吸煙成癮青少年大腦自發活動變化

隋文禹,薛 婷,曹景超,喻大華,王宏德

(1.內蒙古科技大學信息工程學院,2.理學院,內蒙古 包頭 014010;3.錫林郭勒盟蒙醫醫院影像科, 內蒙古 錫林郭勒 026000)

青少年吸煙成癮為嚴重公共衛生問題,可引發慢性呼吸道疾病、惡性腫瘤及心血管疾病等,對青少年身心健康造成不良影響[1-2]。吸煙成癮可使大腦出現不可逆結構變化并影響大腦功能而致注意力偏差[3-5]。有學者[6]采用分數低頻振幅(fractional amplitude of low-frequency fluctuation, fALFF)和功能連接方法,發現吸煙成癮可致部分腦區活動變化。WANG等[7]通過fALFF觀察,發現針刺治療可顯著改善吸煙成癮渴望。薛婷等[8]以低頻振蕩振幅百分比方法發現吸煙成癮青少年部分腦區活動改變與吸煙年限顯著相關;QIU等[9]采用低頻振幅方法發現吸煙成癮可影響大腦自發神經活動。上述研究均假設靜息態下大腦靜止不變,而未考慮其動態特性。本研究采用動、靜態fALFF方法觀察吸煙成癮青少年大腦自發活動變化。

1 資料與方法

1.1 一般資料 于2022年1月—6月前瞻性招募內蒙古科技大學42名吸煙成癮在校大學生(吸煙組),均為男性,年齡16～24歲、平均(19.6±1.7)歲;首次吸煙年齡12～18歲、平均(14.3±1.9)歲,煙齡3～7年、平均(4.43±1.93)年;吸煙頻率1～4.5包年、平均(2.44±0.77)包年,尼古丁依賴測試(Fagerstrom test for nicotine dependence, FTND)評分5～10分、平均(6.83±1.56)分。納入標準:①右利手;②無軀體疾病;③無影響腦功能及結構的疾病;④無精神病、神經病、遺傳病史,且目前精神狀況良好;⑤無MR掃描禁忌證;⑥符合《美國精神障礙診斷與統計手冊》第5版(diagnostic and statistical manual of mental disorders-Ⅴ criteria, DSM-Ⅴ)診斷尼古丁依賴標準;⑦FTND評分>3分;⑧煙齡>2年,且每日吸煙數量≥10支;⑨參與研究前6個月內無戒煙行為或戒煙≤3個月;⑩無藥物、酒精及毒品依賴史或其他成癮史(如賭博、網絡游戲等)。另選取同期內蒙古科技大學與吸煙組學歷(本科)相匹配的42名非吸煙成癮的健康在校大學生為對照組,均為男性,年齡16～23歲、平均(19.0±1.6)歲;均符合吸煙組納入標準①～⑤,入組前共吸煙不超過5支,且長期共同居住者無吸煙行為。本研究獲醫學倫理委員會批準。受試者均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用Philips Achieva 3.0T MR掃描儀。囑受試者平臥、保持清醒,雙耳佩戴耳塞;以泡沫墊固定其頭部,采集頭部靜息態功能MRI;參數:平面回波序列,TR 2 000 ms,TE 30 ms,層厚5 mm,矩陣64×64,FA 90°,體素1 mm3,采集時長360 s,共采集180個時間點。

1.3 數據處理及分析 采用Dpabi工具包中的Dparsf進行數據預處理[10],包括剔除前10個時間點、校正至同一時間層(使時間點對齊至參考層)、頭動校正(剔除頭部平移>3 mm、旋轉>3°者)、空間標準化[統一配準至蒙特利爾神經病學研究所(Montreal Neurological Institute, MNI)模板]、空間平滑(采用6 mm半峰全寬高斯核濾波器)、去線性漂移及帶通濾波。采用Dpabi工具包中的動、靜態分析模塊,計算靜態fALFF(static fALFF, sfALFF)并以滑動窗口算法計算動態fALFF(dynamic fALFF, dfALFF),設置窗寬為30 TR、步長為1 TR。

1.4 統計學分析 采用SPSS 26.0統計分析軟件。以±s表示計量資料,行獨立樣本t檢驗。采用SPM12軟件,以獨立樣本t檢驗及GRF校正比較sfALFF值和dfALFF值,以連續體素數量>10、體素水平P<0.005、簇水平P<0.05為差異有統計學意義。采用Pearson相關性分析評估吸煙組sfALFF值、dfALFF值與FTND評分、煙齡和吸煙頻率的相關性。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2組青少年年齡差異無統計學意義(P>0.05)。

相比對照組,吸煙組左側距狀裂周圍皮層、右側額下回三角部sfALFF值及左側眶部額中回、左側顳中回、左側海馬、左側額下回三角部、右側楔葉dfALFF值升高,而左側顳下回、右側枕中回、右側頂下緣角回及左側額中回sfALFF值降低。見表1及圖1。

圖1 BrainNet View可視化圖示吸煙成癮與非吸煙成癮青少年存在差異腦區 A.sfALFF值存在組間差異腦區; B.dfALFF值存在組間差異腦區 (暖色區域表示吸煙成癮青少年sfALFF值和dfALFF值升高,冷色區域表示吸煙成癮青少年sfALFF值降低)

表1 吸煙成癮與非吸煙成癮青少年存在差異腦區

吸煙組左側額中回sfALFF值與FTND評分呈負相關(r=-0.352,P=0.011),左側額下回三角部dfALFF值與吸煙頻率呈正相關(r=0.286,P=0.033);其余組間參數差異具有統計學意義腦區的sfALFF值和dfALFF值與FTND評分、吸煙頻率及煙齡均無明顯相關(P均>0.05)。見圖2、3。

圖2 吸煙成癮青少年左側額中回sfALFF值與其FTND評分的相關性的散點圖 圖3 吸煙成癮青少年左側額下回三角部dfALFF值與吸煙頻率的相關性的散點圖

3 討論

本研究以sfALFF和dfALFF方法觀察吸煙成癮對青少年大腦結構及功能的影響。相比既往常用的靜態低頻振幅方法,sfALFF可減少個體差異的影響,dfALFF則能更好地反映大腦動態特性[11-13]。

sfALFF有助于降低生理噪聲的干擾,提升檢測自發性腦活動的敏感度和特異度。距狀裂周圍皮層是大腦視覺處理的重要組成部分[14],額下回三角部是大腦運動語言中樞的重要組成部分。本研究發現,相比對照組,吸煙組左側距狀裂周圍皮層和右側額下回三角部sfALFF值升高,提示吸煙成癮已對視覺和運動語言能力造成影響。顳下回和額中回分別是顳葉和額葉的組成部分,與思維、情感記憶、運動控制等功能密切相關[15-16]。頂下緣角回和枕中回分別屬于頂葉和枕葉的組成部分,與信息言語整合、視覺處理等功能密切相關[17]。本研究吸煙組左側顳下回、右側枕中回、右側頂下緣角回及左側額中回sfALFF值降低,表明吸煙成癮可對青少年上述功能造成影響;其中運動控制能力受損可進一步導致其自控能力下降而加重吸煙成癮程度。Pearson相關性分析表明,左側額中回sfALFF值與FTND評分呈負相關,提示隨煙癮程度增加,青少年思維記憶和運動控制能力受損程度加重。

dfALFF可更好地捕捉大腦動態特性,檢出常規靜態研究不易顯示的異常腦區。眶部額中回和額下回三角部是額葉的一部分,海馬位于大腦邊緣葉,三者均在學習記憶中發揮重要作用[18-19];顳中回是顳葉的一部分,主要負責視聽感覺處理,并與情感記憶存在一定相關性[4,20];而楔葉是枕葉的一部分,主要負責視覺加工和處理。本研究發現吸煙組左側眶部額中回、左側顳中回、左側海馬、左側額下回三角部及右側楔葉dfALFF值升高,表明吸煙成癮對青少年學習記憶功能造成不可逆影響,并能強化其視覺刺激,使之對吸煙具有更強烈的渴望。同時,本研究相關性分析結果表明,吸煙成癮青少年左側額下回三角部dfALFF值與吸煙頻率呈正相關,表明隨吸煙頻率增加,其學習記憶能力逐漸受損。

綜上所述,吸煙成癮青少年大腦局部自發神經活動存在異常,且與FTND評分和吸煙頻率相關。但本研究樣本量小,且受試者均為在校男大學生,存在一定偏倚,有待后續加以完善。