基于静息态功能磁共振功能连接的创伤后应激障碍神经病理机制研究

发布时间：2020-07-28 20:16

【摘要】：创伤后应激障碍(post-traumatic stress disorder,PTSD)是个体面临强烈的精神应激后延迟性发生的一类临床症状严重、极大损害病人精神健康的应激相关障碍。经历急性应激事件的个体,多数会产生急性应激反应,随着时间的推移,一般会逐渐恢复,而8%左右会转化为PTSD。典型的症状包括对创伤事件以及恐惧成分的再度体验,回避任何能引起创伤性记忆的场景,警觉性增高等,患者的心理及社会功能严重受损,有的甚至终身丧失工作和生活能力。PTSD发生的神经病理学机制仍不明确。目前研究认为PTSD的发生可能与皮层-边缘系统尤其是前额叶-杏仁核-海马环路的异常有关。静息态功能磁共振成像技术以其无创、高分辩和简便易行的优点广泛用于认知神经科学及神经精神疾病的研究,其中功能连接方法是静息态功能磁共振成像分析中应用最多的方法,通过计算空间上分离的神经单元的神经活动在时间上的关联性来观察不同脑区之间神经活动的相关性。本论文采用静息态功能磁共振功能连接方法对PTSD的神经病理机制进行系统研究。共分三部分:首先通过独立成分分析和相关分析技术观察PTSD患者脑默认网络的改变;其次以大脑自动解剖标记模板为基础,观察PTSD患者在全脑尺度上的功能连接的改变;最后,以杏仁核中心,采用Granger因果分析方法对PTSD患者杏仁核的效应连接网络进行分析,以期发现杏仁核与全脑其他脑区尤其是前额叶相互关系的异常。第一部分创伤后应激障碍患者的脑默认网络的功能磁共振成像研究目的:脑默认网络维持着人脑在静息状态下的认知功能,本研究采用静息功能磁共振成像技术观察创伤后应激障碍(post-traumatic stress disorder,PTSD)患者脑默认网络的改变。方法与材料:对经历2008年四川汶川大地震的72例PTSD患者及86例年龄、性别匹配的经历地震但无PTSD的对照行静息态功能磁共振数据采集。利用独立成分分析方法,分离得到每个被试的脑默认网络,进行单样本t检验组内分析和两样本t检验组间比较,观察PTSD患者静息状态下脑默认网络空间分布模式的改变(alphasim多重比较校正后p0.05)。进一步提取PTSD患者组和对照组脑默认网络的各个节点脑区的时间序列平均值(内侧前额叶、后扣带回/楔前叶、双侧顶下小叶、双侧颞下回、双侧海马旁回),计算每2个区域之间的Pearson相关系数并进行组间比较,观察PTSD患者脑默认网络内部脑区之间功能连接的改变。结果:PTSD患者组和对照组均显示出典型的静息态脑默认网络的空间分布模式。与对照组相比,PTSD患者组脑默认网络呈前后分离的空间分布模式:内侧前额叶的功能连接度增加,而双侧顶下小叶、后扣带回/楔前叶的功能连接度降低。此外,默认网络内脑区两两间功能连接比较的结果显示PTSD患者左侧颞下回与内侧前额叶、双侧海马旁回、以及后扣带回/楔前叶的功能连接降低。结论:静息状态下,PTSD患者脑默认网络的空间分布模式出现异常,表现出前后分离的改变。此外,默认网络内部脑区之间的功能连接也受损。PTSD脑默认网络的异常可能与患者的认知功能改变有一定关系。第二部分基于全脑的功能连接方法对创伤后应激障碍的神经病理机制的研究目的:目前研究表明,创伤后应激障碍(PTSD)存在皮层及边缘系统多个脑区的神经活动异常,但这些脑区之间的协同或整合情况仍不清楚。本研究采用基于大脑自动解剖标记模板90个脑区的功能连接分析技术,研究PTSD患者相对于无PTSD的对照全脑功能连接的改变情况。方法与材料:72例PTSD患者及86例年龄、性别匹配的经历地震但无PTSD的对照行静息状态下的功能磁共振数据采集。利用自动解剖标记模板将每个被试的大脑分成90个区域,提取每个区域内的时间序列平均值,计算每2个区域之间的Pearson相关系数,构建N×N(N=90)的相关性z值矩阵,使用两样本t检验观察PTSD患者组脑区间相关系数的改变。结果:和对照相比,PTSD患者存在广泛的功能连接异常。其中,正相关的功能连接有7对下降:左侧额中回-右侧杏仁核;左侧额中回-双侧海马;左侧额中回-双侧海马旁回;左侧额中回-右侧直回;以及左侧额下回眶部-右侧海马;负相关的功能连接有2对增加:左侧后扣带回-左侧岛叶;左侧后扣带回-右侧岛叶。相关性分析结果显示右侧杏仁核和左侧额中回的功能连接值与PTSD患者临床用PTSD 诊断量表(Clinician-Administered PTSD Scale,CAPS)评分呈负相关。其他功能连接异常的脑区和CAPS量表评分无明显相关性。结论:PTSD患者全脑功能连接出现异常,主要存在于前额叶-边缘系统,以及后扣带回-岛叶。提示PTSD患者全脑功能网络信息传递能力和脑区之间信息整合能力出现异常。第三部分Granger因果检验方法对创伤后应激障碍杏仁核效应连接网络的研究目的:以往研究发现杏仁核在创伤后应激障碍(post-traumatic stress disorder,PTSD)的发生中起关键作用,与患者的警觉过度有关。本研究使用Granger因果检验方法探讨PTSD患者杏仁核与全脑其它脑区(尤其是前额叶)效应连接的改变。方法与材料:对经历汶川大地震的72例PTSD患者及86例对照行静息状态下的功能磁共振扫描。采用Granger因果检验(Granger causality,GC)方法观察受试者双侧杏仁核与全脑其它脑区相互影响的改变,行组间比较并计算PTSD患者异常脑区GC平均值和临床用PTSD诊断量表(Clinician-Administered PTSD Scale,CAPS)评分的相关性。结果:与对照组相比,PTSD患者组杏仁核对内侧额回、扣带回、额上回、额下回、颞上回、颞下回和壳核的影响减弱,对海马和海马旁回、楔叶、楔前叶、丘脑的影响增强;而内侧额回、额中回、颞上回、颞中回、岛叶和壳核对杏仁核的影响减弱,楔叶、楔前叶和海马旁回对杏仁核的影响增强。PTSD患者的CAPS评分与杏仁核对颞上回和颡下回,额中回对杏仁核的影响呈负相关;而与杏仁核对楔前叶的影响呈正相关。结论:PTSD患者杏仁核与全脑其它脑区间的效应连接存在广泛异常,其中与前额叶的效应连接双向减弱。
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：R445.2;R749.5
【图文】：

病理生理机制,海马,杏仁核,陈述性记忆

于海马、杏仁核、前额叶内侧皮质等脑区［１５，邋１６］。据此，ＰＴＳＤ的一个神经环路逡逑模型推测杏仁核－前额叶－海马环路的异常是ＰＴＳＤ发生的重要神经病理基础逡逑（图１．１）邋ｆ１５，１７，１８ｌ。这一生物学模型认为，ＰＴＳＤ杏仁核活性增强，导致过度的恐逡逑惧应答反应；而前额叶内侧皮质的活性下降，导致其不能抑制杏仁核的功能，逡逑同时也可能与ＰＴＳＤ恐惧记忆消退受损有关；海马功能的异常导致ＰＴＳＤ患逡逑者陈述性记忆的损害以及识别环境安全性的能力缺陷。此外，近年来的研究发逡逑现岛叶［１９］、丘脑［２（），２１］等脑区的功能异常可能也参与了邋ＰＴＳＤ的病理生理过程。逡逑－４－逡逑

空间分布图,网络分布,患者,对照组

布于后扣带回／楔前叶、腹内侧前额叶、双侧角回、双侧颞中／下回、双侧海马旁逡逑回（ｐ＜０．０５，邋ｆａｍｉｌｙ邋ｗｉｓｅ邋ｅｒｒｏｒ邋校正）（图邋２－１，表邋２－２）。逡逑与对照组相比，ＰＴＳＤ患者组ＤＭＮ呈前后分离的空间分布模式（图２－２，逡逑表２－３）：内侧前额叶的功能连接度增加，而双侧顶下小叶、后扣带回／楔前叶的逡逑功能连接度降低（ｐ＜0．0５，邋ａｌｐｈａｓｉｍ校正）。逡逑图２－１．邋ＰＴＳＤ患者组与对照组脑默认网络的空间分布图（ｐ＜０．０５，邋ＦＷＥ校正）逡逑－３０－逡逑

功能连接,闪回,患者,相关性分析

ＢＫ壚逡逑kw灥＿＿媝逡逑图２－２．ＰＴＳＤ患者组相比对照组脑默认网络分布的异常（ｐ＜０．０５，Ａｌｐｈａｓｉｍ逡逑校正）。红色表示ＰＴＳＤ患者组比对照组功能连接升高的区域，蓝色表示ＰＴＳＤ逡逑患者组比对照组功能连接降低的区域。逡逑表２－２邋ＰＴＳＤ组和对照组脑ＤＭＮ分布（ｐ＜０．０５，ＦＷＥ校正）逡逑解剖定位逦半球邋ＭＮＩ坐标邋Ｂｒｏｄｍａｎｎ分体素大小邋／值逡逑（Ｘ，ｙ，ｚ）邋区逦（Ｖｏｘｅｌｓ）逡逑对照组逡逑后扣带回／楔前叶邋Ｌ／Ｒ逦０，－５７，３０逦７，２３，２６，３０逦２１７９逦２６．２１逡逑顶下小叶逦Ｌ逦－４８，－６９，３３逦３９，４０逦３３５逦１６．１７逡逑Ｒ逦５１，－６０，３３逦３９，４０逦２７１逦１５．５４逡逑海马旁回逦Ｌ逦－２４，邋－２７，－１８逦３５，３６逦９９逦１０．２９逡逑Ｒ逦３０

【参考文献】