基于VMHC方法的青少年網絡成癮靜息態功能磁共振成像研究

李旻明，廖祥鵬，趙智勇，范明霞，顏崇淮

中國青少年網絡協會第三次發布的《中國青少年網癮調查報告(2009)》指出，我國城市青少年網民中，13～17歲的網癮青少年比例為14.3%，6～29歲的青少年人群中，網癮人數高達2404.2萬人[1]。網絡成癮表現為過度使用互聯網后導致較明顯的學業、職業和社會功能的損傷，主要包括網絡游戲成癮、網絡關系成癮、網絡色情成癮、信息收集成癮、網絡購物成癮等，其中以網絡游戲成癮最為常見。2018年WHO將網絡成癮列為精神疾病，網絡成癮已成為全世界共同關注的醫學和社會問題[2]。大量研究表明胼胝體的結構受損和成癮具有一定的關系，比如可卡因成癮[3]、毒癮[4]以及酗酒等[5]。之前的研究已經表明，疾病所引起的結構損傷往往伴隨著功能損傷[6-8]。胼胝體是連接人腦兩半球皮質最大的纖維束，胼胝體的結構改變也許會影響大腦半球間的功能連接。最近的研究發現，網癮被試存在胼胝體膝部和體部的結構改變[9]，然而網癮青少年大腦半球間的功能連接情況目前仍然不清楚。

靜息態功能磁共振成像(resting-state functional magnetic resonance imaging，rs-fMRI)為檢測大腦神經回路活動模式和大腦半球之間的相互作用提供了有效手段[10]。大腦左右半球相同起源的神經元內源性自發活動具有高度相似性，即功能同倫[11]。功能同倫可能與大腦功能分層有關[11-13]。體素-鏡像同倫連接(voxelmirrored homotopic connectivity，VMHC)通過測量大腦半球血氧水平依賴性時間序列之間的相關性，反映大腦半球之間信息交流整合模式，是靜息態fMRI用于分析大腦半球之間功能同倫的方法，是研究大腦信息整合的重要方法[13]。目前這種方法已經廣泛應用于評估各類神經精神系統疾病的大腦半球功能連接情況。Tang等[14]使用VMHC的方法研究中風患者發現，患者組的大部分運動腦區的半球功能連接減弱，并且小腦后葉的VMHC值和患者的手功能評分正相關。研究發現，基于下額回和后扣帶皮層或下顳回和中央后回增強VMHC值組合的fMRI，有助于眼瞼痙攣患者早期檢測以及提高其診斷準確性[15]。雙向情感障礙緩解期患者額葉回和中央前回VMHC值低于健康對照組，提示雙向情感障礙緩解期患者仍存在大腦半球之間功能協調的破壞，而這一特征可作為有效而靈敏的雙向情感障礙篩查方法[16]。夜間遺尿癥兒童小腦葉和前扣帶回VMHC值明顯低于正常對照組，提示小腦時間感知功能下降引起的血管加壓素分泌不足以及前扣帶區功能降低和大腦半球功能連接異常引起的腦部信號障礙均可能與夜間遺尿現象有關[17]。以上研究表明，VMHC可以準確而有效地評估與患者行為、認知相關的大腦半球間的功能連接的變化。

本研究基于VMHC評估網絡成癮青少年大腦半球功能連接的改變，并進一步探討半球功能連接的變化與網癮被試行為、認知狀態之間的關系，以及該功能改變對于網絡成癮的診斷價值。

1 材料與方法

1.1 研究對象

網癮組為2009年11月至2010年12月來自上海、江蘇、河南青少年網癮戒治學校的青少年18例，其中男生15例，女生3例，平均年齡(15.4±1.5)歲。入組標準：①符合美國《精神疾病診斷與統計手冊》第5版(DSM-V)中網絡成癮診斷標準；②有足夠認知能力(瑞文智測正常)；③右利手。排除標準：①有顱內疾病和精神疾病；②有藥物和酒精依賴史；③曾接受精神類藥物治療；④被試視力或矯正視力異常；⑤存在色盲或色弱；⑥存在MR禁忌證。

對照組為18名來自上海普通中學的青少年，其中男生13例，女生5例，平均年齡(14.4±1.4)歲。入組標準：①根據美國《精神疾病診斷與統計手冊》第5版(DSM-V)可除外網絡成癮；②有足夠認知能力(瑞文智測正常)；③右利手。排除標準：①有顱內疾病和精神疾病；②有藥物和酒精依賴史；③曾接受精神類藥物治療；④被試視力或矯正視力異常；⑤存在色盲或色弱；⑥存在MR禁忌證。兩組間年齡、受教育年限經兩樣本t檢驗，差異無統計學意義(P＞0.05)。

所有受試者本人和/或家屬均知情同意并簽名。本研究獲得上海交通大學醫學院附屬新華醫院倫理委員會批準。

1.2 方法

1.2.1 神經精神心理量表評估

兩組被試者均進行神經精神心理量表的評估。

家庭功能評估量表(family assessment device，FAD)包含7個分量表：問題解決、溝通、角色、情感反應、情感介入、行為控制和總體功能，共有60個條目，分量表得分越高，說明其相應的家庭功能就越差。由被試家長填寫。

艾森克個性問卷(eysenck personality questionnaire，EPQ)包括神經質(N)維度、內外傾(E)維度、精神質維度(P)和掩飾(L)量表，E量表表示性格的內外傾向，高分表示外向，低分表示內向；N量表表示情緒的穩定性，高分表示焦慮、緊張、易怒，得分低者代表情緒較穩定；P量表表示心理狀態是否正常，高分者表示孤獨，缺乏同情心，有敵意，具有攻擊性；L量表表示被試者的掩飾程度。由被試者填寫。

焦慮自評量表(self-rating anxiety scale，SAS)由20個條目構成，用于評定焦慮的主觀感受。量表得分越高焦慮程度越高。SAS標準分的分界值為50分，其中50～59分為輕度焦慮，60～69分為中度焦慮，69分以上為重度焦慮。由被試者填寫。

抑郁自評量表(self-rating depression scale，SDS)能相當直觀地反映抑郁患者的主觀感受及其在治療中的變化，含有20個條目，包括精神性-情感癥狀兩個項目、軀體性障礙8個項目、精神運動性障礙兩個項目、抑郁性心理障礙8個項目。按照中國常模結果，SDS標準分的分界值為53分，53～62分為輕度抑郁，63～72分為中度抑郁，72分以上為重度抑郁。由被試者填寫。

評估工作由上海交通大學醫學院附屬新華醫院臨床心理科醫師及環境與兒童健康實驗室實驗人員共同完成。

1.2.2 磁共振數據收集

所有磁共振圖像都是采集于華東師范大學上海市磁共振重點實驗室西門子3.0 T磁共振成像掃描儀(德國西門子公司Siemens Trio 3.0 T)。

具體的掃描序列及其參數如下：(1)高分辨T1加權結構像，采用的是磁化準備快速自旋回波序列，參數為：矢狀位192層(三維成像)，層厚1 mm，層間距0.5 mm，TR 1900 ms，TE 3.42 ms，反轉時間為900 ms，FOV 240 mm×240 mm，翻轉角為9度，采集矩陣為256×256。(2)靜息態功能磁共振成像采用的是平面回波序列。序列參數為：橫斷位30層，層厚4 mm，層間距0.8 mm，TR 2000 ms，TE 30 ms，翻轉角為90度，FOV 220 mm×220 mm，采集矩陣為64×64。

囑受試者安靜平臥于檢查床，緊密填充海綿墊以固定頭部，保持閉眼清醒、平靜呼吸，盡量不要做任何動作和意向性思維活動。棉球塞耳以減輕機器噪音對患者的影響。

1.2.3 數據處理及分析

(1)預處理。本研究使用Data Processing Assistant for Resting-state fMRI (DPARSF，http://www.resffmri.net/forum/DPARSF)軟件包對數據進行預處理。考慮到機器的不穩定性以及受試者對環境的適應性，首先去除每個被試的前10個時間點，然后對剩余的數據進行時間層校正和頭動校正。頭動標準設置為2 mm (平動)或2°(轉動)，并沒有被試由于頭動過大被排除。隨后使用統一分割算法把每個被試的全腦圖分割成灰質、白質和腦脊液，同時對每個被試頭動矯正后的圖像進行空間標準化并重采樣成3 mm×3 mm×3 mm。隨后使用線性回歸去除6個頭動參數、白質和腦脊液信號對數據的影響。最后對數據進行平滑(半高寬為6 mm的高斯平滑盒)、去線性漂移以及低頻(0.01～0.08 Hz)過濾處理。(2) VMHC分析。VMHC通過REST (http://www.restfmri.net)軟件包計算獲得。隨后提取受試者經預處理并配準到標準蒙特利爾空間腦半球內每個體素時間序列，并計算其和對側鏡像體素之間的Pearson相關系數，即VMHC值。隨后進行Fisher z-轉換改善正態分布。

1.3 統計學方法

采用SPM8軟件對網癮組、對照組的VMHC腦圖分別進行雙樣本的t檢驗。經多重比較校正后P＜0.05(AlphaSim校正，單體素的P＜0.001，對應的最小團塊是45體素。校正參數：灰質mask，平滑盒=10 mm，1000次模擬)的腦區定義為差異有統計學意義的區域。采用SPSS 20.0軟件包進行統計學處理。計量資料比較采用獨立樣本t檢驗。計數資料比較采用χ2檢驗。以P＜0.05為差異有統計學意義。采用Spearman相關分析組間差異腦區平均VMHC值和被試神經精神心理量表評估的關系。使用受試者工作特征(receiver operating characteristic，ROC)曲線分析差異腦區平均VMHC值對于青少年網絡成癮的診斷意義。

2 結果

2.1 兩組被試者特征

網癮組和對照組在性別、年齡、教育程度和神經精神心理量表評分之間差異均無統計學意義。兩組被試者的上網時間(h/d)差異有統計學意義(P＜0.05)，見表1。

2.2 兩組被試基于VMHC的靜息態fMRI影像學結果

2.2.1 兩組被試者VMHC值分析

對比對照組，網癮組內側前額葉[團塊大小=50體素；峰值點坐標(MNI空間)：x=3，y=33，z=57)]顯示增強的VMHC(VMHC值：網癮組=0.45，對照組=0.29，T=4.32，P＜0.001)，見圖1。

表1 兩組被試者特征Tab.1 The characteristic of two groups of participant

圖1 網癮組內側前額葉增強的VMHC (Colorbar代表的是T值)Fig. 1 Enhanced VMHC value of the medial prefrontal cortex in IA group(Colorbar stands for T value).

圖2 網癮組被試者內側前額葉平均VMHC值和周上網時間(d/周)存在顯著正相關Fig. 2 Significant positive correlation between the mean VMHC value of the medial prefrontal cortex and the weekly online time (day/week) in IA group

2.2.2 差異腦區VMHC值與行為、認知狀態的相關性分析

內側前額葉平均VMHC值與網癮組被試者的周上網時間存在顯著正相關(r=0.48，P=0.003)，見圖2。

2.2.3 基于VMHC方法的靜息態功能磁共振成像對于青少年網絡成癮的診斷價值

圖3 ROC曲線評價基于VMHC方法的靜息態功能磁共振成像對于青少年網絡成癮的診斷價值Fig. 3 VMHC diagnostic value of resting-state fMRI for IA adolescents by ROC curve.

通過ROC曲線評價基于VMHC方法的靜息態功能磁共振成像對于青少年網絡成癮的診斷價值。ROC曲線分析結果顯示，ROC曲線下面積為0.86(P＜0.001)，最佳閾值=0.41，敏感度=0.72，特異度=0.94(圖3)，提示基于VMHC方法的靜息態功能磁共振成像對于青少年網絡成癮的診斷具有一定準確性，內側前額葉的平均VMHC值可以有效地區別網癮組和對照組。

3 討論

青少年網癮問題已引起我國醫學和心理學界的重視，積累了主要基于診斷量表的網癮檢出率的數據(5.3%～23.6%)，但報道數據相差較大，根本原因是仍缺少腦神經生物學的機制研究。隨著神經影像等檢測技術的不斷發展和臨床運用，人們對于網癮腦機制方面的研究也越來越多，但這些成果仍不足以對網癮的發生機制作出詳細而準確的解釋，而對網癮診斷標準的完善也需結合腦機制方面的研究[18]。本研究使用一種新的方法VMHC來研究青少年網癮被試的半球間功能連接的變化，希望結果能夠有助于網癮發生機制的理解以及網癮癥狀的診斷。

3.1 網癮青少年的默認網絡功能連接異常

本研究發現，相比與對照組，網癮組的內側額葉顯示增強的半球間功能連接。眾所周知，內側額葉是默認網絡的核心腦區之一[19]。默認網絡是人腦靜息狀態下最重要的腦網絡之一，該網絡涉及情緒調控和自我參考功能，包括評估內在和外在線索的突顯性、記憶過去以及計劃未來等，這些是網絡成癮疾病的重要診斷指標[20]。之前的研究已經表明成癮性疾病與默認網絡改變的功能連接有關系[21-22]。一個最近的尼古丁成癮研究發現尼古丁的消耗與默認網絡減少的活動有關系，作者解釋尼古丁消耗也許涉及到網絡信息處理從內到外的一個轉變[23]。另一個海洛因成癮研究發現，實驗組的默認網絡顯示異常的功能連接，提示這也許和成癮者下降的注意力和自我監控相關的認知控制功能[24]。酗酒研究通過圖論的方法也發現患者的默認網絡發生功能連接紊亂[25]。研究已經表明網絡成癮和其他的成癮疾病有著相似的神經機制[26-27]，且默認網絡的功能連接變化有可能作為一個識別網癮疾病的生物學指標[20]。本研究發現網癮青少年的默認網絡半球間功能連接增強，提示這種過度的連接也許造成了網癮被試內外信息調控的失衡，從而導致被試自我控制功能下降而沉溺于網絡。

3.2 網癮青少年的內側額葉和網癮程度相關

本研究也發現，內側額葉的平均VMHC值與被試的上網時間成正相關，并且可以有效區分網癮組和對照組。內側額葉的主要功能是涉及到情緒響應[28-29]。兩個fMRI研究發現相比于對照組，青少年網癮組的內側額葉顯示更高的灌注[27]和ReHo[30]。Ding等[26]發現網癮者的內側前額葉的激活與網癮量表的總分相關，作者認為前額葉皮層的功能受損可能與網癮青少年的高沖動相關。Hormes等[31]發現被試的網絡使用情況與情緒測評量表存在顯著的正相關，這提示網絡成癮也許是情緒調控異常的一種升級表現，并進一步加強被試對藥物以及非藥物的渴望和依賴。另外，大樣本的行為學研究表明，實驗者的情緒調控功能異常情況能夠預測被試的網癮程度，提示情緒調控與網絡成癮之間存在一種直接的關系，情緒失控可能會導致網絡成癮進而產生更大的負性情緒[32]。研究還表明，被試的情緒智力(emotional intelligence，EI)可以用來預測成癮相關的行為學表現，例如賭博、上網、打電子游戲等[33]。所以，筆者推測本研究網癮組內側額葉增強的VMHC也許提示，該腦區的功能受損可能導致紊亂的情緒調控，這可能和網癮青少年的高沖動相關。

綜上所述，本研究使用VMHC的方法發現青少年網癮默認網絡的核心腦區內側前額葉的半球間功能連接增強，并且這個腦區的平均VMHC值和參與者的上網時間存在顯著正相關。這些發現表明內側前額葉的功能改變與人類情緒的控制和成癮行為有關，這進一步補充了關于理解網癮發生機制的證據，并且這個腦區的平均VMHC值也許可以作為一個診斷網癮被試的指標。

利益沖突：無。