首發重度抑郁癥腦功能變化:基于靜息態fMRI的低頻振幅和局部一致性分析

葉郭錫,徐凡,熊玉超,陳松,葉泳松,曾旭文

重度抑郁障礙(major depression disorder,MDD)是一種以持續的情感低落、興趣喪失、多伴有認知功能障礙為特點的精神疾病[1-2],發病廣泛,高度致殘致失能,給患者帶來了明顯的痛苦,增加了自殺風險,給社會帶來了沉重的負擔[3]。深入理解MDD的發病機制有助于更好地診治本病患者。功能MRI是一種可無創性在體揭示疾病中樞發生機制的研究手段,當前已有許多研究采用fMRI揭示了MDD患者存在廣泛的大腦結構及功能的異常;而另一方面,首發MDD系首次確診且未經治療者,可排除藥物治療的干擾,是研究MDD疾病發生發展機制相對更為理想的狀態,但是,當前針對首發MDD的fMRI研究仍較少見。因此,本研究基于fMRI獲得的低頻振幅(amplitude of low-frequency fluctuations,ALFF)和局部一致性(regio-nal homogeneity,ReHo)等定量參數,初步揭示首發MDD患者大腦活動異常,旨在為MDD的早期診治提供潛在的線索和依據。

資料與方法

1.一般臨床資料

受試者均為女性,包括2022年1月-2022年10月在本院就診并診斷為首發重度抑郁的患者40例及相匹配的健康志愿者(對照組)50例。

首發MDD的確診依據為《精神障礙診斷和統計手冊》第四版。MDD患者的納入標準:①年齡25～60歲,右利手;②首次確診為抑郁癥且之前未接受相關藥物治療;③在本院就診時有抑郁發作,漢密頓抑郁量表(Hamilton Depression Scale,HAMD)評分≥21分;④抑郁狀態持續時間>2周但≤40周。排除標準:①有抗精神病藥物史;②目前或以往有其它精神疾病等;③有心血管或其它嚴重全身性疾病病史;④目前有某物成癮狀態,如酒精、煙草或藥物依賴等。

對照組納入標準:①健康人群;②年齡25～60歲,右利手;③年齡和受教育程度與MDD組相匹配。排除標準:①有嚴重的器質性疾病;②有磁共振檢查禁忌證。

本研究經廣州市紅十字會醫院倫理委員會批準,受試者均簽署了知情同意書。

2.MRI數據采集

使用Siemens Lumina 3.0T磁共振系統完成頭顱MRI掃描。每例受試者取仰臥位,戴上防噪音耳塞;為減少頭部運動,在頭部兩側放置固定泡沫墊。磁共振檢查全程囑受試者保持清醒、閉眼和無系統思維活動的狀態,并調暗室內燈光避免外界視覺刺激。主要MRI掃描序列和參數如下。①三維磁化強度預備梯度回波序列(three-dimensional magnetization prepared rapid acquisition gradient echo sequences,3D-MPRAGE)全腦T1WI:TR 1900.00 ms,TE2.35 ms,層厚1.0 mm,層間距0.6 mm,視野250 mm×250 mm,矩陣256×256,翻轉角9°,160幀。②EPI序列靜息態fMRI:TR 2000 ms,TE 30 ms,層厚5 mm,層間距1 mm,矩陣64×64,視野192 mm×192 mm,翻轉角90°,32層。

3.影像數據后處理

通過REST、DPARSF工具預處理圖象。簡單步驟如下:①去掉前10個時間點;②時間校正;③頭動校正(排除標準定義為平移或旋轉>2.5 mm或2.5°);④分割及配準到MNI標準空間;⑤功能圖像重采樣到3 mm×3 mm×3 mm;⑥去線性漂移、回歸頭動、腦白質及腦脊液信號。

ALFF分析:我們用DPARSF軟件計算ALFF。對于給定的體素,利用快速傅立葉變換將濾波后的時間序列轉換到頻域,得到功率譜。對0.01～0.08 Hz下信號的功率譜進行開方,得到ALFF值,用高斯核等于4 mm×4 mm×4 mm半高全寬進行平滑,最后通過Z值轉化實現指標的歸一化。

ReHo分析:REST軟件用于計算ReHo,ReHo定義為計算每個體素于相鄰26個體素的時間序列的相似性,即肯德爾和諧系數(KCC),在當前的研究中,我們首先將預處理數據在0.01～0.08范圍進行濾波,然后計算每一個體素的KCC,再用用4 mm FWHM的高斯核進行平滑,最后通過Z轉化進行歸一化處理。

4.統計學分析

兩組的臨床相關數據均用SPSS 22.0統計軟件分析。用SPM12分別對兩組的ALFF值、ReHo值行雙樣本t檢驗,采用AlphaSim(體素水平P<0.05,簇水平P<0.05)進行多重比較校正。

結 果

1.兩組的人口學資料的比較

首發MDD組年齡30～58歲,平均(44.5±2.5)歲;對照組年齡32～58歲,平均(43.8±2.1)歲。兩組之間年齡的差異無統計學意義(t=1.233,P>0.05)。兩組受試者的受教育年限分別為(9.2±2.1)和(9.5±1.9),差異無統計學意義(t=1.399,P>0.05)。

2.MDD組與對照組ALFF值的比較

與對照組比較,首發MDD組左顳下回、左眶部額下回、雙側丘腦、左背外側額上回、右額中回、右內側額上回、左額中回、右背外側額上回及左輔助運動區的ALFF值升高,而雙側舌回、左枕中回、右中央后回、左顳中回、左后扣帶回、右緣上回、左頂上回、左中央后回及左楔前葉的ALFF值降低(AlphaSim校正,體素水平P<0.05,簇水平P<0.05),上述各腦區的(體素)大小、峰值MNI坐標和統計值詳見表1和圖1。

圖1 MDD組ALFF值與對照組相比有顯著差異腦區的分布圖。左顳下回(ITG.L)、左眶部額下回(ORBinf.L)、雙側丘腦(THA.L、THA.R)、左背外側額上回(SFGdor.L)、右額中回(MFG.R)、右內側額上回(SFGmed.R)、左額中回(MFG.L)、右背外側額上回(SFGdor.R)、左輔助運動區(SMA.L)ALFF值升高(呈偏紅色的色調);而雙側舌回(LING.L、LING.R)、左枕中回(MOG.L)、右中央后回(PoCG.R)、左顳中回(MTG.L)、左后扣帶回(PCG.L)、右緣上回(SMG.R)、左頂上回(SPG.L)、左中央后回(PoCG.L)、左楔前葉(PCUN.L)ALFF值降低(呈偏藍色的色調)。 圖2 MDD組ReHo值與對照組相比有顯著差異腦區的分布圖。雙側顳下回(ITG.L、ITG.R)、左腦島(INS.L)、右眶部額下回(ORBinf.R)、左三角部額下回(IFGtriang.L)和雙側額中回(MFG.L、MFG.R)的ReHo值較對照組升高(呈偏紅色的色調);而右舌回(LING.R)、右回直肌(REC.R)、左顳中回(MTG.L)、左枕中回(MOG.L)、雙側中央后回(PoCG.L、PoCG.R)、右楔前葉(PCUN.R)和右中央前回(PreCG.R)的ReHo值較對照組降低(呈偏藍色的色調)。

表1 兩組之間ALFF值有顯著差異的腦區及其特征

2.MDD組與對照組局部一致性的比較

首發MDD組雙側顳下回、左腦島、右眶部額下回、左三角部額下回、雙側額中回ReHo值較對照組升高;而右舌回、右回直肌、左顳中回、左枕中回、雙側中央后回、右楔前葉、右中央前回較對照組降低(AlphaSim校正,體素水平P<0.05,簇水平P<0.05),詳圖2、表2。

表2 兩組ReHo值不同腦區

3.兩組之間ALFF與ReHo值均有差異的腦區

與對照組比較,MDD組中ALFF和ReHo值均升高的腦區有左顳下回和雙額中回,均降低的腦區有左顳中回、雙側中央后回和左枕中回。這可能表明MDD患者的感覺運動和物體識別相關腦區參與了MDD疾病的發生。

討 論

抑郁癥精神疾患對個體在日常和社會環境中的功能有重大影響[4]。本研究中我們基于fMRI采集的ALFF和ReHo值來探索重度抑郁患者腦自發神經活動的變化,結果顯示多個腦區的這2項指標值存在異常,其中MDD組左扣帶回、左楔前葉和左顳中回的ALFF值較對照組明顯減小,雙側額中回的ALFF值升高,與陳苑等[5]和許洪敏等[6]的研究結果相似。后扣帶皮層、楔前葉和額中回、顳中回均歸屬于DMN(默認模式網絡)。后扣帶皮層和楔前葉在DMN中起著關鍵作用,因為它們是直接與腦網絡其它部分相互作用的唯一中樞[7]。值得注意的是,這些區域在自我意識中起著至關重要的作用,這種自我意識促進了抑郁個體反思自我相關癥狀的嚴重程度。本研究中MDD組存在DMN內后扣帶回、楔前葉、額中回和顳中回的自發活動異常,提示以上腦區與抑郁發病和患者自我意識的受損密切相關。

另外,本研究結果顯示MDD組的左顳中回和雙側中央后回的ALFF值和ReHo值均較對照組降低。顳中回參與情緒感知、視聽處理、記憶和社會認知功能[8-10]。既往有研究結果表明,難治性抑郁(treatment resistant depression,TRD)患者DMN的功能活動異常,且隨疾病階段和年齡的不同,DMN中顳中回有所不同[11-13]。本研究結果提示在MDD的發病機制中左顳中回異?？赡芷鸬街匾饔?。中央后回屬于體感-運動區,是調節人體體感和運動功能的高級中樞,是額頂神經網絡的重要組成部分,與執行控制和情緒管理功能密切相關[14]。中央后回在TRD的生理病理機制中也起著重要作用,因此,中央后回的異常容易使TRD患者發生軀體疾病[15]。本研究中發現MDD組的左顳中回和雙側中央后回的ALFF值和ReHo值均發生異常變化,也表明MDD發病與認知控制和體感-運動功能損傷有關。

腦島大致上主要由前部和后部組成,后部區域的主要作用是傳遞內穩態的信息[16]。值得注意的是,在健康個體中,腦島是控制內感受意識的關鍵區域[17],可能在MDD病理狀態中發揮關鍵作用[17]。腦島被認為是調節對身體感覺信息,這有助于解釋患者的情緒狀態[19]。因此,腦島的異?；顒涌赡苁侵T如軀體抱怨和在解釋身體反饋時的負面偏見等抑郁癥狀的基礎。本研究中MDD組的腦島ReHo值較健康對照組明顯增高,腦島內感受信號的擴增可能是MDD發病的原因之一[20]。

既往有研究結果表明,輔助運動區(supplementary motor area,SMA)參與認知活動,如內隱學習、執行功能和情緒處理[21-22]。一項結構性MRI研究結果顯示,MDD患者在一系列反映時間任務中表現出內隱學習缺陷,這種缺陷可能是由SMA體積的減少造成的[23]。此外,fMRI研究示MDD在SMA中表現出異常自發神經活動[24],與上述研究結果相似,本研究結果亦顯示MDD組的左側補充運動區的ALFF值較對照組明顯升高,抑郁發作時患者的運動和認知異常與SMA的異常改變密切相關。

ALFF方法具有較高的特異性,顯示了單體素的自發神經元活動的強度。本研究中與對照組相比,MDD組雙側丘腦和左側顳下回的ALFF值升高。Tadayonnejad等[25]的研究結果顯示,MDD患者情感網絡、皮質紋狀體回路和運動/軀體感覺網絡中ALFF的異常改變,左側軀體感覺網絡中高頻段的fALFF值與抑郁嚴重程度呈顯著正相關。有作者基于大量相關研究總結前顳葉的整體功能,認為其主要功能是參與了與個人、社會或情感相關的語義處理[26]。另一項研究結果顯示,MDD患者的丘腦內側與顳葉之間的連通性顯著增加,且丘腦-顳葉的連通性與癥狀的嚴重程度呈正相關[27]。本研究的結果與既往的研究結果基本一致,即MDD患者的丘腦和顳下回的ALFF值增加,表明這2個腦區的神經活動增加,連通性也增加,從而更進一步促進了抑郁的發生,使得患者的情感處理失調,抑郁癥狀加重。

綜上所述,本研究結果顯示MDD組出現較多ALFF和ReHo值異常的腦區,重度抑郁癥的發病不僅僅是單個腦網絡發生異常,可能是認知控制、體感-運動、視聽網絡及默認網絡等多個網絡的連通異常并相互影響的結果。