原發性失眠患者易損腦區的靜息態功能磁共振成像研究：一項基于激活似然估計法的Meta分析

張琴，侯勇哲，張偉，王琳*

原發性失眠(primary insomnia，PI)是一個重要的社會健康問題，全球約33%的人都經歷過失眠[1]。早醒、難以入睡、睡眠維持困難或無法恢復為其特征。睡眠不足會導致心血管疾病、認知和情感障礙[2]及肥胖[3]等各種健康問題。目前，PI患者較為一致的易損腦區尚未明確，臨床治療多以心理療法、口服安眠藥為主，但效果欠佳[4]，因此需要發現治療失眠的敏感、有效的靶區。功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging，fMRI)技術自1990 年創立以來已廣泛用于神經認知領域、心理學以及精神病學的研究。國內外學者更是應用靜息態fMRI(resting state fMRI，rs-fMRI)揭示了PI 患者腦功能活動變化，為PI患者的中樞生物標志物探尋提供了新的思路。然而，各研究結果并不完全一致[5-23]，仍有爭議，可能與病程和疾病嚴重程度不一、對PI未進行明確分型以及選用不同的分析方法有關。

雖然Tahmasian等[24]和Jiang等[25]分別應用激活似然估計法(activation likelihood estimation，ALE)和標記差異映射分析(signed differential mapping，SDM)對睡眠障礙患者進行了研究。但整合結果是否會因納入了功能連接(functional connectivity，FC)、獨立成分分析(independent component analysis，ICA)及腦灌注等不同的數據而不同，以及不同的分析方法是否會影響PI患者腦區生物標志物的分布仍值得進一步探討。因為有學者[26]認為FC和ICA方法主要是研究種子點與周圍腦區之間功能的相關性，與局部一致性(regional honogeneity，ReHo)、低頻振幅(amplitude of low-frequency fluctuation，ALFF)、比率低頻振幅(fraction amplitude of low-frequency fluctuation，fALFF)及動態低頻振幅(dynamic amplitude of low-frequency fluctuation，dALFF)所反映的自發神經腦功能活動并不一致，且除非探討的是同類網絡研究，否則不適合做元分析。此外，腦灌注則是通過測量局部腦血流來反映相應腦區的代謝情況與神經活動，并不能完全反映大腦神經元自發腦功能活動狀況[27]。

因此，為進一步研究PI 患者較為一致的易損腦區，本研究旨在選同類數據文獻以擴大研究的樣本量，應用ALE 元分析工具[28]計算整合后的大腦激活區域，探究PI患者的神經生物標志物。

1 資料與方法

1.1 文獻檢索

以“原發性失眠”“原發性睡眠障礙”“局部一致性”“低頻振幅”“比率低頻振幅”“靜息態”“功能磁共振成像”為中文檢索詞；以“primary insomnia”“primary insomnia disorder”“PI”“regional honogeneity”“amplitude of low-frequency fluctuation”“fraction amplitude of low-frequency fluctuation”“resting”“functional magnetic resonance”“fMRI”為英文檢索詞，于Web of Science、PubMed及CNKI等數據庫進行檢索，檢索時間為自建庫至2022年4月7日。為防止遺漏，對已有綜述或元分析文獻的參考文獻補充檢索獲得原始數據，并導入EndNote X9文獻管理工具中進行篩選。

1.2 文獻篩選

納入標準：(1)所納入文獻中的PI診斷標準均符合第Ⅳ版或第Ⅴ版《精神障礙診斷和統計手冊》；(2)早醒、難以入睡或睡眠維持困難1個月以上；(3)所納入文獻均為PI患者與健康對照組(healthy controls，HCs)在rs-fMRI下大腦功能活動組間差異的全腦分析；(4)采用ReHo和(或) ALFF/fALFF/dALFF的分析方法；(5) PI患者相對于HCs差異腦區結果必須以蒙特利爾神經學研究所(Montreal Neurological Institute，MNI)或Talairach三維峰值坐標呈現。排除標準：(1)采用FC、小世界、度中心度、默認模式網絡及其他網絡等rs-fMRI方法研究的文獻；(2)文獻類型為元分析、綜述及個案報道；(3)三維空間峰值坐標不明。

1.3 質量評價

采用紐卡斯爾-渥太華量表(Newcastle-Ottawa Scale，NOS)[29]對納入的文獻進行質量評價。NOS 有3個層面，共8個條目：(1)研究對象選擇4個條目；(2)組間可比性1 個條目；(3)結果測量3 個條目。總分為9分。若結果≥5分，則可納入進行數據分析。

1.4 數據提取

背景信息：研究設計類型、第一作者、發表年份、受試者樣本量、年齡及文化程度；rs-fMRI信息：磁共振掃描設備機型和場強、所用的分析軟件和分析方法、PI相對于HCs差異腦區的個數以及結果呈現的中心坐標。

1.5 數據處理

1.5.1 激活似然估計法元分析

ALE元分析方法基于GingerALE 3.0.2分析工具(www.brainmap.org/ale)。本研究在MNI標準空間下進行，因此，需要將以Talairach空間標準報告的坐標通過Ginger ALE 3.0.2內置插件(Lancaster轉換)將Talairach坐標轉換成MNI坐標。隨后根據該研究組的激活坐標集，進行三維高斯模型，得到ALE地圖，基于高斯模型計算腦區激活概率P值，構建3D-P值分布圖。基于3D-P值分布圖設定統計檢驗閾值，設定參數如下：錯誤發現率(false-discovery rate，FDR)P＜0.05，體素大小＞200 mm3，最終得到閾值圖(ALE-image)。最后使用Mango軟件(http://rii.uthscsa.edu/mango/)查看分析得到的ALE結果閾值圖。

1.5.2 敏感性分析

采用Jackknife 敏感性分析方法對元分析結果的可重復性進行檢測，每次剔除1 項研究后，對剩余研究的數據使用Ginger ALE 3.0.2 軟件進行ALE 元分析，重復19次這樣的操作，查看剔除某項研究后的結果與原結果的可重復性。

2 結果

2.1 文獻檢索

基于以上納排標準，對檢索出的522篇文獻進行篩選：剔除67 篇重復文獻、356 篇不相關文獻、22 篇FC、14篇默認網絡及其他網絡研究、2篇小世界、2篇度中心度研究、13篇綜述和元分析、1篇個案報道、25篇經過治療后的研究以及1篇數據重復使用，最終納入19篇文獻[5-23](圖1)。其中有1篇分別采用ReHo及ALFF方法對同一組PI 患者和HCs 進行研究[23]，另有2 篇ALFF 采用Slow-4 和Slow-5 頻段對同一組PI 患者和HCs進行研究[8,17]。本文將這些研究結果分別納入到元分析中，最終納入20個研究，包括9個ReHo研究、7個ALFF研究、3個fALFF研究及1個dALFF研究。

圖1 文獻篩選流程圖。Fig.1 Flow chart of study selection strategy.

2.2 數據提取

共提取PI患者706名，HCs 681名。ReHo差異腦區76 個、ALFF 差異腦區74 個、fALFF 差異腦區27 個、dALFF 差異腦區2 個，共計179 個。所納入文獻特征見表1。

表1 納入研究的特點Tab.1 Characteristics of included studies

2.3 數據分析

2.3.1 激活似然估計法元分析結果

結合ReHo 及ALFF/fALFF/dALFF 數據元分析結果顯示，PI患者相對于HCs左側梭狀回和海馬旁回活動增高(見表2、圖2)，并未發現活動減低的腦區。分別對ReHo 及ALFF/fALFF 方法進行單獨元分析：ALFF數據元分析結果顯示，PI患者相對于HCs左側梭狀回活動增高(見表2、圖3)，并未發現活動減低的腦區；ReHo 數據元分析結果顯示，PI 患者相對于HCs 并未出現任何活動增高或減低的腦區。

圖2 采用ReHo 及ALFF/fALFF/dALFF 方法分析PI 患者相對于HCs活動增高腦區的示意圖，左側左梭狀回和海馬旁回活動增高(體素＞200 mm3，FDR P＜0.05)； 圖3 采用ALFF 方法分析PI 患者相對于HCs 活動增高腦區的示意圖，左側梭狀回活動增高(體素＞200 mm3，FDR P＜0.05)。ReHo：局部一致性；ALFF：低頻振幅；fALFF：比率低頻振幅；dALFF：動態低頻振幅；PI：原發性失眠；HCs：健康對照組。Fig.2 ReHo and ALFF/fALFF/dALFF methods were used to analyze the schematic diagram of brain areas with increased activity in PI patients relative to HCs. The activities of left fusiform gyrus and parahippocampal gyrus were increased; Fig. 3 ALFF methods were used to analyze the schematic diagram of brain areas with increased activity in PI patients relative to HCs. The activities of left fusiform gyrus were increased.ReHo: regional honogeneity; ALFF: low-frequency fluctuation; fALFF:fraction amplitude of low-frequency fluctuation; dALFF: dynamic amplitude of low-frequency fluctuation; PI: primary insomnia; HCs:healthy controls.

表2 PI患者相對于HCs活動增高腦區的ALE元分析結果Tab.2 ALE Meta-analysis results of brain regions with increased activity relative to HCs in patients with PI

2.3.2 敏感性分析結果

左側梭狀回和海馬旁回在20次分析中重復性均達到了17次。

3 討論

本研究采用ALE元分析方法探討了應用rs-fMRI技術研究PI 患者相對于HCs 大腦活動改變的腦區，元分析結果顯示，PI 患者易損腦區主要分布于左側梭狀回和左側海馬旁回。本元分析通過對以往研究的整合分析，獲得PI 患者腦功能活動改變較為一致的腦區，揭示了PI腦損傷可能的神經影像學機制，從而為臨床提供治療失眠特異的靶向區域。

3.1 原發性失眠患者自發腦活動增高的腦區

梭狀回和海馬旁回屬于邊緣系統的一部分，梭狀回在高空間頻率刺激的感知、負面情緒加工、整合視覺信號、介導空間工作記憶等功能中起重要的整合作用，而海馬旁回在負面情緒加工、處理視覺空間信息和情景記憶等功能中起同等重要的作用，其激活可概括為視聽覺敘事中嵌入的空間信息[30-37]。本研究發現PI 患者左側梭狀回和海馬旁回活動增高，推測可能與PI患者處于高覺醒狀態有關，此外，因為PI 患者的大量心理活動影響了睡眠的起始或維持，從而導致PI 患者睡眠期間出現學習、注意力和工作記憶等功能受損和記憶形成缺陷[38]，這也與睡眠障礙的高喚起理論一致，進一步驗證了梭狀回和扣海馬旁回在PI 中的重要性。Dai 等[11]發現PI 患者左側梭狀回與匹茲堡睡眠指數量表顯著相關。Yu[39]也報道了PI患者右側眶額皮質和梭狀回的皮質厚度與失眠的嚴重程度呈正相關性，這說明梭狀回的功能和結構改變與PI的嚴重程度有關。Gong等[40]驗證了海馬旁回與失眠癥狀有關。最近的一項研究[41]發現PI 患者左側杏仁核與雙側海馬旁回的FC 增強可能是PI患者出現認知、情緒調節障礙的機制之一，這從功能整合角度為PI患者的情緒喚醒理論提供了證據。

3.2 本元分析結果的必然性和偶然性及臨床價值

本元分析出現左側梭狀回和海馬旁回活動增高的必然性在于：首先，在本研究納入的19 項研究(PI 706 名，HCs 681 名)中，樣本量足夠大；其次，左側梭狀回的活動增高在3 項研究(PI 66 名，HCs 66 名)中出現[8,11,23]，左側海馬旁回的活動增高在4 項研究(PI 146 名，HCs 119 名)中出現[6,9,10,23]；最后，ALFF 值在左側梭狀回[8,23]和海馬旁回[6,23]中增高的研究各占了兩項，因此在提取中心坐標(活動腦區的位置信息)時比較集中，即坐標信息足夠讓此腦區顯現出來。此外，ALE 元分析作為一種概率分布，報告了較多激活點的研究對元分析的影響更大，進而使研究結果落在與激活點接近腦區的概率就更大，這可能是出現此結果的一個偶然因素。

入睡是從清醒到睡眠的一系列心理生理變化的復雜過程轉變，其特點是大腦對外部刺激的反應能力逐漸降低，行為平靜度增加[42]。本元分析結果表明，PI 患者功能網絡的改變或失衡集中在視覺認知網絡(左側梭狀回活動增加)、情緒調節(左側海馬旁回活動增加)方面。從神經影像學的角度來看，這些改變的功能網絡可作為潛在的治療靶點，如經皮耳廓迷走神經刺激可以減輕PI患者感覺運動網絡的過度激活，重新平衡睡眠穩態，改善PI患者的睡眠質量和延長睡眠時間[43-44]。重復經顱磁刺激可以改善睡眠質量、優化睡眠結構并在更大程度上保持治療效果[45]。因為失眠是精神障礙發作的預測因素[46]，并且情緒調節困難的個體則容易出現失眠[47]，所以對失眠的治療提供了預防重度抑郁癥發作的關鍵機會[48]。

3.3 本元分析與先前元分析結果不一致的原因

本元分析方法通過增加樣本量、改進納排標準(只納入反映大腦自發神經活動改變的文獻)得出左側梭狀回和海馬旁回的活動增高。然而，Jiang等[25]基于SDM元分析發現異常活動(活動增高)出現在右側海馬旁回和左側扣帶回/扣帶回旁回腦區，而在右側小腦和左側額上回/眶內側回的活動減少。本研究未得出以上結果，可能的原因是：采用了不同的元分析軟件；本研究納入文獻提取的中心坐標(活動腦區的位置信息)過于分散或者是數量過少從而沒有滿足閾值，因此沒有顯現出來；本研究各樣本既存在性別、年齡、文化程度以及病程等方面的差異，亦有疾病的嚴重程度與其對日間功能的損害情況存在差異，也可能會導致研究結果不同。此外，Tahmasian等[24]基于ALE元分析沒有發現異常活動的腦區，可能是由于沒有納入足夠的文獻導致樣本量不足；也有可能是與他們的研究不僅納入了ReHo、ALFF、FC、ICA，還納入了t-fMRI、VBM和PET有關，因為t-fMRI、PET、VBM與rs-fMRI（ReHo、ALFF、FC、ICA）的試驗設計、數據預處理以及統計方法不完全相同，所以導致沒有發現異常活動的腦區。

本元分析尚未發現PI 患者腦區有活動減低，這可能與納入研究中報道的活動減低腦區比較少有關。所納入19 個研究中，有16 個研究報道了活動減低的腦區，其中就有5個研究異常活動腦區的中心坐標均小于3個。而且，ALE元分析作為一種概率分布，報告了較多激活點的研究對元分析的影響更大，分析過程中若坐標較少可能導致不能滿足閾值，或這些活動腦區的位置信息過于分散，不能使研究結果落在與激活點接近的腦區[27]，這也可能是單獨對ReHo 進行元分析為什么沒有出現任何活動增高或減低腦區的原因。因此，PI患者相對于HCs是否有活動減低的腦區以及單獨對ReHo進行元分析是否有活動增高或減低的腦區還有待進一步探討。

3.4 局限性

雖然本文較之前的元分析更能反映PI患者大腦自發神經活動改變，但仍存在局限性。(1)本研究采用了較為嚴格的排除標準，排除了通過藥物或針刺治療的文章，導致最終納入分析的文獻較少；(2)納入研究的樣本量尚有欠缺，這些文獻中只有3個研究采用了fALFF 分析方法,只有1 個研究采用了dALFF 分析方法，fALFF 和dALFF 的研究數量太少從而不能單獨做Meta 分析，(3) ALE 元分析不僅忽略了研究間的變異，也沒有考慮到激活的強度，這可能導致激活強度不高的腦區被遺漏。然而，腦成像的ALE元分析方法具有對不同研究中位置信息整合的優點，未來可應用ALE 元分析方法探討某種疾病的患者腦功能活動改變較為一致的腦區。

綜上所述，本文通過ALE 元分析發現PI 患者較為一致的易損腦區為左側梭狀回和海馬旁回，有助于從神經影像學的角度進一步理解PI腦損傷。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無利益沖突。