低頻振幅方法在精神分裂癥fMRI研究中的應用*

簡鳳清 謝世平 曹棟

低頻振幅方法在精神分裂癥fMRI研究中的應用*

簡鳳清 謝世平 曹棟

近年來靜息態(tài)功能磁共振成像技術研究精神分裂癥主要采用功能連接的數(shù)據(jù)分析方法。功能連接是從時間上相關腦區(qū)的活動異常來解釋精神分裂癥可能的病理機制，不能直接說明局部腦區(qū)自發(fā)活動的異常。低頻振幅方法能反映大腦靜息態(tài)下局部腦區(qū)活動的異常。本文主要綜述近幾年用低頻振幅方法進行精神分裂癥患者研究的相關進展，從局部腦區(qū)的自發(fā)活動改變，來解釋精神分裂癥患者的腦活動病理特征。

精神分裂癥低頻振幅

近年來功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging，fMRI)技術由于其無創(chuàng)的優(yōu)點在精神分裂癥中廣泛被應用。fMRI目前主要采用血氧水平依賴性(blood oxygen level dependent，BOLD)信號，通過神經元活動引起局部血流中去氧血紅蛋白和氧合血紅蛋白的濃度比率的變化來反映大腦的功能活動。1995年Biswal等［1］首次發(fā)現(xiàn)在雙側運動皮層的低頻波動信號在靜息狀態(tài)下具有高度的時間相關性。使得人們從熱衷于研究任務態(tài)下的腦區(qū)激活特征，轉向研究靜息態(tài)下腦功能活動特點。有研究發(fā)現(xiàn)在任務態(tài)下大腦能量的消耗只是輕微的高于靜息態(tài)下的能量消耗［2］，任務狀態(tài)活動下只消耗大腦5%～10%的能量，而在靜息態(tài)自發(fā)水平活動下消耗70%～80%的能量［3］。說明對靜息態(tài)自發(fā)活動下的大腦活動的研究是有重要意義的。

靜息態(tài)功能磁共振研究精神分裂癥大多數(shù)研究主要運用功能連接方法［4～9］，即不同腦區(qū)之間的時間相關性，多數(shù)功能連接是從被選擇腦區(qū)之間的時間相關性去考慮，而不是從靜息態(tài)下局部腦區(qū)的自發(fā)活動去考慮。在功能連接分析中，盡管不同腦區(qū)之間功能連接異常的結果是被理解的，但不能得出任何腦區(qū)本身的功能活動是否異常的結論，因此，需要其他的方法來研究局部腦區(qū)自發(fā)活動的特征。Zang等［10］提出的低頻振幅方法，可以測量到局部腦區(qū)的自發(fā)活動異常情況。

低頻振幅反映局部腦區(qū)的活動，該方法通過計算

每個體素低頻振幅的大小，直接表示每個體素血氧依賴信號的強度，從能量角度反映了各個體素在靜息狀態(tài)下神經元自發(fā)活動水平的高低［10］。由于ALFF容易受到噪音的影響，研究者將ALFF方法加以改進，Zou等［11］將低頻段(0.01～0.08 Hz)能量除以整個頻段能量得到低頻振幅比率(fractional ALFF，fALFF)，這樣可以將非特異性的水信號抑制，從而減少生理性雜音，提高特異性。低頻振幅方法也應用于其他疾病如兒童注意缺陷障礙［12］、帕金森［13］、阿爾茨海默病［14］等。

1 低頻振幅在精神分裂癥中的研究

1.1 低頻振幅在首發(fā)精神分裂癥患者中的研究

Huang等［15］將66例未經治療的首發(fā)精神分裂癥患者和66例年齡、性別匹配的健康對照，用低頻振幅的方法與對照組比較，發(fā)現(xiàn)首發(fā)未用藥精神分裂癥患者的內側前額葉的低頻振幅下降，左右豆狀核的低頻振幅增高。他們認為內側前額葉活性降低與精神分裂癥患者的內省力降低有關，豆狀核在精神分裂癥的早期階段功能活躍這可能是精神分裂癥的生理機制之一。在將陽性和陰性綜合征量表(Positive and Negative Syndrome Scale，PANSS)各條目分別與豆狀核和額葉區(qū)域進行相關分析，沒有發(fā)現(xiàn)它們之間有任何的關系，低頻振幅雖然能定量評價局部腦區(qū)異常，但不能定量評價精神分裂癥患者的癥狀。Lui等［8］通過縱向研究對34例首發(fā)未用藥精神分裂癥患者(基線態(tài))與34名健康對照組，34例首發(fā)未用藥患者經過第二代抗精神病藥治療6周后再掃一遍，聯(lián)合運用低頻振幅和功能連接的方法，低頻振幅被用來反映局部大腦活動，功能連接有基于體素的種子相關分析和獨立成分分析，通過這些方法發(fā)現(xiàn)經過藥物治療后患者在局部腦區(qū)和整個大腦區(qū)域功能改變情況。在基線狀態(tài)時，與健康對照組比較只發(fā)現(xiàn)在雙側腹內側前額葉皮層的ALFF顯著下降，治療后的患者組與健康對照組比較發(fā)現(xiàn)右尾狀核和左豆狀核的ALFF顯著增加。治療前只有內側前額葉皮層的ALFF下降可能與精神分裂癥功能低下表現(xiàn)有關，治療后相應的ALFF的增加可能是第二代抗精神病藥治療效果的作用。認知功能障礙，尤其是記憶、注意和執(zhí)行功能已經在精神分裂癥中廣泛報道并且認為是疾病的核心癥狀［16］，精神分裂癥的認知功能障礙的神經基礎目前仍不清楚。因此，He等［9］通過神經認知功能測試與靜態(tài)功能磁共振成像掃描結合對首發(fā)未用藥精神分裂癥患者(n=115)和健康對照者(n=113)，結果發(fā)現(xiàn)患者組雙側內側前額葉皮質和眶額皮層中的fALFF減少，在雙側豆狀核的fALFF增加。還發(fā)現(xiàn)雙側眶額皮層的fALFF值與認知處理速度有關，左側眶額皮層和右豆狀核與精神分裂癥的癥狀如興奮、行為紊亂有關。他們認為內側前額葉皮層的異常與疾病內省力下降和自我監(jiān)測的損害有關，豆狀核的異常可能與精神分裂癥的多巴胺功能亢進有關，眶額皮層的異常可能是患者執(zhí)行認知功能任務失敗的原因。

以上三個研究均發(fā)現(xiàn)首發(fā)未用藥精神分裂癥患者與健康對照相比有內側前額葉低頻振幅下降。內側前額葉是默認網(wǎng)絡的一個組成部分［17］，它與自我反省過程有關，當關注自我時這部分會被激活［18］，內側前額葉皮層的活性降低與精神分裂癥患者疾病內省力降低有關。Lee等［19］認為內側前額葉與精神分裂癥疾病內省力下降有關，他們發(fā)現(xiàn)隨著精神分裂癥患者病情的緩解，對疾病的內省力增加，在左內側前額葉皮層的內在活動也增加。由此我們推測首發(fā)未用藥精神分裂癥患者內側前額葉的異常可能與精神分裂癥患者的疾病內省力低下有關。豆狀核的研究結果則不一致，有發(fā)現(xiàn)首發(fā)未用藥精神分裂癥患者豆狀核的低頻振幅增高［9，15］，而在另一個研究首發(fā)未用藥精神分裂癥患者經過藥物治療后有豆狀核的低頻振幅顯著增高［8］，這種不一致的結論目前還不太清楚，需要以后的研究進一步驗證。眶額皮層的異常可能與精神分裂癥的認知功能障礙臨床癥狀相關［9］。

1.2 低頻振幅在慢性精神分裂癥患者中的研究對慢性精神分裂癥患者的研究可能是受到藥物和疾病病程的影響，結果不太一致，但相應的異常腦區(qū)對解釋精神分裂癥的病理機制還是有一定意義的。劉虎等［20］對13例精神分裂癥患者及18名健康志愿者進行靜息態(tài)腦fMRI掃描，發(fā)現(xiàn)精神分裂癥組靜息狀態(tài)下右側胼胝體壓部、右側枕葉、左側小腦后葉、左側額上回和左側楔前葉腦區(qū)ALFF增高，雙側中央后回和左側楔前葉腦區(qū)ALFF降低。Hoptman等［21］運用低頻振幅和低頻振幅比率研究精神分裂癥患者的低頻震蕩。26名健康對照和29例精神分裂癥患者或者情感性精神分裂癥患者，患者組發(fā)現(xiàn)fALLF減低在舌回、左楔葉、左腦島/顳上回、右尾葉。增高的fALLF在內側前額葉皮質和右海馬旁回。ALLF減少的在舌回、楔葉、楔前葉，增加在左海馬旁回。這些結果表明精神分裂癥患者的低頻振蕩很多區(qū)域異常都在感覺和運動區(qū)域，與以前的很多研究一致，并推測內側前額葉的異常可能是幻覺的神經生理機制，這些異常對精神分裂癥的癥狀學的影響要深入探討。

最近一項研究認為低頻振幅的異常取決于頻段，應該在以后的研究考慮頻段對低頻振幅結果的影響。Yu等［22］對69例精神分裂癥患者和62名健康對照分別在三個不同的頻段(slow-5:0.01～0.027 Hz;slow-4: 0.027～0.08 Hz;and typical band:0.01～0.08 Hz)，他們發(fā)現(xiàn)(slow-4，slow-5)這兩個頻段的ALFF/fALFF在基底節(jié)、中腦和腹內側前額葉皮層有顯著的不同，還發(fā)現(xiàn)在枕下回、楔前葉和丘腦的頻段和組之間有明顯的交互作用。

2 小結

綜上所述，以上研究用低頻振幅方法已經發(fā)現(xiàn)精神分裂癥有局部腦區(qū)自發(fā)活動的異常，如內側前額葉、楔前葉、眶額葉、豆狀核等，用這些腦區(qū)的異常解釋精神分裂癥的病理機制，為研究精神分裂癥的病理機制提供了幫助。以往用功能連接的方法，只能用被選擇腦區(qū)域之間的時間相關性異常去解釋精神分裂癥的病理機制，相關區(qū)域自身功能活動具體是否異常，功能連接方法不能得出結論。用低頻振幅得出的局部異常腦區(qū)彌補了功能連接的這一局限性。在今后功能影像的研究中，同時使用這兩種方法，可以更全面的從不同維度解釋精神分裂癥的病理機制。

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2013-10-12)

(

2013-10-22)

江蘇省南京市醫(yī)學科技發(fā)展項目(編號:YKK10116)

210029江蘇南京，南京醫(yī)科大學附屬腦科醫(yī)院

曹棟，E-mail:drcaod@163.com