.35±0.080.44±0.05-4.210.00037左海馬0.39±0.090.53±0.05-5.440.00038右海馬0.43±0.060.49±0.04-3.900.00078右丘腦0.47±0.060.56±0.04-4.860.00088右顳中回0.35±0.110.45±0.05-3.070.004
3 討 論
本研究采用圖論分析DTI數(shù)據(jù)構(gòu)建PSD及Non-PSD患者全腦白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并分析網(wǎng)絡(luò)效率、小世界屬性及Cp。 結(jié)果表明，兩組患者全腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)均具有小世界屬性，但兩組σ差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)；兩組患者大腦網(wǎng)絡(luò)Eglob、Eloc、Lp、λ、Cp、γ差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(均P<0.05)；兩組患者腦網(wǎng)絡(luò)部分腦區(qū)局部節(jié)點(diǎn)效率改變存在顯著性差異，其中主要表現(xiàn)在額葉、顳葉、基底節(jié)區(qū)，其中大部分異常腦區(qū)分布默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)(DMN)及邊緣系統(tǒng)。
本文研究結(jié)果表明，兩組患者的大腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)均呈現(xiàn)較高聚類系數(shù)(γ>1)和相近的特征路徑長度(λ≈1)，表現(xiàn)出小世界網(wǎng)絡(luò)的特征。盡管PSD組及Non-PSD組都有小世界拓?fù)鋵傩?，但兩組比較提示小世界屬性和網(wǎng)絡(luò)效率屬性差異均有統(tǒng)計學(xué)意義。同時網(wǎng)絡(luò)屬性分析數(shù)據(jù)表明，PSD最短路徑長度減小。最短路徑長度是隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)的特征性表現(xiàn)，提示PSD患者腦網(wǎng)絡(luò)更接近于隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)。Zhang等[8]研究也提示重度抑郁患者腦網(wǎng)絡(luò)拓補(bǔ)改變，最短路徑長度縮短，腦網(wǎng)絡(luò)功能更接近于隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)，隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)處理信息功能下降，而小世界反映局部優(yōu)化和全局整合的最佳平衡狀態(tài)， PSD患者功能網(wǎng)絡(luò)失去了最佳平衡狀態(tài)小世界網(wǎng)絡(luò)屬性，均易導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)平衡紊亂。本研究發(fā)現(xiàn)，PSD小世界功能較Non-PSD組降低，提示卒中患者在腦網(wǎng)絡(luò)平衡失調(diào)可導(dǎo)致抑郁發(fā)生可能。
Cp度量局部腦網(wǎng)絡(luò)活動的強(qiáng)弱，Cp越高，Eloc越高。本研究發(fā)現(xiàn)，PSD組及Non-PSD組大腦網(wǎng)絡(luò)部分腦區(qū)Cp顯著改變，PSD組Cp下降的腦區(qū)為右嗅皮質(zhì)；Cp升高的腦區(qū)有左背外側(cè)額上回、右背外側(cè)額上回、右眶部額上回、額中回左、左島蓋部額下回、左三角部額下回、左內(nèi)側(cè)和旁扣帶腦回、右海馬、右角回、左尾狀核、左豆?fàn)钌n白球、左顳上回。額葉、顳葉屬于DMN范疇。DMN參與情緒和自我處理[9]，并且額葉及皮質(zhì)下網(wǎng)絡(luò)對于情緒調(diào)節(jié)和認(rèn)知功能是至關(guān)重要的。這些腦區(qū)傳遞信息或效率改變均可能導(dǎo)致情緒、記憶、智能處理障礙。Korgaonkar等[10]采用圖論方法分析重度抑郁大腦DTI數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，重度抑郁患者存在的結(jié)構(gòu)連接基團(tuán)改變，結(jié)果顯示默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)之間的結(jié)構(gòu)連接改變和額葉-丘腦-尾狀核區(qū)域與重度抑郁相關(guān)，是抑郁核心神經(jīng)生物學(xué)特征。Myung等[11]采用圖論分析重度抑郁患者大腦DTI數(shù)據(jù)提示，額葉皮質(zhì)下網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)連接減弱與抑郁癥密切相關(guān)，額葉皮質(zhì)下功能減弱可導(dǎo)致一些常見癥狀，如注意力不集中、記憶力減退、心境低落和甚至自殺等。本研究提示，PSD組右嗅皮質(zhì)Cp較Non-PSD組減低，同時其他Cp升高的腦區(qū)也屬于DMN系統(tǒng)范疇，這些區(qū)域Cp改變考慮可能與卒中或卒中后抑郁網(wǎng)絡(luò)損傷調(diào)整或病理性代償期有關(guān)，加強(qiáng)腦網(wǎng)絡(luò)的整合及信息重組，可能是適應(yīng)或應(yīng)激性網(wǎng)絡(luò)改變。
網(wǎng)絡(luò)分析還發(fā)現(xiàn)，腦網(wǎng)絡(luò)部分腦區(qū)局部節(jié)點(diǎn)效率存在顯著改變，PSD組較Non-PSD局部節(jié)點(diǎn)效率下降的腦區(qū)有左眶部額下回、右眶部額下回、左內(nèi)側(cè)額上回、左前扣帶和旁扣帶腦回、右前扣帶和旁扣帶腦回、左后扣帶回、左海馬、右海馬、右丘腦、右顳中回。額葉尤其是前額葉背外側(cè) (額上回、額中回)主要參與工作記憶和執(zhí)行功能，同時涉及情緒的加工。張彤等[12]DTI研究結(jié)果顯示，Non-PSD組雙側(cè)額中回白質(zhì)的分?jǐn)?shù)各項(xiàng)異性(FA)值大于PSD組，這提示PSD發(fā)生可能與前額葉背外側(cè)神經(jīng)環(huán)路受損出現(xiàn)腦白質(zhì)細(xì)微結(jié)構(gòu)改變有關(guān)。Choi等[13]研究發(fā)現(xiàn)，抑郁癥組在雙側(cè)放射冠區(qū)、胼胝體膝部后輻射分?jǐn)?shù)各向異性較對照組降低。馬寧等[14]發(fā)現(xiàn)，治療后處于緩解期的抑郁癥患者其雙側(cè)額上回和額中回、右側(cè)額下回的白質(zhì)FA值較發(fā)作期明顯增高，說明抑郁癥患者的白質(zhì)微結(jié)構(gòu)損害能夠隨著臨床癥狀的改善而得到恢復(fù)，是一種可逆性的改變。Fang等[15]研究發(fā)現(xiàn)，抑郁組與對照組全腦網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)效率在部分額葉、顳葉、枕葉、基底節(jié)區(qū)及前后扣帶回腦區(qū)存在顯著改變，顳葉病變常表現(xiàn)為意識情緒紊亂、言語錯亂、幻覺、錯覺等。本研究結(jié)果與上述報道大體相符，而卒中致腦結(jié)構(gòu)的損傷繼發(fā)抑郁腦網(wǎng)絡(luò)機(jī)制極為復(fù)雜，而具體機(jī)制需要進(jìn)一步研究。
綜上所述， PSD患者存在腦白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)鋵傩愿淖?，包括小世界屬性、Cp、節(jié)點(diǎn)效率的改變，異常的腦區(qū)集中在額葉、顳葉、基底節(jié)區(qū)，屬于皮質(zhì)-邊緣系統(tǒng)環(huán)路范疇，基本集中于DMN系統(tǒng)，提示皮質(zhì)-邊緣系統(tǒng)環(huán)路網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓淖兛赡苁亲渲泻笠钟裟X白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)記。
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Studyonchangesofbrainnetworktopologyinpatientswithpost-strokedepression
LANXue-qun,LIXue-bin,HUANGMao-hua,etal.
ClinicalMedicalSchool,YoujiangMedicalUniversityforNationalities,Baise533000,China
ObjectiveTo investigate the changes of brain network topology in patients with post-stroke depression (PSD).MethodsDTI scan was performed in 29 stroke patients without PSD (Non-PSD group) and 19 patients with PSD (PSD group). Basing on partial anisotropy, deterministic fiber tracking was used to construct white matter network. Graph theory was used to analyze the brain network topological properties of the two groups. And the clustering coefficient (Cp), characteristic path length (Lp), clustering coefficient normalized standard (γ), characteristic path length (λ), small world property value (σ), global efficiency (Eglob) and local efficiency (Eloc) of brain network between the two groups were compared.ResultsThere was σ>1 in both two groups, and σ in Non-PSD group was significantly higher than that in PSD group (P<0.05). There were significant differences in Eglob, Eloc, Lp, λ, Cp, γ between the two groups (allP<0.05). The Cp of the right olfactory cortex of Non-PSD group was significantly higher than that in PSD group, while the Cp of left dorsolateral frontal gyrus, right superior frontal gyrus, right dorsolateral orbital frontal gyrus, left middle frontal gyrus, left inferior frontal gyrus, left operculum triangular part of inferior frontal gyrus, left medial and cingulate gyrus, right next to the hippocampus, right angular gyrus, left caudate nucleus, left bean shaped globus pallidus and left superior temporal gyrus were significantly lower than those in PSD group (allP<0.05). The node efficiency of left orbital frontal gyrus, right inferior frontal gyrus, left medial orbital frontal gyrus, left anterior and adjacent cingulate gyrus, right anterior cingulate and adjacent cingulate gyrus, left posterior cingulate gyrus, left hippocampus, right hippocampus, right thalamus and right middle temporal gyrus of Non-PSD group were significantly lower than those in PSD group (allP<0.05).ConclusionThe brain structure network of PSD patients have small-world attributes, and Cp of some brain regions is changed, and nodes efficiency of some brain regions is changed too.
DTI;post-stroke depression;topological property;complex network;graph theory
R743.3
A
1004-1648(2017)05-0321-04
國家自然科學(xué)基金(81169146)；廣西壯族自治區(qū)衛(wèi)生和計劃生育委員會中醫(yī)藥民族醫(yī)藥傳承創(chuàng)新專項(xiàng)課題(GZLC16-49)；廣西高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題(gxzdsysyy2015211)
533000百色，右江民族醫(yī)學(xué)院臨床學(xué)院(藍(lán)學(xué)群，李雪斌，黃建敏，王潔，蒙蘭青)；百色市人民醫(yī)院影像科(黃茂華)，婦科(黎枝)；右江民族醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院影像科(李保生，陸?zhàn)?
李雪斌
2016-12-08
2017-02-16)
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藍(lán)學(xué)群，李雪斌，黃茂華，黎枝，王潔，黃建敏，蒙蘭青，李保生，陸?zhàn)?/p>
·論著·
腦卒中后抑郁患者腦網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓淖兊难芯?/p>
藍(lán)學(xué)群，李雪斌，黃茂華，黎枝，王潔，黃建敏，蒙蘭青，李保生，陸?zhàn)?/p>
目的探討腦卒中后抑郁(PSD)患者腦網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵傩缘淖兓?。方法?9例非PSD腦卒中患者(Non-PSD組)及19例PSD患者(PSD組)進(jìn)行DTI檢查。使用確定性纖維追蹤方法基于部分各向異性值構(gòu)建大腦白質(zhì)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)。使用圖論方法分析兩組患者的腦網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵傩裕山M大腦網(wǎng)絡(luò)聚類系數(shù)(Cp)、特征路徑長度(Lp)、歸一化的聚類系數(shù)(γ)、標(biāo)準(zhǔn)特征路徑長度(λ)、小世界屬性值(σ)、全局效率(Eglob )及局部效率(Eloc)進(jìn)行比較。結(jié)果兩組均有σ>1，Non-PSD組σ明顯高于PSD組(P<0.05)。兩組Eglob、Eloc、Lp、 λ、Cp、γ比較差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(均P<0.05)。Non-PSD組右嗅皮質(zhì)Cp明顯高于PSD組，左背外側(cè)額上回、右背外側(cè)額上回、右眶部額上回、額中回左、左島蓋部額下回、左三角部額下回、左內(nèi)側(cè)和旁扣帶腦回、右海馬、右角回、左尾狀核、左豆?fàn)钌n白球、左顳上回Cp均明顯低于PSD組(均P<0.05)。Non-PSD組左眶部額下回、右眶部額下回、左內(nèi)側(cè)額上回、左前扣帶和旁扣帶腦回、右前扣帶和旁扣帶腦回、左后扣帶回、左海馬、右海馬、右丘腦、右顳中回節(jié)點(diǎn)效率均明顯低于PSD組(均P<0.05)。結(jié)論P(yáng)SD患者大腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)均具有小世界屬性，部分腦區(qū)Cp發(fā)生改變，部分腦區(qū)節(jié)點(diǎn)效率也發(fā)生改變。
DTI；腦卒中后抑郁；拓?fù)鋵傩?；?fù)雜網(wǎng)絡(luò)；圖論
卒中已成為導(dǎo)致我國國民病殘、病死的首要原因，具有高發(fā)病率、高病死率、高致殘率、高復(fù)發(fā)率的特點(diǎn)[1]。腦卒中后抑郁(PSD)是常見的并發(fā)癥。最新研究[2]結(jié)果表明，PSD發(fā)生率約為29.0%，5 年內(nèi)累計發(fā)病率達(dá)39%～52%。功能性神經(jīng)影像研究[3]證實(shí)抑郁與多腦區(qū)病變有關(guān)，如海馬、海馬旁回、后扣帶回、眶額葉皮質(zhì)、前額葉皮質(zhì)、尾狀核。關(guān)于PSD網(wǎng)絡(luò)的拓補(bǔ)屬性研究尚少。本研究基于圖論的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)理論構(gòu)建腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，從全腦各腦區(qū)及其間纖維連接模式探討卒中后抑郁患者大腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的小世界屬性、聚類系數(shù)(Cp)、節(jié)點(diǎn)效率改變特征，分析各腦區(qū)間纖維結(jié)構(gòu)組織形式及信息整合模式特點(diǎn)，為理解PSD大腦功能整合改變提供結(jié)構(gòu)理論基礎(chǔ)。
1 對象與方法
1.1 對象 系2015年2月～2017年1月在右江民族醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院住院的急性缺血性腦卒中患者48例，均符合《中國急性缺血性腦卒中診治指南2014》[4]，且經(jīng)頭顱CT及MRI檢查明確責(zé)任病灶，病程均<2周。所有患者在入院2周內(nèi)進(jìn)行24項(xiàng)版漢密爾頓抑郁量表(HAMD)檢測，HAMD評分<8分為無PSD組(Non-PSD組)；HAMD評分≥8分為PSD組。(1)Non-PSD組：29例，男15例，女14例；年齡37～88歲，平均(63.42±9.08)歲。(2)PSD組：19例，男10例，女9例；年齡48～75歲，平均(64.36±11.52)歲。兩組患者性別、年齡差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)出血性腦血管病；(2)頭部外傷史或腫瘤病史；(3)既往有精神障礙病史及引起精神障礙癥狀的用藥史(包括精神發(fā)育遲滯)；(4)意識障礙或無法配合完成資料采集；(5)有嚴(yán)重軀體疾病如心、肝、腎功能損害及內(nèi)分泌等疾?。?6)有MRI禁忌，不能配合MRI檢查。本研究獲受試者及家屬知情同意，并簽署知情同意書。
1.2 方法
1.2.1 頭顱影像學(xué)數(shù)據(jù)采集及處理 應(yīng)用西門子3.0 T超導(dǎo)型MRI掃描儀，正交頭顱線圈。掃描時受試者平臥，頭部固定；分別進(jìn)行常規(guī)MRI和DTI。利用Dcm2AsiszImg 軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分類，并提取DTI數(shù)據(jù)，采用基于Matlab的PANDA進(jìn)行后處理[5]。
1.2.2 腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建及拓補(bǔ)屬性分析 利用解剖學(xué)自動標(biāo)記模板(AAL)將整個大腦劃分為90個區(qū)域，利用PANDA軟件進(jìn)行確定性纖維追蹤技術(shù)得到基于部分各向異性值構(gòu)建大腦白質(zhì)結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，使用Gretna軟件包[6]進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)分析處理腦網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，用以下 7個參數(shù)來描述腦功能網(wǎng)絡(luò)的全局拓?fù)湫訹7]：Cp、特征路徑長度(Lp)、歸一化的聚類系數(shù)(γ)、標(biāo)準(zhǔn)特征路徑長度(λ)、小世界屬性值(σ)、全局效率(Eglob)及局部效率(Eloc)。采用涵蓋稀疏性范圍的網(wǎng)絡(luò)集合參數(shù)來檢驗(yàn)?zāi)X功能網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋮?shù)的組間差異。
2 結(jié) 果
2.1 兩組全局參數(shù)、小世界屬性的比較 見表1。兩組均有σ>1，Non-PSD組σ明顯高于PSD組(P<0.05)。兩組Eglob、Eloc、Lp、λ、Cp、γ比較差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(均P<0.05)。
表1 兩組全局參數(shù)、小世界屬性的比較(x±s)項(xiàng)目Non-PSD組(n=29)PSD組(n=19)t值P值Eglob0.40±0.040.49±0.03-7.860.000Eloc0.60±0.060.71±0.03-6.320.000Cp0.43±0.040.50±0.02-6.060.000λ1.11±0.031.07±0.024.010.000γ3.80±0.842.61±0.344.930.000Lp2.54±0.262.04±0.116.550.000σ3.38±0.662.41±0.275.010.000
2.2 兩組腦網(wǎng)絡(luò)小世界局部Cp的比較 見表2。
表2 兩組腦網(wǎng)絡(luò)小世界局部Cp的比較(x±s)AAL腦區(qū)編號AAL腦區(qū)名稱Non-PSD組(n=29)PSD組(n=19)t值P值3左背外側(cè)額上回0.38±0.090.48±0.10-3.390.0014右背外側(cè)額上回0.37±0.170.48±0.11-2.140.0406右眶部額上回0.36±0.160.47±0.14-2.250.0307額中回左0.37±0.090.46±0.11-2.670.01011左島蓋部額下回0.52±0.150.64±0.11-2.490.02013左三角部額下回0.38±0.150.48±0.09-2.250.03022右嗅皮質(zhì)0.54±0.280.35±0.152.280.03033左內(nèi)側(cè)和旁扣帶腦回0.30±0.190.49±0.19-2.250.03038右海馬0.39±0.120.48±0.11-2.150.04066右角回0.37±0.110.47±0.08-2.870.00671左尾狀核0.26±0.080.37±0.09-4.020.00075左豆?fàn)钌n白球0.51±0.280.79±0.29-3.020.00483左顳上回0.36±0.140.45±0.10-2.070.040
Non-PSD組右嗅皮質(zhì)Cp明顯高于PSD組，左背外側(cè)額上回、右背外側(cè)額上回、右眶部額上回、額中回左、左島蓋部額下回、左三角部額下回、左內(nèi)側(cè)和旁扣帶腦回、右海馬、右角回、左尾狀核、左豆?fàn)钌n白球、左顳上回Cp均明顯低于PSD組(均P<0.05)。
2.3 兩組腦網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)效率的比較 見表3。Non-PSD組左眶部額下回、右眶部額下回、左內(nèi)側(cè)額上回、左前扣帶和旁扣帶腦回、右前扣帶和旁扣帶腦回、左后扣帶回、左海馬、右海馬、右丘腦、右顳中回節(jié)點(diǎn)效率均明顯低于PSD組(均P<0.05)。
表3 兩組腦網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)效率的比較(x±s)AAL腦區(qū)編號AAL腦區(qū)名稱Non-PSD組(n=29)PSD組(n=19)t值P值15左眶部額下回0.41±0.060.49±0.06-4.080.00016右眶部額下回0.39±0.110.46±0.06-2.420.02023左內(nèi)側(cè)額上回0.41±0.060.50±0.16-2.340.02031左前扣帶和旁扣帶腦回0.41±0.080.54±0.10-4.080.00032右前扣帶和旁扣帶腦回0.38±0.080.54±0.10-3.970.00035左后扣帶回0.35±0.080.44±0.05-4.210.00037左海馬0.39±0.090.53±0.05-5.440.00038右海馬0.43±0.060.49±0.04-3.900.00078右丘腦0.47±0.060.56±0.04-4.860.00088右顳中回0.35±0.110.45±0.05-3.070.004
3 討 論
本研究采用圖論分析DTI數(shù)據(jù)構(gòu)建PSD及Non-PSD患者全腦白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并分析網(wǎng)絡(luò)效率、小世界屬性及Cp。 結(jié)果表明，兩組患者全腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)均具有小世界屬性，但兩組σ差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)；兩組患者大腦網(wǎng)絡(luò)Eglob、Eloc、Lp、λ、Cp、γ差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(均P<0.05)；兩組患者腦網(wǎng)絡(luò)部分腦區(qū)局部節(jié)點(diǎn)效率改變存在顯著性差異，其中主要表現(xiàn)在額葉、顳葉、基底節(jié)區(qū)，其中大部分異常腦區(qū)分布默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)(DMN)及邊緣系統(tǒng)。
本文研究結(jié)果表明，兩組患者的大腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)均呈現(xiàn)較高聚類系數(shù)(γ>1)和相近的特征路徑長度(λ≈1)，表現(xiàn)出小世界網(wǎng)絡(luò)的特征。盡管PSD組及Non-PSD組都有小世界拓?fù)鋵傩?，但兩組比較提示小世界屬性和網(wǎng)絡(luò)效率屬性差異均有統(tǒng)計學(xué)意義。同時網(wǎng)絡(luò)屬性分析數(shù)據(jù)表明，PSD最短路徑長度減小。最短路徑長度是隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)的特征性表現(xiàn)，提示PSD患者腦網(wǎng)絡(luò)更接近于隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)。Zhang等[8]研究也提示重度抑郁患者腦網(wǎng)絡(luò)拓補(bǔ)改變，最短路徑長度縮短，腦網(wǎng)絡(luò)功能更接近于隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)，隨機(jī)網(wǎng)絡(luò)處理信息功能下降，而小世界反映局部優(yōu)化和全局整合的最佳平衡狀態(tài)， PSD患者功能網(wǎng)絡(luò)失去了最佳平衡狀態(tài)小世界網(wǎng)絡(luò)屬性，均易導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)平衡紊亂。本研究發(fā)現(xiàn)，PSD小世界功能較Non-PSD組降低，提示卒中患者在腦網(wǎng)絡(luò)平衡失調(diào)可導(dǎo)致抑郁發(fā)生可能。
Cp度量局部腦網(wǎng)絡(luò)活動的強(qiáng)弱，Cp越高，Eloc越高。本研究發(fā)現(xiàn)，PSD組及Non-PSD組大腦網(wǎng)絡(luò)部分腦區(qū)Cp顯著改變，PSD組Cp下降的腦區(qū)為右嗅皮質(zhì)；Cp升高的腦區(qū)有左背外側(cè)額上回、右背外側(cè)額上回、右眶部額上回、額中回左、左島蓋部額下回、左三角部額下回、左內(nèi)側(cè)和旁扣帶腦回、右海馬、右角回、左尾狀核、左豆?fàn)钌n白球、左顳上回。額葉、顳葉屬于DMN范疇。DMN參與情緒和自我處理[9]，并且額葉及皮質(zhì)下網(wǎng)絡(luò)對于情緒調(diào)節(jié)和認(rèn)知功能是至關(guān)重要的。這些腦區(qū)傳遞信息或效率改變均可能導(dǎo)致情緒、記憶、智能處理障礙。Korgaonkar等[10]采用圖論方法分析重度抑郁大腦DTI數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，重度抑郁患者存在的結(jié)構(gòu)連接基團(tuán)改變，結(jié)果顯示默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)之間的結(jié)構(gòu)連接改變和額葉-丘腦-尾狀核區(qū)域與重度抑郁相關(guān)，是抑郁核心神經(jīng)生物學(xué)特征。Myung等[11]采用圖論分析重度抑郁患者大腦DTI數(shù)據(jù)提示，額葉皮質(zhì)下網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)連接減弱與抑郁癥密切相關(guān)，額葉皮質(zhì)下功能減弱可導(dǎo)致一些常見癥狀，如注意力不集中、記憶力減退、心境低落和甚至自殺等。本研究提示，PSD組右嗅皮質(zhì)Cp較Non-PSD組減低，同時其他Cp升高的腦區(qū)也屬于DMN系統(tǒng)范疇，這些區(qū)域Cp改變考慮可能與卒中或卒中后抑郁網(wǎng)絡(luò)損傷調(diào)整或病理性代償期有關(guān)，加強(qiáng)腦網(wǎng)絡(luò)的整合及信息重組，可能是適應(yīng)或應(yīng)激性網(wǎng)絡(luò)改變。
網(wǎng)絡(luò)分析還發(fā)現(xiàn)，腦網(wǎng)絡(luò)部分腦區(qū)局部節(jié)點(diǎn)效率存在顯著改變，PSD組較Non-PSD局部節(jié)點(diǎn)效率下降的腦區(qū)有左眶部額下回、右眶部額下回、左內(nèi)側(cè)額上回、左前扣帶和旁扣帶腦回、右前扣帶和旁扣帶腦回、左后扣帶回、左海馬、右海馬、右丘腦、右顳中回。額葉尤其是前額葉背外側(cè) (額上回、額中回)主要參與工作記憶和執(zhí)行功能，同時涉及情緒的加工。張彤等[12]DTI研究結(jié)果顯示，Non-PSD組雙側(cè)額中回白質(zhì)的分?jǐn)?shù)各項(xiàng)異性(FA)值大于PSD組，這提示PSD發(fā)生可能與前額葉背外側(cè)神經(jīng)環(huán)路受損出現(xiàn)腦白質(zhì)細(xì)微結(jié)構(gòu)改變有關(guān)。Choi等[13]研究發(fā)現(xiàn)，抑郁癥組在雙側(cè)放射冠區(qū)、胼胝體膝部后輻射分?jǐn)?shù)各向異性較對照組降低。馬寧等[14]發(fā)現(xiàn)，治療后處于緩解期的抑郁癥患者其雙側(cè)額上回和額中回、右側(cè)額下回的白質(zhì)FA值較發(fā)作期明顯增高，說明抑郁癥患者的白質(zhì)微結(jié)構(gòu)損害能夠隨著臨床癥狀的改善而得到恢復(fù)，是一種可逆性的改變。Fang等[15]研究發(fā)現(xiàn)，抑郁組與對照組全腦網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)效率在部分額葉、顳葉、枕葉、基底節(jié)區(qū)及前后扣帶回腦區(qū)存在顯著改變，顳葉病變常表現(xiàn)為意識情緒紊亂、言語錯亂、幻覺、錯覺等。本研究結(jié)果與上述報道大體相符，而卒中致腦結(jié)構(gòu)的損傷繼發(fā)抑郁腦網(wǎng)絡(luò)機(jī)制極為復(fù)雜，而具體機(jī)制需要進(jìn)一步研究。
綜上所述， PSD患者存在腦白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)鋵傩愿淖?，包括小世界屬性、Cp、節(jié)點(diǎn)效率的改變，異常的腦區(qū)集中在額葉、顳葉、基底節(jié)區(qū)，屬于皮質(zhì)-邊緣系統(tǒng)環(huán)路范疇，基本集中于DMN系統(tǒng)，提示皮質(zhì)-邊緣系統(tǒng)環(huán)路網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓淖兛赡苁亲渲泻笠钟裟X白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)記。
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Studyonchangesofbrainnetworktopologyinpatientswithpost-strokedepression
LANXue-qun,LIXue-bin,HUANGMao-hua,etal.
ClinicalMedicalSchool,YoujiangMedicalUniversityforNationalities,Baise533000,China
ObjectiveTo investigate the changes of brain network topology in patients with post-stroke depression (PSD).MethodsDTI scan was performed in 29 stroke patients without PSD (Non-PSD group) and 19 patients with PSD (PSD group). Basing on partial anisotropy, deterministic fiber tracking was used to construct white matter network. Graph theory was used to analyze the brain network topological properties of the two groups. And the clustering coefficient (Cp), characteristic path length (Lp), clustering coefficient normalized standard (γ), characteristic path length (λ), small world property value (σ), global efficiency (Eglob) and local efficiency (Eloc) of brain network between the two groups were compared.ResultsThere was σ>1 in both two groups, and σ in Non-PSD group was significantly higher than that in PSD group (P<0.05). There were significant differences in Eglob, Eloc, Lp, λ, Cp, γ between the two groups (allP<0.05). The Cp of the right olfactory cortex of Non-PSD group was significantly higher than that in PSD group, while the Cp of left dorsolateral frontal gyrus, right superior frontal gyrus, right dorsolateral orbital frontal gyrus, left middle frontal gyrus, left inferior frontal gyrus, left operculum triangular part of inferior frontal gyrus, left medial and cingulate gyrus, right next to the hippocampus, right angular gyrus, left caudate nucleus, left bean shaped globus pallidus and left superior temporal gyrus were significantly lower than those in PSD group (allP<0.05). The node efficiency of left orbital frontal gyrus, right inferior frontal gyrus, left medial orbital frontal gyrus, left anterior and adjacent cingulate gyrus, right anterior cingulate and adjacent cingulate gyrus, left posterior cingulate gyrus, left hippocampus, right hippocampus, right thalamus and right middle temporal gyrus of Non-PSD group were significantly lower than those in PSD group (allP<0.05).ConclusionThe brain structure network of PSD patients have small-world attributes, and Cp of some brain regions is changed, and nodes efficiency of some brain regions is changed too.
DTI;post-stroke depression;topological property;complex network;graph theory
R743.3
A
1004-1648(2017)05-0321-04
國家自然科學(xué)基金(81169146)；廣西壯族自治區(qū)衛(wèi)生和計劃生育委員會中醫(yī)藥民族醫(yī)藥傳承創(chuàng)新專項(xiàng)課題(GZLC16-49)；廣西高校重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題(gxzdsysyy2015211)
533000百色，右江民族醫(yī)學(xué)院臨床學(xué)院(藍(lán)學(xué)群，李雪斌，黃建敏，王潔，蒙蘭青)；百色市人民醫(yī)院影像科(黃茂華)，婦科(黎枝)；右江民族醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院影像科(李保生，陸?zhàn)?
李雪斌
2016-12-08
2017-02-16)
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