腦功能MRI在青少年非自殺性自傷中的研究進(jìn)展

陳雨薇，劉念，黃小華，杜青林，賈清，岳汛

非自殺性自傷（non-suicidal self-injury，NSSI）是指沒有自殺意圖且不被社會(huì)認(rèn)可的故意破壞身體組織的行為，其與情緒、焦慮和藥物濫用等多種因素有關(guān)[1-2]。青少年中NSSI的患病率為17.2%[3]，男女比例為1∶3[4]。NSSI是一種通過減少和調(diào)節(jié)消極情緒來維持生命的功能手段，也是自殺的強(qiáng)烈潛在風(fēng)險(xiǎn)因素[5]?！毒裾系K診斷與統(tǒng)計(jì)手冊(cè)（第5版）》將NSSI作為單獨(dú)的精神疾病納入診斷，其診斷要點(diǎn)為過去一年中有5天或以上無自殺意圖的自傷行為[6]。目前NSSI主要依靠各種量表診斷，但量表具有主觀性，且NSSI與抑郁癥等精神障礙的癥狀表現(xiàn)不易區(qū)分，容易造成誤診和漏診?；谘跛揭蕾嚕╞lood oxygen level dependent,BOLD）的腦功能磁共振成像（functional MRI,fMRI）能夠通過檢測腦內(nèi)BOLD信號(hào)變化，揭示腦活動(dòng)的發(fā)生、定位及效應(yīng)，進(jìn)而反映在靜息狀態(tài)下（靜息態(tài)）或執(zhí)行某項(xiàng)任務(wù)（任務(wù)態(tài)）時(shí)腦功能區(qū)的激活情況及神經(jīng)活動(dòng)變化，被廣泛用于研究精神障礙病人的神經(jīng)功能異常[7]。本文綜述青少年NSSI在BOLD-fMRI上的神經(jīng)影像學(xué)特點(diǎn)，總結(jié)其在靜息態(tài)和任務(wù)態(tài)fMRI上的功能連接（functional connectivity,FC）變化情況，以及在任務(wù)態(tài)fMRI發(fā)現(xiàn)的腦激活情況，以期為NSSI的診斷和療效評(píng)估提供影像學(xué)依據(jù)。

1 靜息態(tài)fMRI在青少年NSSI中的應(yīng)用

靜息態(tài)fMRI有助于了解大腦損傷或疾病的神經(jīng)影像特征[8]，具有影像易采集、病人易配合、不同病人群體的功能網(wǎng)絡(luò)易識(shí)別等優(yōu)點(diǎn)。FC作為fMRI數(shù)據(jù)分析的一種方法，可用于表征解剖學(xué)上分離的腦區(qū)之間神經(jīng)活動(dòng)的時(shí)間依賴性[9]，揭示大腦不同的自發(fā)活動(dòng)網(wǎng)絡(luò)[10]。FC分析主要包括基于種子點(diǎn)的FC分析、基于獨(dú)立成分分析（independent component analysis,ICA）的FC分析、基于圖論的腦網(wǎng)絡(luò)分析等[11]。

1.1 基于種子點(diǎn)的FC分析 基于種子點(diǎn)的FC分析由Biswal等[12]首次提出，通過在靜息態(tài)下采用網(wǎng)絡(luò)識(shí)別方法選擇一個(gè)種子點(diǎn)，分析該種子點(diǎn)與全腦中所有其他體素或與其他種子點(diǎn)之間的線性相關(guān)性，從而得到基于種子點(diǎn)-全腦或種子點(diǎn)-種子點(diǎn)的FC圖。該技術(shù)具有簡單性、可解釋性和直接性，但受先驗(yàn)知識(shí)的假設(shè)限制、種子點(diǎn)選擇的依賴及無法檢測非線性交互形式的影響，限制了其發(fā)現(xiàn)非種子點(diǎn)之間的FC可能。Huang等[7]對(duì)梭狀回-全腦FC進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，與重度抑郁障礙病人相比，NSSI合并重度抑郁障礙病人的右梭狀回-雙側(cè)額上回、右梭狀回-雙側(cè)后扣帶回之間的FC降低。由于梭狀回參與視覺網(wǎng)絡(luò)的組成，額上回參與記憶處理，扣帶回參與情緒處理和認(rèn)知[13-14]。該研究結(jié)果提示NSSI病人和重度抑郁障礙病人之間可能存在視覺信息加工、情緒處理和認(rèn)知功能等腦活動(dòng)差異。Westlund等[15]對(duì)杏仁核-全腦FC進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，與健康對(duì)照組相比，NSSI病人杏仁核-額葉、杏仁核-顳葉的FC均降低，杏仁核-輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)（supplementary motor area，SMA）的FC增強(qiáng)。Santamarina-Perez等[16]以雙側(cè)杏仁核和內(nèi)側(cè)前額葉皮質(zhì)（medial prefrontal cortex，mPFC）為種子點(diǎn)分析發(fā)現(xiàn)，與健康對(duì)照組相比，NSSI病人mPFC-島葉、杏仁核-島葉的FC降低，由于島葉在傳遞痛覺方面起著關(guān)鍵作用[17]，提示FC降低可能導(dǎo)致NSSI的痛覺受損。

基于種子點(diǎn)的FC分析可對(duì)NSSI進(jìn)行預(yù)后評(píng)估。既往研究[16]發(fā)現(xiàn)，治療前NSSI病人杏仁核-前扣帶回皮質(zhì)（anterior cingulate cortex，ACC）的負(fù)向FC和杏仁核-腦干的正向FC越強(qiáng)，mPFC-海馬、mPFC-杏仁核的正向FC減少和負(fù)向FC增加越顯著，NSSI治療后的改善越明顯。Cullen等[18]將杏仁核和伏隔核作為種子點(diǎn)，分析藥物治療前后FC的改變發(fā)現(xiàn)，NSSI自傷頻率降低與左側(cè)杏仁核-右側(cè)SMA、右側(cè)伏隔核-左側(cè)額上回內(nèi)側(cè)皮質(zhì)的FC減少相關(guān)，與右側(cè)杏仁核-右側(cè)額下回的FC增加相關(guān)。此外，基于種子點(diǎn)的FC分析還可評(píng)估NSSI的嚴(yán)重程度，Basgoze等[19]將杏仁核和mPFC作為種子點(diǎn)，比較不同嚴(yán)重程度的NSSI病人發(fā)現(xiàn)，與無和輕度NSSI病人相比，重度NSSI病人的雙側(cè)杏仁核-mPFC的FC較低，且左側(cè)杏仁核-mPFC的FC較低預(yù)示著較高的NSSI發(fā)病率。

因此，基于種子點(diǎn)的FC分析不僅能評(píng)價(jià)NSSI病人的FC特征，還能評(píng)估NSSI病人的嚴(yán)重程度和預(yù)后。但既往研究[15-16,18]大多局限于杏仁核作為種子點(diǎn)的FC分析，未來可采用更多與情緒相關(guān)的種子點(diǎn)進(jìn)行研究，以評(píng)估其腦影像特征及預(yù)后價(jià)值，從而輔助臨床診斷。

1.2 基于ICA的FC分析ICA是一種純數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的全腦FC分析方法，其基本原理是通過盲源線性模型將體素水平的fMRI數(shù)據(jù)分解成空間上獨(dú)立的成分，稱之為獨(dú)立成分網(wǎng)絡(luò)[20]。獨(dú)立成分網(wǎng)絡(luò)內(nèi)體素之間的BOLD信號(hào)高度同步，而獨(dú)立成分網(wǎng)絡(luò)之間的BOLD信號(hào)同步性較低甚至不同步。因此，通過ICA既可以計(jì)算獨(dú)立成分網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的FC，也可以計(jì)算獨(dú)立成分網(wǎng)絡(luò)之間的FC。由于ICA分析對(duì)源信號(hào)的處理不需要先驗(yàn)知識(shí)，避免了模型假設(shè)過程中的誤差，但需研究者憑借先驗(yàn)知識(shí)或經(jīng)驗(yàn)從噪聲中識(shí)別ICA的網(wǎng)絡(luò)成分，因此結(jié)果可能會(huì)受噪聲或研究者水平的影響。Ho等[21]通過ICA分析發(fā)現(xiàn)，NSSI病人相比健康對(duì)照組和抑郁障礙病人的默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)和顯著網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的FC要降低，而中央執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)-默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)之間的FC較健康對(duì)照組和抑郁障礙病人增強(qiáng)，提示中央執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)-默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)的FC增強(qiáng)可能反映了由負(fù)面思維主導(dǎo)而引起的自我認(rèn)知控制不足。因此，基于ICA的FC分析可發(fā)現(xiàn)NSSI病人獨(dú)立成分網(wǎng)絡(luò)間的FC異常，但上述研究納入的研究對(duì)象存在共病，不能真實(shí)反映單純NSSI的FC特征，未來研究應(yīng)側(cè)重單純NSSI病人的獨(dú)立成分網(wǎng)絡(luò)間的FC研究，有助于明確其神經(jīng)環(huán)路機(jī)制。

1.3 基于圖論的腦網(wǎng)絡(luò)分析 基于圖論的分析是分析腦成像數(shù)據(jù)的一種方法，可定量闡明腦網(wǎng)絡(luò)、腦結(jié)構(gòu)和功能的靜態(tài)連接、隨時(shí)間變化的動(dòng)態(tài)行為組織以及與疾病相關(guān)的腦系統(tǒng)性變化[22]。圖論方法通?？梢栽陟o息態(tài)或任務(wù)執(zhí)行過程中應(yīng)用于功能或有效連接模式的分析，且可通過不同的圖論指標(biāo)來反映不同的網(wǎng)絡(luò)特征，如節(jié)點(diǎn)度可量化節(jié)點(diǎn)連接總數(shù)，加權(quán)核數(shù)可反映腦區(qū)的重要性。但圖論分析仍面臨著許多尚未解決的問題，例如如何定義網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和構(gòu)建大腦網(wǎng)絡(luò)，腦區(qū)的分割策略選擇等。Mürner-Lavanchy等[23]通過圖論分析發(fā)現(xiàn)，與健康對(duì)照組相比，青少年NSSI病人的中央旁回、SMA、內(nèi)側(cè)眶額葉的節(jié)點(diǎn)度較低，提示NSSI病人的中央旁回、SMA、內(nèi)側(cè)眶額葉信息整合中心的數(shù)量減少，信息傳遞效率低，而距狀旁回加權(quán)核數(shù)較高，提示該腦區(qū)存在一個(gè)連接較強(qiáng)的亞網(wǎng)絡(luò)。雖然目前基于圖論的方法在NSSI中對(duì)FC分析的研究較少，但其在探索NSSI病人大腦網(wǎng)絡(luò)的整合和分離方面極具應(yīng)用前景，未來可采用此方法來探索NSSI病人腦網(wǎng)絡(luò)特征的變化。

2 任務(wù)態(tài)fMRI在青少年NSSI中的應(yīng)用

任務(wù)態(tài)fMRI主要通過設(shè)計(jì)特定任務(wù)誘發(fā)人腦活動(dòng)，通過同步監(jiān)測人腦活動(dòng)伴隨的BOLD信號(hào)變化，進(jìn)而推知與該任務(wù)相關(guān)的腦激活模式，常見的任務(wù)包括情緒、社交、獎(jiǎng)賞、視覺、注意力功能等[24]。

2.1 情緒任務(wù) 通過情緒面部匹配任務(wù)可誘發(fā)fMRI狀態(tài)下與情緒相關(guān)的腦激活，但對(duì)于涉及多個(gè)腦區(qū)的異常FC可參考活動(dòng)流映射方法來評(píng)估[25]。既往研究[19,26]發(fā)現(xiàn)，NSSI病人的雙側(cè)杏仁核、雙側(cè)枕葉外側(cè)回、梭狀回、緣上回、額葉、左顳下回和雙側(cè)顳極對(duì)恐懼表情的激活程度高于對(duì)快樂表情的激活。Westlund等[15]通過情緒面部匹配任務(wù)測量杏仁核-全腦FC發(fā)現(xiàn)，與健康對(duì)照組相比，NSSI病人的雙側(cè)杏仁核-右側(cè)舌回、雙側(cè)杏仁核-雙側(cè)枕葉、雙側(cè)杏仁核-頂上小葉的正向FC增加，而左側(cè)杏仁核-雙側(cè)額極、左側(cè)杏仁核-內(nèi)側(cè)額葉、左側(cè)杏仁核-扣帶旁回之間的負(fù)向FC增加。綜上，NSSI病人更易將信息接收為負(fù)面信息，基于情緒任務(wù)的fMRI可以檢測NSSI病人在參與情緒處理時(shí)腦區(qū)異常激活和FC異常情況。故未來該方法可成為探究NSSI病人情緒機(jī)制的有效輔助工具。

2.2 社交任務(wù) 社交任務(wù)是通過設(shè)定不同社交任務(wù)以觀察不同腦區(qū)的激活情況。在社會(huì)排斥和社會(huì)包容情景任務(wù)下，NSSI病人的前額葉皮質(zhì)、殼核、島葉、背側(cè)ACC、SMA、mPFC、前扣帶回膝上部和后扣帶回皮質(zhì)可能存在激活異常。基于社會(huì)排斥和社會(huì)包容任務(wù)的fMRI研究[27-29]發(fā)現(xiàn)，NSSI病人的殼核、右側(cè)前額葉皮質(zhì)、雙側(cè)島葉、背側(cè)ACC和SMA激活增加，mPFC和前扣帶回膝上部的激活程度降低。但關(guān)于后扣帶回皮質(zhì)激活的研究結(jié)果并不一致，如Malejko等[29]發(fā)現(xiàn)NSSI病人后扣帶皮質(zhì)的激活較邊緣性人格障礙病人增強(qiáng)，而Perini等[28]發(fā)現(xiàn)NSSI病人后扣帶回皮質(zhì)的激活程度較健康人降低。但上述研究僅包括社會(huì)排斥和社會(huì)包容情景任務(wù)，基于更多種社交任務(wù)的fMRI在NSSI中的應(yīng)用有待進(jìn)一步研究。

2.3 獎(jiǎng)賞任務(wù) 獎(jiǎng)賞任務(wù)是通過猜測卡片的價(jià)值來誘發(fā)受試者對(duì)貨幣收益或損失的腦反應(yīng)活動(dòng)。一項(xiàng)研究[30]通過獎(jiǎng)賞任務(wù)分析了與NSSI有關(guān)的獎(jiǎng)賞回路，發(fā)現(xiàn)NSSI青少年對(duì)金錢收益表現(xiàn)出較低的神經(jīng)激活，具體表現(xiàn)為貨幣收益后ACC、背側(cè)紋狀體、腹側(cè)紋狀體、眶額葉皮質(zhì)、腹側(cè)前額葉皮質(zhì)和島葉的激活減少，研究認(rèn)為激活程度減低可能表明NSSI病人在情緒和疼痛的處理發(fā)生了變化。因此，基于獎(jiǎng)賞任務(wù)的fMRI可提示NSSI病人參與獎(jiǎng)勵(lì)機(jī)制的腦激活程度異常。但既往僅采用了基于種子點(diǎn)的分析方法，未來研究可采用基于全腦分析的方法，以發(fā)現(xiàn)更多參與獎(jiǎng)賞機(jī)制的腦區(qū)的異常激活情況。

3 總結(jié)與展望

NSSI的神經(jīng)機(jī)制復(fù)雜，BOLD-fMRI作為一種無創(chuàng)性成像方法可評(píng)估NSSI的異常腦活動(dòng)特征，有助于了解NSSI的神經(jīng)機(jī)制。采用不同分析方法評(píng)估靜息態(tài)和任務(wù)態(tài)時(shí)NSSI病人大腦的活動(dòng)，其結(jié)果的多樣性表明NSSI涉及多個(gè)腦功能維度的異常。大多數(shù)NSSI相關(guān)的FC研究采用主流分析方法（基于種子點(diǎn)、ICA和基于圖論的分析方法），但應(yīng)用其他腦功能分析方法（FC強(qiáng)度、FC密度、格蘭杰因果關(guān)系、動(dòng)態(tài)因果建模分析等）暫未見相關(guān)報(bào)道，因此未來可選擇更多的分析方法以增進(jìn)對(duì)NSSI腦FC的認(rèn)識(shí)。此外，既往研究納入的受試者多與其他精神疾病有共病(如抑郁障礙和邊緣性人格障礙)，尚不清楚哪些腦功能改變?yōu)镹SSI特異的；而且僅使用量表對(duì)NSSI的嚴(yán)重程度來評(píng)估，用fMRI評(píng)價(jià)其嚴(yán)重程度的研究較少。因此，未來的研究還可以進(jìn)一步比較NSSI合并抑郁與單純抑郁病人、單純NSSI與正常健康人群的腦影像差異，以找到NSSI病人特征腦變化；選擇多中心研究和多種特征分析方法進(jìn)一步識(shí)別NSSI的影像學(xué)標(biāo)志物及其嚴(yán)重程度，提高結(jié)果的穩(wěn)定性和普適性，這將有助于提高臨床對(duì)該病的診斷效能和有效的預(yù)后評(píng)估。