新兵適應障礙的亞頻段低頻振幅功能MRI研究

潘潔娜， 王曉陽， 李輝， 楊艷秋， 鄭敏， 陳自謙

新兵適應障礙的亞頻段低頻振幅功能MRI研究

潘潔娜， 王曉陽， 李輝， 楊艷秋， 鄭敏， 陳自謙

目的應用亞頻段低頻振幅(ALFF)分析方法，研究適應障礙新兵腦靜息狀態下自發性神經活動改變的特點。方法17例適應障礙新兵及20例健康軍人(對照組)行靜息態下腦功能MRI掃描，成像數據經后處理，獲得各頻段的ALFF圖，采用雙樣本t檢驗比較兩組間各頻段ALFF值的差異，并分析ALFF值改變與患者臨床量表評分之間的相關性。結果與正常對照組比較，患者組在Slow-5亞頻段ALFF值減低的腦區包括右側小腦腳、左側眶部額下回、左內側前額葉、右側額中回及雙側額上回(P<0.01，AlphaSim校正)，在Slow-4亞頻段ALFF值減低的腦區有左內側前額葉和左側眶部額下回(P<0.01，AlphaSim校正)。患者組中各ALFF值異常腦區的ALFF值與臨床量表評分間的相關性均無統計學意義(P>0.05)。結論適應障礙新兵有多個腦區存在自發性神經活動異常，這些腦區與認知、情緒調節及執行功能有關，且不同亞頻段異常活動腦區的空間分布不同。

適應障礙； 低頻振幅； 功能磁共振成像； 靜息態； 新兵

適應障礙指具有易感性的個體，由于某一明顯生活環境改變或應激性生活事件，引起以情緒低落、焦慮、恐慌和抑郁等反應性情感障礙為主及適應不良的行為或生理功能障礙[1]。部隊是承擔了重要使命的群體，在訓練、管理和育人等各方面都很嚴厲。而近年來由于生活水平的提高，入伍新兵大多家庭及生活條件良好，閱歷簡單，經歷的挫折少，而到部隊后因生活環境的較大改變，新兵心理平衡易遭到破壞而發生適應障礙，進而影響部隊的整體作訓規劃及后續戰斗能力。據趙等[2]對入伍新兵的調查，適應障礙患者發病率達4.24‰。有報道揭示當前部隊心理障礙的主要表現形式為適應障礙[3]。

目前，國內外對適應障礙患者的腦功能研究很少，尚缺乏針對適應障礙患者的有效評估工具，而且其發病機制尚未明確，患者的腦功能活動特點也未弄清。靜息態功能MRI(resting-state functional MRI，rs-fMRI)能將腦功能區的活動信息化，能更直觀地顯示結構與功能的變化關系[4]，是研究認知功能損害神經生理機制的有效手段[5]。低頻振幅(amplitude of low frequency fluctuation，ALFF)算法是目前應用較多的rs-fMRI研究方法，它反映大腦在低頻段(0.01～0.08 Hz)自發神經活動的血氧水平依賴(blood oxygenation level dependent，BOLD)信號，以能量水平為基礎反映大腦各腦區自發神經活動強度的高低，可探測大腦內局部的活動情況[6]，在創傷后應激障礙、強迫癥等神經精神疾病的研究中已得到廣泛應用[7-8]，而且相關研究已證實了ALFF算法是研究大腦局部區域活動情況的有效方法。目前，許多海內外研究人員開始運用亞頻段ALFF算法來研究多種精神神經系統疾病中神經活動與認知功能間的聯系[9-10]。本研究采用分頻率段ALFF方法探討適應障礙新兵在不同頻段下腦自發活動的變化及其特點，旨在為適應障礙患者的發病機制提供更多的神經影像學依據。

材料與方法

1.一般資料

2016年9月對入伍3個月以內的新兵發放90項癥狀自評量表(the Self-Report Symptom Inventory and Symptom Check List 90，SCL-90)[11]進行問卷調查。將總分超過160分或陽性項目數超過43項[12]者初篩為適應障礙陽性的患者，同時結合他人評價及臨床檢診，篩選出17例適應障礙的新兵納入本研究。所有受試對象在接受磁共振掃描前均完成相關神經心理學測試，包括簡易智能精神狀態檢查(MMSE)量表、蒙特利爾認知評估(MoCA)及貝克抑郁量表(BDI)。納入標準：①年齡18～25歲，右利手；②無精神及神經系統疾病如腦創傷、腦血管意外等；③無長期服用藥物及酒精依賴史；④常規磁共振掃描未發現明顯的圖像偽影及器質性病變，如假牙、腫瘤等。同期選擇20例年齡、受教育程度與患者組相匹配的同期入伍的健康軍人作為對照組。本研究獲本院醫學倫理委員會批準，所有受試者在檢查前簽署知情同意書。

2.檢查方法

使用Siemens Magnetom Trio Tim 3.0T磁共振掃描儀。常規掃描包括橫軸面T1WI、T2WI、DWI和T2-FLAIR及矢狀面3D-T1WI序列，掃描參數：TR 1900 ms，TE 2.5 ms，層厚1.0 mm，層間距0，矩陣256×256，視野256 mm×256 mm，翻轉角9°，激勵次數1，掃描層數176，體素大小1 mm×1 mm×1 mm。在靜息態fMRI掃描前用海綿墊固定頭部，囑受檢者保持清醒、安靜、靜止和放松狀態、不進行特定的思維活動。靜息態fMRI掃描采用EPI序列，掃描參數：TR 2000 ms，TE 25 ms，視野256 mm×256 mm，翻轉角90°，層厚4.0 mm，層間距0.8 mm，矩陣64×64，激勵次數1，體素大小3.8 mm×3.8 mm×4.0 mm。

3.數據處理及分析

rs-fMRI數據預處理:基于Matlab平臺采用f-MRI數據處理助手(data processing assistant for RS-fMRI，DPARSF)對原始數據進行預處理。由于初始掃描時磁場不均勻以及受試者對環境的適應，去除前10個時間點的數據，對剩下230個時間點的數據進行時間層校正和頭動校正，并采用蒙特利爾神經學研究所(montreal neurological institute，MNI)模板進行空間標準化，重采樣體素大小為3 mm×3 mm×3 mm；以全寬半高為6 mm的高斯核函數對fMRI數據進行空間平滑；將平滑后的數據去線性漂移，然后采用頻率0.010～0.027 Hz和0.027～0.073 Hz分別進行濾波處理[9]，從而降低低頻漂移和高頻噪聲。

低頻振幅數據的提取方法:將腦的低頻活動范圍分為5個亞頻段，包括Slow-6(0～0.010 Hz)、Slow-5(0.010～0.027 Hz)、Slow-4(0.027～0.073 Hz)、Slow-3(0.073～0.198 Hz)和Slow-2(0.198～0.250 Hz)。預處理后的數據采用REST 1.8軟件計算slow-4和slow-5的ALFF值，而將Slow-6、Slow-3及Slow-2頻段剔除，因其分別反映低頻漂移信號、白質信號和高頻生理噪聲，而Slow-5和Slow-4主要反映的是大腦灰質信號[13]。

4.統計學分析

使用SPSS 18.0軟件包，對兩組受試者的年齡、受教育程度及神經心理學量表評分等計量資料進行比較，本研究中所有數據均符合正態分布，進一步對方差齊性的數據采用兩獨立樣本t檢驗、方差不齊者采用校正t檢驗。以P<0.05為差異有統計學意義。

在Matlab平臺上運用REST V1.8軟件，采用單樣本t檢驗分別對適應障礙組和正常對照組進行組內統計分析，P<0.01；組間分析采用兩獨立樣本t檢驗，P<0.05。從而得出兩組間靜息態下腦ALFF值有統計差異的腦區(P<0.01；AlphaSim校正；P<0.05且Slow-4中簇>110個體素、Slow-5中簇>82個體素)。結果用REST軟件的Slice viewer工具確定在相應MNI(蒙特利爾神經研究所標準頭部解剖模板)坐標上有顯著差異腦區的具體位置，通過report報告得出差異腦區的體素，并用REST軟件呈現結果。再提取不同頻率段兩獨立樣本t檢驗得出的差異有統計學意義腦區的ALFF值，采用SPSS 18.0軟件對其與臨床量表評分進行Pearson相關性分析，P<0.05為差異有統計學意義。

結 果

1.基本資料

圖1 適應障礙患者的slow-4亞頻段fMRI后處理圖像。藍色區代表適應障礙組較對照組ALFF值減低的腦區(P<0.01)，紅色區代表適應障礙組較正常對照組ALFF值升高的腦區。a)橫軸面圖像；b)大腦皮層的三維圖像 。

總共17例適應障礙士兵和20例健康志愿者(對照組)完成了MRI檢查。兩組受試者的基本臨床資料及統計分析結果見表1。患者組的SCL-90量表評分顯著高于對照組，差異有統計學意義(P<0.05)；兩組間其它臨床指標的差異無統計學意義(P>0.05)。

表1 患者組和對照組的基本臨床資料及統計分析結果

2.ALFF數據分析

兩樣本t檢驗結果顯示(表2)：與對照組比較，在Slow-4亞頻段患者組的左側眶部額下回及左內側前額葉的ALFF值減低(圖1a、b)；在Slow-5亞頻段，患者組的右側小腦腳、左側眶部額下回、左內側前額葉、右側額中回和雙側額上回的ALFF值減低；未發現ALFF值增高的區域(圖2a、b)。相關性分析結果顯示，患者組中與對照組差異有統計學意義的腦區的ALFF值與患者的臨床量表評分間均無顯著相關性(P>0.05)。

表2 比較ALFF差異有統計學意義的腦區大小及部位

討 論

本研究結果表明，適應障礙新兵的多個與認知、情緒調節及執行功能有關的腦區存在自發性活動異常，且不同亞頻段的異常活動腦區具有不同的空間分布特點。

1.Slow-4亞頻段自發性活動異常的分析

與對照組相比，適應障礙患者的左內側前額葉的ALFF值減低。內側前額葉參與情緒處理及情景記憶的提取，既往對各種焦慮癥患者的相關研究中發現，這些患者具有相似的神經環路，即前額葉-杏仁核環路，其中杏仁核接受了大量來自額葉內側和眶額的投射纖維。焦慮癥患者的典型特點為前額葉活動減少、而杏仁核活動增多，這種自上而下的情緒和認知過程失衡在焦慮障礙的發病機制中起著關鍵作用，這種前額葉對杏仁核自上而下的抑制作用減弱，從而導致情緒調節失衡、焦慮、恐懼等負面情緒不能正常消退而發生焦慮[14-15]。研究證實前額葉在情緒認知活動中起重要的調節作用[16]。本研究中發現內側前額葉這一腦區存在自發性的神經元活動異常，可能導致記憶、感覺、認知和情緒調節失常，故適應障礙新兵往往容易出現記憶力下降、緊張、惶恐和注意力不集中等癥狀。

前額葉皮層在認知、工作記憶及行為規劃等大腦的高級功能中起著關鍵性作用。眶額皮層是前額葉皮層的一個亞區，參與皮層各信息的整合功能，與情緒、思維何視覺等活動密切相關。Buckner等[17]研究發現額葉眶部參與自我認知、內省和情感處理等功能。進一步研究表明，額下回主要與自我意識管理、執行功能和注意力控制等功能有關[18]。本研究中，適應障礙患者左側眶部額下回ALFF值減低，提示額葉皮層活動的減弱，這可能與適應障礙新兵反應遲鈍、被動、自制力及自律性減低等有關。

圖2 適應障礙患者的slow-5亞頻段fMRI后處理圖像。藍色區代表適應障礙組較正常對照組ALFF值減低的腦區，紅色區代表適應障礙組較正常對照組ALFF值升高的腦區(P<0.01)。a) 橫軸面圖像； b) 大腦皮層的三維圖像。

2.Slow-5亞頻段自發性活動異常的分析

小腦參與運動控制、維持正常姿勢與步態協調等相關功能在神經科學范疇早已達成共識。近年來，隨著神經心理學、解剖學及神經影像學技術的發展，越來越多的研究證明小腦與認知功能的關系密切：當小腦發生病變后，患者的認知功能如記憶、視空間、執行功能、語言整合和情緒管理等各方面可有不同程度的下降[19]。本研究中采用靜息態fMRI進行觀察，發現適應障礙患者的右側小腦腳區1的ALFF值降低，表明這一腦區的神經元自發活動降低，其功能異常可能與適應障礙患者的情緒調控功能異常有關，導致緊張、焦慮和情緒低落等。此外，適應障礙新兵因部隊生活環境的改變致心理平衡遭到破壞，認知功能各方面較正常組稍降低，如在生活中沉默寡言，以及在訓練及學習中相對落后、思維遲滯和反應遲鈍等。

額葉在解剖學上分為前內側、背外側和后側三部分，額上回和額中回組成背外側前額葉，該腦區主要與執行功能如維持工作記憶、認知及抽象思維等有關[20]。腦執行功能貫穿在工作、學習和生活的各個方面中，是認知活性的一種基本能力。本研究中發現，適應障礙組雙側額上回及右側額中回ALFF激活減低，說明其執行控制腦區的功能減弱。適應障礙患者執行調控功能出現異常，從而推測適應障礙新兵出現社交溝通能力下降、工作記憶保持及提取功能減退與背外側前額葉腦區的ALFF值異常有關。

本組資料的研究結果顯示，適應障礙患者與執行功能、認知、自我意識管理及情緒處理相關的左側眶部額下回及左內側前額葉在兩個頻率段的ALFF值均明顯減低。因此，這項研究支持部分額葉腦區在情緒、認知任務處理過程中起重要作用的觀點。

3.ALFF頻段相關改變

雖然對不同頻段的血氧水平依賴MRI信號的生理意義尚缺乏統一的認識。但既往研究得出靜息狀態下大腦的振蕩信號對頻率敏感，如帕金森病患者基底節和腦干神經活動的改變在Slow-4亞頻段比Slow-5亞頻段更為顯著[9]。本研究發現，在Slow-5亞頻段適應障礙組右側小腦腳區、左側眼眶部額下回、左內側前額葉、右側額中回和雙側額上回的ALFF值減低；而在Slow-4亞頻段，僅發現左側眶部額下回及左內側前額葉ALFF值減低。兩個亞頻段異常腦區的差異與之前的研究結果基本相符，說明Slow-5亞頻段較其它亞頻段能發現更廣泛的差異腦區，從而認為Slow-5亞頻段可以作為一個敏感的指標去發現適應障礙患者腦自發活動的異常。另外，在進行相關性分析時，可能是由于本研究中樣本量偏小，尚未發現差異有統計意義腦區的ALFF值與患者的臨床量表評分間存在顯著相關性。

4.本研究的不足

本研究有待改進：①樣本量相對較少，在今后的研究中需進一步加大樣本量進行分組分析；②臨床行為學測量不足；③缺乏隨訪資料，無法評定功能改變是否為可逆性。總之，本研究運用亞頻段低頻振幅分析方式，利用fMRI探測到適應障礙新兵的多個與認知、執行功能及情緒調節功能相關的腦區出現自發性活動改變，而且部分異常活動的腦區在不同亞頻段表現出不同的空間激活模式，Slow-5亞頻段對檢測適應障礙患者腦內自發活動更為敏感，有助于理解適應障礙患者的發病機制，為進一步探討適應障礙疾病的發生發展提供新的參考依據。

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Frequency-dependentalterationsinamplitudeoflow-frequencyfluctuationsinrecruitswithadjustmentdisorder：afunctionalmagneticresonanceimagingstudy

PAN Jie-na,CHEN Zi-qian,WANG Xiao-yang,et al.

Department of Radiology,Fuzhou General Hospital of People's Liberation Army,Fuzhou 350025,China

Objective:To investigate changes of spontaneous brain activity in recruits with adjustment disorders by the amplitude of low-frequency fluctuations (ALFF) on subbands.MethodsSeventeen recruits with adjustment disorder and twenty matched healthy controls were recruited and underwent brain rest state (rs)-fMRI scans.The ALFF charts of each frequency band (slow-4～slow-5) were calculated,and then two-samplet-test was used to compare the difference of ALFFs in different frequency bands between the two groups.Pearson correlation analysis was performed to analyze the correlation between the brain areas of abnormal ALFFs and clinical symptoms in patients with adjustment disorder.ResultsCompared to the controls,the adjustment disorder subjects demonstrated decreased ALFFs in right cerebellum-crus,left orbit inferior frontal gyrus,left medial prefrontal cortex,right middle frontal gyrus and bilateral superior frontal gyrus in frequency band slow-5 (P<0.01,AlphaSim corrected).The patients with adjustment disorder in frequency band slow-4 showed decreased ALFFs in left orbit inferior frontal gyrus and left medial prefrontal cortex (P<0.01,AlphaSim corrected).Compared with the slow-4 band,the slow-5 band showed a more extensive regions with ALFF difference in abnormal spontaneous brain activity.The differences between the ALFFs in the abnormal brain areas and clinical symptoms in patients with adjustment disorder had no statistical significance (P>0.05).ConclusionRecruits with adjustment disorder exhibit abnormal sponta-neous activity among brain regions associated with cognition,emotion regulation and executive function.Moreover,the abnormal regions exhibit different spatial patterns depending on the subbands of low-frequency fluctuations．

Adjustment disorder; Amplitude of low-frequency fluctuations; Functional magnetic resonance imaging； Recruits

350025 福州，中國人民解放軍福州總醫院影像科

潘潔娜(1990-)，女，福建泉州人，碩士研究生，住院醫師，主要從事影像醫學和核醫學診斷工作。

陳自謙，E-mail：chenziqianfz@sina.com

全軍醫藥衛生科研基金資助項目(10Z030)

R445.2； R749.5

A

1000-0313(2017)12-1256-05

10.13609/j.cnki.1000-0313.2017.12.011

2017-04-12

2017-05-30)