卒中后抑郁的功能性磁共振成像和結(jié)構(gòu)性磁共振成像研究進展

于紅霞，張 平，張朝輝，閆海清，貴永堃，蘇 靜，朱瑞瑞，宋景貴

(1.新鄉(xiāng)醫(yī)學院第一附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，河南 衛(wèi)輝 453100；2.新鄉(xiāng)醫(yī)學院第二附屬醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，河南 新鄉(xiāng) 453005 )

卒中是一種急性腦血管病，是由于腦部血管突發(fā)破裂或因血管阻塞導(dǎo)致血液不能流入大腦而引起腦組織損傷的一種疾病。卒中是嚴重危害健康的重大慢性非傳染性疾病，是我國成人致死、致殘的首位病因，具有高發(fā)病率、高致殘率、高病死率、高復(fù)發(fā)率、高經(jīng)濟負擔五大特點[1-2]。卒中后抑郁(post-stroke depression,PSD)是指發(fā)生于卒中后且表現(xiàn)一系列抑郁癥狀和相應(yīng)軀體癥狀的綜合征。PSD是卒中后常見且可治療的并發(fā)癥之一，但如未及時發(fā)現(xiàn)和治療，將影響卒中后患者神經(jīng)功能的恢復(fù)和回歸社會的能力[3]。抑郁病史、卒中嚴重程度和病變位置被認為是PSD發(fā)生的危險因素。PSD的發(fā)病機制較為復(fù)雜，目前尚不明確。結(jié)構(gòu)性磁共振成像和功能性磁共振成像(functional magnetic resonance imaging,fMRI)可反映大腦形態(tài)、功能的變化，可在精神神經(jīng)疾病中用于可視化大腦不明病變的研究[4]。其中，fMRI和結(jié)構(gòu)性磁共振成像中的擴散張量成像(diffusion tensor imaging,DTI)是PSD神經(jīng)成像研究中應(yīng)用最多的技術(shù)，可為早期診斷PSD提供幫助。本文主要對PSD的結(jié)構(gòu)性磁共振成像和fMRI的研究進展進行綜述。

1 PSD基于結(jié)構(gòu)性磁共振成像的相關(guān)研究

基于結(jié)構(gòu)性磁共振成像的PSD相關(guān)研究主要從不同角度及成像方式進行，如傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)性磁共振成像、病變網(wǎng)絡(luò)映射、腦小血管病視角、三維T1加權(quán)成像(three-dimensional T1 weighted imaging,3D-T1WI)序列及DTI。

1.1 傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)性磁共振成像傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)性磁共振成像包括T1、T2、液體衰減反轉(zhuǎn)恢復(fù)(fluid attenuated inversion recovery,FLAIR)、擴散加權(quán)成像(diffusion-weighted imaging,DWI) 序列，側(cè)重于研究腦卒中部位與抑郁癥狀之間的聯(lián)系。PSD的相關(guān)臨床研究主要集中于病變特征(位置、大小、體積)或心理社會因素(個性、殘疾和社會支持)[5]。大量通過應(yīng)用傳統(tǒng)磁共振成像技術(shù)的研究表明，PSD與腦部病變部位密切相關(guān)，如左側(cè)腦[6-11]、額葉[12-14]、小腦[15]。但也有研究表明，PSD與腦病變部位無相關(guān)性[16-20]。

1.2 病變網(wǎng)絡(luò)映射目前，循證醫(yī)學關(guān)于PSD 與病變位置相關(guān)性的結(jié)論并不一致，甚至相互矛盾[21-22]，病變位置的研究未能成功識別單個大腦區(qū)域與 PSD 之間的映射[23]。將腦部造成相同癥狀的不同病變位置連接到同一病變網(wǎng)絡(luò)中，這種方法被稱為病變網(wǎng)絡(luò)映射[24]。PADMANABHAN等[25]研究表明，與抑郁癥相關(guān)的病變位置無法映射到特定的大腦區(qū)域，但會映射到特定的大腦回路。DOUVEN等[26]研究發(fā)現(xiàn)，PSD可能與病變位置無關(guān)，但遠隔效應(yīng)比較明顯，這可能與病變網(wǎng)絡(luò)、神經(jīng)系統(tǒng)的整體功能有關(guān)。

1.3 腦小血管病視角腦部改變相關(guān)影像學特征(白質(zhì)高信號、皮質(zhì)下腔隙、微梗死和微血管病變)可能與抑郁發(fā)病機制相關(guān)。VAN 等[27]的一項 meta 分析發(fā)現(xiàn)，白質(zhì)高信號、腦微出血和腦微梗死與抑郁癥相關(guān)。ZHANG 等[28]研究發(fā)現(xiàn)，腦小血管病變的影像學總負擔(無癥狀的腔隙性梗死、白質(zhì)病灶、腦微出血和擴大的血管周圍間隙的總負擔)與腔隙性腦梗死引起的PSD 的高風險獨立相關(guān)。病灶相關(guān)層面的研究，如卒中嚴重程度、病變網(wǎng)絡(luò)映射、腦小血管等，提示未來PSD的研究在病變網(wǎng)絡(luò)或神經(jīng)系統(tǒng)、高于病變特征的整體角度、不同評價體系、新視角等多層面研究的重要性。

1.4 3D-T1WI序列傳統(tǒng)磁共振成像無法識別相鄰的神經(jīng)結(jié)構(gòu)，3D-T1WI 序列卻可以實現(xiàn)。3D-T1WI 序列的優(yōu)點是掃描層數(shù)多，分割層厚薄。 3D-T1WI 序列主要集中于灰質(zhì)和白質(zhì)結(jié)構(gòu)變化，其中基于體素的形態(tài)學測量是一種基于高分辨率3D-T1WI結(jié)構(gòu)像對腦體積進行測量的分析方法，可以通過處理結(jié)構(gòu)性磁共振信息來檢測灰質(zhì)和白質(zhì)的體積變化；基于表面形態(tài)計量學技術(shù)可測量皮質(zhì)特定形態(tài)。通過應(yīng)用基于體素的形態(tài)學測量及表面形態(tài)計量學技術(shù)，RODDY等[29]發(fā)現(xiàn)，海馬體積減小是抑郁癥患者神經(jīng)影像學中最常見的表現(xiàn)；HONG 等[30]研究發(fā)現(xiàn)，與非 PSD 組比較，PSD 組患者的左側(cè)額中回灰質(zhì)體積減??；SHI 等[31]研究發(fā)現(xiàn)，PSD 患者的前額葉皮層、邊緣系統(tǒng)和運動皮層中灰質(zhì)體積較健康人顯著減少；CHEN 等[32]研究發(fā)現(xiàn)，早期 PSD 患者存在多個皮質(zhì)下核團體積及形態(tài)結(jié)構(gòu)異常。

1.5 DTIDTI 是一種獨特的活體成像技術(shù)，可以對大腦中的白質(zhì)結(jié)構(gòu)進行三維可視化，顯示白質(zhì)網(wǎng)絡(luò)連接。DTI 技術(shù)可通過分數(shù)各向異性、平均擴散系數(shù)、橫向擴散系數(shù)和軸向擴散系數(shù)等來評估白質(zhì)方向性程度。DTI 關(guān)于抑郁的研究主要集中在原發(fā)性抑郁，有關(guān) PSD 的研究較少。DENG 等[33]研究發(fā)現(xiàn)，PSD 患者同側(cè)交叉皮層小腦束、皮質(zhì)脊髓束和丘腦的各向異性與抑郁狀態(tài)顯著相關(guān)。YE等[34]研究發(fā)現(xiàn)，PSD 組患者的扣帶回皮層中 DTI 強度分布的體積和多重擴散系數(shù)與正常對照組受試者比較具有顯著差異。目前，PSD 基于DTI 的相關(guān)研究較少，未來可深入纖維束、網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建相關(guān)方面的研究。

2 PSD基于fMRI的相關(guān)研究

目前，fMRI 廣泛應(yīng)用于異常腦活動的相關(guān)研究。脫氧血紅蛋白比例降低可以顯示出不同的神經(jīng)元活動血氧水平依賴信號，fMRI 可利用神經(jīng)元活動血氧水平依賴信號進行成像。根據(jù)是否需要刺激及掃描流程一般可將fMRI分為靜息態(tài)和任務(wù)態(tài)。任務(wù)態(tài) fMRI技術(shù)的主要分析方法是模型驅(qū)動，可用于分析和評估大腦功能區(qū)域，受試者需執(zhí)行針對性的單一功能的任務(wù)，如運動、語言、記憶、視覺、注意力和感覺等功能任務(wù)。靜息態(tài) fMRI 技術(shù)中受試者不需要執(zhí)行特定功能任務(wù)，易于采集數(shù)據(jù)信號，能熟練地識別不同患者(如兒科人群、無意識患者、低智商患者等)的功能區(qū)域。靜息態(tài) fMRI 技術(shù)是一種非侵入性方法，可在患者沒有明確任務(wù)的掃描中檢查功能連接(functional connectivity,FC)和血氧水平依賴信號。本文主要綜述靜息態(tài) fMRI技術(shù)，主要指標有：低頻振幅(amplitude of low-frequency fuctuation,ALFF)、分數(shù)低頻振幅(fractional amplitude of low-frequency fluctuations,fALFF)、局部一致性(regional homogeneity,ReHo)、FC、 動態(tài)低頻波動(dynamic amplitude of low-frequency fluctuations,dALFF)、動態(tài)功能連接性(dynamic functional connectivity,dFC)、功能腦網(wǎng)絡(luò)等。

2.1 ALFF和fALFFALFF和fALFF 反映腦區(qū)自發(fā)活動的強度。ALFF表示大腦皮層興奮性和遠距離神經(jīng)元同步化的循環(huán)調(diào)制，是大腦自發(fā)活動強度的相對和間接指標。fALFF 反映某個特定頻段內(nèi)的信號振幅強度，可探測到全頻段范圍內(nèi)信號的強度[35]。ALFF值可用于表征各種腦部疾病，如帕金森病、創(chuàng)傷后應(yīng)激障礙、抑郁癥的固有或自發(fā)腦活動。ALFF關(guān)于抑郁癥的相關(guān)研究主要集中在原發(fā)性抑郁。 CHEN 等[36]研究發(fā)現(xiàn)，與健康組受試者比較，重度抑郁患者經(jīng)抗抑郁治療后，雙側(cè)額極的 ALFF 值顯著降低。LIU 等[37]研究發(fā)現(xiàn)，重度抑郁癥患者右下額回或前島葉中ALFF 值的升高可能與失眠相關(guān)，而與焦慮和抑郁無關(guān)。EGOROVA等[38]研究發(fā)現(xiàn)，與非PSD受試者比較，PSD 患者的左背外側(cè)前額葉皮層和右中央前回的 fALFF 值顯著升高。

2.2 ReHoReHo描述的是腦神經(jīng)元的自發(fā)活動一致性的變化，即大腦特定區(qū)域中的粗體信號功能反射以相同頻率產(chǎn)生的近神經(jīng)元活動[39]。ReHo 值越高表示局部腦區(qū)活動的一致性越高，但并不一定說明局部神經(jīng)活動越顯著[40]。LAI等[41]研究發(fā)現(xiàn)，重度抑郁組患者左扣帶回皮層中的 ReHo 值顯著低于驚恐障礙組；與健康對照組受試者比較，重度抑郁組患者左前扣帶回皮層ReHo值降低，驚恐障礙組患者雙側(cè)楔前葉的 ReHo 值降低。目前，關(guān)于 PSD 基于 ReHo 方面的研究較少。

2.3 FCFC 反映了自發(fā)性的神經(jīng)活動[42]，表示當受試者處于休息或執(zhí)行任務(wù)時大腦區(qū)域信號之間的相互依賴性[43-44]。PARK 等[45]研究發(fā)現(xiàn)，PSD 組患者前島葉與上額額葉之間的FC 評分顯著高于無抑郁的卒中患者。

2.4 動態(tài)功能指標靜息態(tài) fMRI 主要反映了在沒有任務(wù)或刺激的情況下大腦活動的豐富結(jié)構(gòu)，其中動態(tài)功能指標主要包括dALFF和dFC。YAO 等[46]研究發(fā)現(xiàn)，與健康組受試者比較，PSD 組患者右楔前葉 dALFF 降低，右楔前葉與左角回之間的 dFC 升高，抗抑郁治療后，異常模式的 dALFF 和 dFC 恢復(fù)正常。

2.5 功能腦網(wǎng)絡(luò)卒中不僅會引起局灶性腦損傷，導(dǎo)致直接受損腦區(qū)神經(jīng)元發(fā)生變性壞死，同時還會影響整個大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，導(dǎo)致遠離卒中損傷部位的區(qū)域出現(xiàn)結(jié)構(gòu)及功能的廣泛改變。抑郁癥是一種大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)障礙，因此，PSD 相關(guān)研究既要關(guān)注腦局部活動和FC，也應(yīng)進行腦網(wǎng)絡(luò)分析。大多數(shù)的認知功能都需要多個腦區(qū)的協(xié)同工作，而PSD患者的功能腦網(wǎng)絡(luò)發(fā)生了重組[47]。MENON 等[48]提出了“三重網(wǎng)絡(luò)模型”，認為默認模式網(wǎng)絡(luò) (default mode network,DMN)、執(zhí)行控制網(wǎng)絡(luò)(executive control network,ECN)以及突顯網(wǎng)絡(luò)(salience network,SN)的FC異常與包括抑郁癥在內(nèi)的各種精神疾病密切相關(guān)。

2.5.1 DMN有研究發(fā)現(xiàn)， DMN位于大腦后扣帶皮層和內(nèi)側(cè)前額葉皮層，也包含內(nèi)側(cè)顳葉和角回的一些腦區(qū)[49]。DMN組成了自傳體、自我監(jiān)控、價值判斷和其他自我參照心理活動的認知功能所需的完整系統(tǒng)。DMN的關(guān)鍵節(jié)點與情景記憶檢索、自傳體記憶和內(nèi)部言語都有不同的聯(lián)系，這些節(jié)點及其連接網(wǎng)絡(luò)有助于構(gòu)建個人重大事件的心理模型。在阿爾茨海默病、精神分裂癥、抑郁癥等主要精神疾病中都發(fā)現(xiàn)了DMN的FC異常。HAMILTON 等[50]研究表明，重度抑郁癥患者前額葉皮層和 DMN 之間的FC增加。LASSALLE-LAGADEC等[51]研究發(fā)現(xiàn)，與情緒控制有關(guān)的 DMN FC障礙與PSD的嚴重程度有關(guān)。因此，抑郁癥患者DMN中多個節(jié)點的FC出現(xiàn)異常。

2.5.2 ECNECN主要由背外側(cè)前額葉皮質(zhì)、背側(cè)前扣帶回皮質(zhì)、后頂葉皮質(zhì)和額葉視野組成，ECN在積極維護和操縱工作記憶中的信息、基于規(guī)則的問題解決、目標導(dǎo)向行為的決策方面至關(guān)重要。ZHENG 等[52]研究表明，與健康對照組受試者比較，重度抑郁組患者的 DMN 與 ECN 之間的FC顯著降低。EGOROVA 等[53]研究表明， PSD 患者的 ECN 連接性較低。

2.5.3 SNSN又稱顯著網(wǎng)絡(luò)，由島葉皮質(zhì)、扣帶回背側(cè)前皮質(zhì)、顳極和杏仁核組成。SN整合了大腦沖突監(jiān)測、傳入神經(jīng)-自主神經(jīng)和獎勵處理區(qū)域的信號，負責檢測和過濾刺激以及招募相關(guān)的功能網(wǎng)絡(luò)，可完成各種復(fù)雜的功能，包括溝通、社交行為和自我意識。SN 驅(qū)動了 DMN 和 ECN 之間的切換，被認為是“默認-執(zhí)行狀態(tài)”切換的關(guān)鍵[54]。異常的SN連接被認為是抑郁癥發(fā)病機制中的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，特別是在腦島和杏仁核[55]。MANOLIU 等[56]研究發(fā)現(xiàn)，與健康對照受試者比較，重度抑郁癥患者SN 中右前島內(nèi)的FC減少，DMN 和 ECN 之間的FC減少，SN 和 DMN 之間的FC增加。

除了上述“三重網(wǎng)絡(luò)模型”外，還有認知網(wǎng)絡(luò)、情感網(wǎng)絡(luò)、額頂網(wǎng)絡(luò)等，且這些網(wǎng)絡(luò)的定義可能和“三重網(wǎng)絡(luò)模型”相關(guān)或節(jié)點重合。PSD 患者的相關(guān)腦網(wǎng)絡(luò)研究中也發(fā)現(xiàn)了上述三大網(wǎng)絡(luò)及其他網(wǎng)絡(luò)的異常，這些網(wǎng)絡(luò)之間的動態(tài)互動，調(diào)節(jié)了注意力的轉(zhuǎn)移和目標相關(guān)的認知資源的分配。ZHANG 等[57]研究發(fā)現(xiàn)，與無抑郁卒中組和健康對照組受試者比較，亞急性期 PSD 患者DMN、認知控制網(wǎng)絡(luò)和情感網(wǎng)絡(luò)的FC發(fā)生了改變。

3 總結(jié)

綜上所述，結(jié)構(gòu)性磁共振成像和fMRI為PSD相關(guān)臨床研究提供了豐富且有價值的依據(jù)。未來多模態(tài)(結(jié)構(gòu)連接-FC耦合、機器學習技術(shù)、功能近紅外光譜、重正電子發(fā)射斷層掃描、腦磁圖、腦電圖) 聯(lián)合研究成為趨勢，可更好地服務(wù)于臨床，也可能是一個時代的進步。