青少年精神分裂癥BOLD-fMRI特征與認(rèn)知功能的關(guān)系＊

吳偉斌 傅禮洪 上官文博陳文勝 黃 煒

佛山市第三人民醫(yī)院影像科(廣東 佛山 528000)

精神分裂癥是一種常見的神經(jīng)發(fā)育障礙的慢性疾病，因病理或生理變化導(dǎo)致意識清楚下思維、情感分裂，同時伴有不同程度的認(rèn)知功能損害[1-2]。青少年精神分裂癥為早發(fā)性，隨著病情遷延可能會造成精神殘疾、認(rèn)知障礙等多種癥狀，損害社會功能[3]。血氧水平依賴對比成像的磁共振功能成像(blood oxygenation level dependent functional magnetic resonance imaging，BOLD-fMRI)利用腦部血氧濃度變化作為天然造影劑成像，反映腦組織局部活動功能[4]。本研究對青少年精神分裂癥患者進(jìn)行BOLD-fMRI檢測，探究BOLD-fMRI對其認(rèn)知功能的檢測價值，為臨床提供參考。

1 對象與方法

1.1 研究對象選取2020年4月至2021年8月在本院接受治療的青少年精神分裂癥患者50例，分為精神分裂癥認(rèn)知障礙組(schizophrenia with cognitive impairment，SIND)、精神分裂癥認(rèn)知正常組(schizophrenia with normal cognition，SN)，各有患者17例、33例；同時選取正常志愿者50例作為對照，計為NC組。三組一般資料見下，差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P＞0.05)。本研究經(jīng)倫理委員會批準(zhǔn)，且參與患者或其家屬自愿參與此次研究并已簽署知情同意書。

納入標(biāo)準(zhǔn)：納入的精神分裂癥患者均符合《美國精神障礙診斷與統(tǒng)計手冊第四版》精神分裂癥的診斷標(biāo)準(zhǔn)，而納入的健康者則均不具有精神病家族史；納入患者的年齡區(qū)間范圍為10～18歲，且患者的病程均在一年以內(nèi)；納入的精神分裂癥患者均未服用過抗精神類的藥物；患者均具有自我意識，能夠配合完成認(rèn)知功能評定及3.0T功能磁共振檢查。排除標(biāo)準(zhǔn)：患者合并有神經(jīng)系統(tǒng)疾病及其他精神障礙?。换颊叽嬖陬^部外傷史，產(chǎn)傷或出生時缺氧等異常；患者過去半年有酒精、藥物依賴史；患者合并有重要器官衰竭癥或惡性腫瘤；具有色弱、色盲及聽力異常；存在磁共振檢查禁忌證。

1.2 BOLD-fMRI方法采用GE超導(dǎo)磁共振設(shè)備(SignaPioneer 3.0T)，對患者進(jìn)行頭部掃描。使用頭部線圈，并基于耳塞降噪；要求檢查過程中，患者閉目、平靜呼吸，同時保持清醒、不進(jìn)行任何思維活動。解剖圖結(jié)構(gòu)采用3D高分辨率結(jié)構(gòu)像，該序列參數(shù)為：翻轉(zhuǎn)角選擇9°、視野設(shè)置為256mm×256mm、矩陣設(shè)置為256×256、層數(shù)設(shè)置為176、層厚設(shè)置為1mm、無層間距、重復(fù)時間設(shè)置為8.6ms、回波時間設(shè)置為3.3ms。完成上述檢查后再進(jìn)行血氧水平的rs-fMRI掃描，該序列參數(shù)為：翻轉(zhuǎn)角選擇90°、視野設(shè)置為240mm×240mm、矩陣設(shè)置為64×64、層數(shù)設(shè)置為36、層厚設(shè)置為4mm、無層間距、掃描時間總共為8min、回波時間為30ms、重復(fù)時間為2000ms。檢查完成后，檢測檢查過程中是否存在頭動，對頭動的要求不超過2mm。

1.3 檢測指標(biāo)

1.3.1 認(rèn)知功能分組 采用簡易精神狀態(tài)評價量表(minimental state examination，MMSE)[5]評估患者的認(rèn)知水平，該量表總分為30分，最終得分與受測者的認(rèn)知功能成正相關(guān)。同時采用蒙特利爾認(rèn)知評估量表(Montreal cognitive assessment，MoCA)[6]評估患者的認(rèn)知功能，該量表從受測者的注意與集中能力、計算、語言、定向力等方面進(jìn)行評估，總分為30分，最終得分與受測者的認(rèn)知功能成正相關(guān)。認(rèn)知障礙：受教育年限＞6年者：MMSE＜24分、MoCA＜26分；0年＜受教育年限≤6年者：MMSE＜20分、MoCA＜26分；文盲：MMSE＜17分、MoCA＜26分。符合以上條件者計為SIND組，其余患者納入SN組。

1.3.2 small world分析 選取2名高資影像學(xué)醫(yī)師進(jìn)行結(jié)果診斷，要求結(jié)果一致，否則重新評估。將數(shù)據(jù)傳輸傳入工作站，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、提出信號不穩(wěn)定的初始信號，時間矯正、頭動矯正后，采用MNI(蒙特利爾神經(jīng)科學(xué)研究所)模板，將fMRI標(biāo)準(zhǔn)化后運用功能網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行small world分析，得到γ、λ、δ值。

1.3.3 根據(jù)患者不同腦區(qū)域MNI坐標(biāo)為圓心，以半徑6mm為感興趣區(qū)域(region of interest，ROI)；定義的ROI從每個個體預(yù)處理后的fMRI圖像分割的區(qū)域內(nèi)所有體素時間序列進(jìn)行平均，后以平均時間序列為參考序列，根據(jù)全腦各體素的時間序列以得到參考時間序列以及其他體素時間序列的相關(guān)系數(shù)r值(即該體素與此腦結(jié)構(gòu)的功能連接強度)，從而得到腦部功能連接網(wǎng)絡(luò)。

1.4 統(tǒng)計學(xué)分析采用SPSS 20.0軟件處理數(shù)據(jù)。計數(shù)資料以n(%)表示，行χ2檢驗；計量資料以(±s)表示，三組間指標(biāo)對比采用單因素方差分析(統(tǒng)計量為F)，兩兩比較SNK-q檢驗，檢驗水準(zhǔn)為α=0.05。SIND組、SN組功能連接差異采用REST雙樣本t檢驗，體數(shù)水平P＜0.01，AlphaSim校正，簇集大?。?0為檢驗水準(zhǔn)。

2 結(jié) 果

2.1 精神分裂癥患者認(rèn)知情況檢測結(jié)果50例青少年精神分裂癥患者中，17例存在認(rèn)知障礙，另33例認(rèn)知正常。

表1 三組一般資料的比較

2.2 三組患者M(jìn)MSE、MoCA評分對比三組患者的MMSE、MoCA評分均存在差異(P＜0.05)。MMSE：SIND組＜SN組＜NC組(P＜0.05)；MoCA：SIND組＜SN組＜NC組(P＜0.05)，見表2。

表2 三組患者M(jìn)MSE、MoCA評分對比

2.3 三組患者的小世界參數(shù)對比三組患者的γ值、λ值均存在差異(P＜0.05)，而δ值無差異(P＞0.05)。SIND組患者γ值＜NC組(P＜0.05)，SIND組、SN組的λ值均＜NC組(P＜0.05)，其他不同組的相同參數(shù)均無差異(P＞0.05)，見表3。

表3 三組患者的小世界參數(shù)對比

2.4 SIND組較SN組腦部功能連接異常情況雙樣本t檢測顯示，與對照組相比，認(rèn)知異常青少年精神分裂癥患者的額葉上回、腦干、海馬、右側(cè)小腦半球皮層區(qū)、左側(cè)頂葉皮層區(qū)均與其他多個腦區(qū)功能連接異常，其中額葉上回、腦干、海馬區(qū)功能連接增強，右側(cè)小腦半球皮層區(qū)、左側(cè)頂葉皮層區(qū)功能連接減弱(P＜0.05，簇集大?。?0)，見表4。

表4 SIND組較SN組腦部功能連接異常情況

2.5 具體病例分析典型病例影像分析結(jié)果見圖1～圖3。

3 討 論

精神分裂癥患者腦部生理病理變化要早于臨床表現(xiàn)，青少年精神分裂癥患者皮質(zhì)下局部協(xié)變連接改變與其腦結(jié)構(gòu)協(xié)同發(fā)育異常有顯著聯(lián)系[7-8]。了解早發(fā)青少年精神分裂癥合并認(rèn)知障礙患者腦部組織變化，有助于醫(yī)生判斷、評估、實施治療[9-10]。當(dāng)神經(jīng)元活動時，腦血流量增加大于耗氧量，所以局部靜脈血氧濃度升高，去氧血紅蛋白含量相對減少。去氧血紅蛋白為順磁性物質(zhì)，可產(chǎn)生局部梯度磁場，質(zhì)子快速去相位，可縮短T2。BOLD-fMRI檢測即利用腦部氧合血紅蛋白含量、磁場性質(zhì)改變，反映血液以及血管外的磁共振信號變化[11-12]。存在認(rèn)知障礙的青少年精神分裂癥患者，神經(jīng)元連接障礙[13]，或可表現(xiàn)BOLD-fMRI特征異常。

機體認(rèn)知活動基于神經(jīng)元連接、信息傳遞過程。人的大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有多重時間、空間尺度，分離、分散的信息處理模式，具有耗能小、效率高的特點[14]。小世界具有較短的路徑長度、較高的集群系數(shù)，類似于人腦信息處理模式。“小世界”網(wǎng)絡(luò)理論參數(shù)γ值為標(biāo)準(zhǔn)化聚類系數(shù)，其值越大，說明網(wǎng)絡(luò)越趨向于集團(tuán)化，網(wǎng)絡(luò)局部信息傳遞功能越強。本研究結(jié)果顯示，SIND組以及SN組患者的γ值均小于對照組，說明青少年精神分裂癥患者的信息傳遞功能均弱于正常人群。同時，SIND組、SN組患者兩者間的γ值差異并不存在顯著差異，則說明發(fā)生認(rèn)知障礙的青少年精神分裂癥相較于認(rèn)知正常者信息傳遞功能呈輕微降低，變化并不大。λ值為最短路徑長度，可衡量網(wǎng)絡(luò)傳輸能力。SIND組患者λ值低于NC組志愿者，說明認(rèn)知障礙青少年精神分裂癥患者的網(wǎng)絡(luò)傳輸能力低于正常人群，這可能與患者大腦處理網(wǎng)絡(luò)中神經(jīng)元的失連接有關(guān)。與此同時，SN組患者的λ值小于NC組，說明認(rèn)知功能正常的青少年精神分裂癥患者大腦處理遠(yuǎn)距離信息的能力增強，這可能是受患者對外界的抵抗作用增強的影響。

視覺場景記憶編碼導(dǎo)致不同程度的認(rèn)知功能損害，這與乙酰膽堿或者其他神經(jīng)遞質(zhì)的調(diào)節(jié)有關(guān)。此外，額葉聯(lián)合區(qū)域與注意、記憶高級認(rèn)知功能有關(guān)[15]；腦干與呼吸、消化、睡眠等生理功能有關(guān)；海馬主要負(fù)責(zé)人的學(xué)習(xí)與記憶。本研究結(jié)果顯示SIND組患者的額葉上回、腦干、海馬區(qū)神經(jīng)連接功能較SN組患者增強，則可能是因為代償作用導(dǎo)致局部功能重建，或屏蔽了外界信息干擾，從而提高了肌肉協(xié)調(diào)等功能。SIND組患者右側(cè)小腦半球皮層區(qū)、左側(cè)頂葉皮層區(qū)功能連接減弱，則說明存在精神分裂癥患者的認(rèn)識障礙產(chǎn)生與此區(qū)域功能改變有關(guān)。

綜上所述，青少年精神分裂癥合并認(rèn)知功能障礙患者的BOLD-fMRI檢測小世界參數(shù)γ值較小、λ值較大，同時額葉上回、腦干、海馬區(qū)信號增強，右側(cè)小腦半球皮層區(qū)、左側(cè)頂葉皮層區(qū)信號減弱，臨床中可根據(jù)青少年精神分裂癥的BOLDfMRI檢測結(jié)果預(yù)測、評估其認(rèn)知功能水平。

SIND組與SN組的腦功能融合圖，紅色區(qū)代表功能增強，藍(lán)色區(qū)代表功能減弱，顏色條主要代表腦區(qū)分析的t值，以0為基線，t值越高、功能越強，t值越低、功能越弱。對后處理功能圖像進(jìn)行分析，SIND組患者存在一系列腦功能異?；顒訁^(qū)及腦功能異常抑制區(qū)。功能異常增強區(qū)域：左側(cè)額上回、右側(cè)額中回、右側(cè)額下回較右側(cè)額上回、左側(cè)額中回、左側(cè)額下回t值高，雙側(cè)額上回較雙側(cè)額中回及額下回t值高；左側(cè)海馬區(qū)較右側(cè)海馬區(qū)t值高；腦橋區(qū)域較中腦區(qū)域t值高；胼胝體壓部較胼胝體膝部t值高；左側(cè)小腦半球較右側(cè)小腦半球t值高；左側(cè)基底節(jié)區(qū)較右側(cè)基底節(jié)區(qū)t值高，左側(cè)枕葉及頂葉較右側(cè)枕葉及頂葉t值高；主要的異常功能增強區(qū)集中在額葉、海馬、腦干，以額葉上回為明顯。功能異常減低區(qū)域：主要以腦皮層區(qū)為主，右側(cè)小腦半球皮層區(qū)較左側(cè)小腦半球皮層區(qū)t值低；左側(cè)枕葉皮層區(qū)較右側(cè)枕葉皮層區(qū)t值低；左側(cè)頂葉皮層區(qū)較右側(cè)頂葉皮層區(qū)t值低；左側(cè)額葉皮層區(qū)較右側(cè)額葉皮層區(qū)t值低，見圖1～圖3。