基于感興趣區的廣泛性焦慮障礙功能連接的研究

帥亦斌，沈仲夏，朱建英，章曉梅，蔡敏，任列，沈鑫華

廣泛性焦慮障礙(generalized anxiety disorder,GAD)的特征被認為是過度和無法控制的焦慮和擔憂，對威脅存在反應過度的情況。該病通常起病于青年時期，在成年人群中約為2%；其終身患病率約為4.7%[1]。迄今為止，關于GAD的影像學研究主要集中在前額葉-邊緣腦網絡，其中包括的腦區為背外側前額葉皮質(DLPFC)、腹內側前額葉皮質(VLPFC)、前扣帶回(ACC)、杏仁核、腦島及顳極等[2]。主要的結論是可能存在一種以前額葉和杏仁核為核心腦網絡的自上而下的對焦慮情緒失調的病理機制，直接從腦影像學上的異常這一視角來理解GAD患者行為癥狀學的表現；但這些結果缺乏一致性。目前在靜息態功能磁共振(rs-fMRI)研究中反復驗證及豐富這一研究結論的方法主要是基于感應區(ROI)的功能連接(FC)。本研究基于我們團隊先前關于GAD腦灰質體積的研究結論，以右側眶部額下回及左側顳中回為ROI做全腦FC分析[3]，假設GAD患者腦灰質結構改變的腦區同樣存在FC異常，并與臨床癥狀做關聯分析，進一步探究GAD的病理基礎。

1 對象和方法

1.1 對象 病例組：選擇2015年6月至2017年6月在我院心身科門診和住院患者。納入標準：①符合美國《精神障礙診斷與統計手冊》第5版(DSM-5)GAD診斷標準；②未接受治療或至少停藥≥4周；③年齡18～50歲；④漢族，右利手；⑤受教育年限≥9年；⑥漢密爾頓焦慮量表(Hamilton anxiety scale，HAMA)總分≥18分，漢密爾頓抑郁量表17項(17-item Hamilton depression scale，HAMD-17)總分≤12分；⑦自愿參加，簽署知情同意書。

選擇2016年6月至12月社區招募的健康人群38名作為對照組。納入標準：①性別、年齡及受教育程度與研究組匹配的健康人群；②漢族，右利手；③HAMA總分<7分，HAMD-17總分<7分。兩組均排除嚴重自殺傾向、其他精神障礙共病、嚴重軀體疾病、不能配合者。本研究經我院倫理委員會批準，所有研究對象均簽署書面知情同意書。

1.2 方法

1.2.1 研究方法 收集入組者一般情況，如年齡、性別、受教育程度、總病程(月)等。使用HAMA、HAMD-17評估焦慮、抑郁癥狀嚴重程度。

1.2.2 磁共振數據采集 對病例組治療前及對照組進行MRI掃描，均在我院放射科Signa HDxt MRI1.5 T磁共振掃描儀上完成。掃描參數：3DT1矩陣=250×250，視野(FOV)=250 mm×250 mm，層厚3.12 mm，層間距0 mm，翻轉角90°，激發次數=1，連續掃描128層，掃描時常4 min 4 s。掃描過程中要求保持放松，并用泡沫板填塞頭部減少頭動；掃描過程盡量保持睜眼，不能長時間閉眼。掃描均由同一名操作熟練的放射科醫生進行。

1.2.3 磁共振數據預處理 rs-fMRI數據的預處理采用：MATLAB2013b平臺下基于使用DEPASF (http://rfmri.org/DPARSF_V2.3)及REST(http://www.restfmri.net/forum/REST_V1.8)處理BOLD及T1數據。

預處理步驟簡述如下：①去除前10個時間點；②時間層校正；③頭動校正；④圖像配準；⑤空間標準化，先將每個人的功能像匹配到其結構像中，再進行標準化；⑥空間平滑；⑦對平滑后濾波數據，去線性漂移，提取并去除協變量(頭動參數、全腦信號、白質信號、腦脊液信號)；⑧根據先前的研究結果，選取右側眶部額下回及左側顳中回為ROI(分別定義為ROI1及ROI2)，并分別以在標準MNI空間坐標(51，21，-6)和(-66，-36，-27)為中心做直徑為6 mm的球體感興趣區域[3]，并對去除協變量后數據提取種子區的平均時間序列，計算種子腦區同全腦各體素的線性相關系數，再進行Fisher-Z變換；⑨頭動校正，剔除頭動在任意方向>2 mm或旋轉角度>2°。所有指標使用DEPASF及REST軟件包進行計算。

2 結果

2.1 兩組一般情況比較 使用簡明國際神經精神訪談(中文版)工具篩查患者220例，最終納入研究48例。病例組剔除頭動過大、空間標準化較差以及年齡過大者10例，共納入研究38例，男9例，女29例；平均年齡(41.8±11.0)歲；平均受教育年限(12.1±4.4)年；病程中位數28個月；HAMA(21.9±3.4)分；HAMD-17(10.1±3.7)分；按同樣標準對照組剔除8名，共納入分析30名，男10名，女20名；平均年齡(40.0±5.3)歲；平均受教育年限(13.5±4.6)年。兩組性別、年齡、受教育程度等差異無統計學意義(P均>0.05)。

2.2 兩組FC比較

2.2.1 病例組種子點ROI1與全腦體素FC同對照組比較 與對照組相比，病例組種子點ROI1與右側顳中回、右側內側額上回、左側楔前葉、左側角回及左側額中回的FC減少，而與左側顳上回的FC增加(k≥24，P<0.001，AlphaSim校正)。見表1，見圖1。

圖1 病例組與對照組基于種子點ROI1的全腦體素FC差異的腦區圖

表1 兩組基于種子點ROI1的全腦體素FC差異的腦區

2.2.2 病例組種子點ROI2與全腦體素FC同對照組比較 與對照組相比，病例組種子點ROI2與右側舌回FC減少，而與左側楔前葉的FC增加(k≥24，P<0.001，AlphaSim校正)。見表2，見圖2。

圖2 病例組與對照組基于種子點ROI2的全腦體素FC差異的腦區圖

表2 病例組與對照組基于種子點ROI2的全腦體素FC差異的腦區

2.3 病例組全腦FC與HAMA評分的相關性分析

2.3.1 病例組種子點ROI1與全腦體素FC強度與HAMA評分的相關性分析 統計結果未能通過多重比較矯正，表明病例組ROI1與全腦體素FC強度與HAMA評分無相關(k≥24，P<0.001，AlphaSim校正)。

2.3.2 病例組種子點ROI2與全腦體素FC強度與HAMA評分的相關性分析 病例組ROI2腦區與全腦體素的FC強度與HAMA評分存在正相關，分別是右側緣上回(r=0.58)、右側頂下小葉(r=0.59)及右側額上回(r=0.66)；表明病例組癥狀越重，其種子點ROI2同以上腦區的FC越強(k≥24，P<0.001，AlphaSim校正)。

3 討論

目前關于焦慮情緒的腦網絡節點大部分都集中在杏仁核及額葉皮質區域。基于本團隊先前的GAD患者腦灰質體積研究結果，選擇以眶額葉皮質及顳中回為ROI[3]，進行全腦體素的FC分析。既往研究發現外側眶額葉皮質一般參與情感評估和調節[4]，額葉與控制功能相關。與低焦慮狀態組相比，高焦慮狀態組在面對威脅相關的刺激時，前額葉控制功能表現較弱[5]。而顳葉融合多種社會知覺參與介導認知[6]。有研究發現顳葉的功能還與語言的表達和記憶相關[7]，任務態fMRI相關研究在處理面部情緒識別任務時，GAD患者的顳葉和頂葉皮質比健康對照組表現更為活躍[8]。這表明GAD患者存在情緒工作記憶能力方面的不足。

Menon[9]提出了“三重網絡模型”理論，認為默認模式網絡(DMN)、中央執行網絡(CEN)、顯著網絡(SN)的FC異常與GAD及抑郁癥等多種精神疾病密切相關。DMN主要由內側前額葉皮質、頂下小葉和后扣帶皮質/楔前葉組成，此外，顳葉皮質和海馬結構也與此網絡密切相關[10]。CEN又稱執行控制網絡，主要由DLPFC、背側前扣帶皮質、后頂葉皮質和額葉眼區組成，在工作記憶、解決問題、目標導向行為和決策過程中起作用。SN由島葉皮質、背前扣帶皮質、顳極和杏仁核組成，負責檢測和過濾刺激，并招募相關功能網絡[11]，完成各種復雜的功能，包括溝通、社會行為和自我意識。本研究結果顯示，與對照組比較，GAD患者右側眶部額下回與右側顳中回、右側內側額上回、左側楔前葉、左側角回及左側額中回的FC減少，而與左側顳上回的FC增加；左側顳中回與右側舌回FC減少，而與左側楔前葉的FC增加。這些結果涉及以上三重網絡模型，提示GAD患者的DMN網絡內部FC異常，同樣也與CEN和SN網絡之間存在FC異常；這與以往的研究結果一致[12]。某種程度上可以解釋GAD患者一些行為癥狀特點。先前已有研究表明角回與DMN網絡節點之間的FC參與工作記憶任務，并可能參與全腦信息的整合[12]，舌回屬于視覺識別網絡(視覺識別網絡包括楔葉、舌回、梭狀回和枕外側皮質)[13]；與本研究結果一致。視覺識別網絡涉及到情緒面部處理，這對社會功能至關重要。由此來看，這些FC異常可能與GAD患者的負性情緒偏倚相關。

本研究發現關于GAD患者左側眶額葉皮質區域同全腦體素FC與焦慮的癥狀嚴重程度未發現相關性，一方面可能提示額葉皮質網絡的高度復雜性，另一方面也不排除眶額葉皮質在GAD群體中可能并非情緒調節的關鍵節點。另外還發現左側顳中回同右側緣上回、右側頂下小葉及右側額上回的FC強度與HAMA評分呈正相關，表明以上腦區的FC異常與焦慮癥狀的嚴重程度相關。既往研究發現左側顳中回涉及許多功能，例如語言處理、運動觀察、演繹推理以及動態面部表情等[14-15]。rs-fMRI關于GAD的相關研究也發現左側顳中回的局部一致性(ReHo)值與HAMA評分存在正相關[16]。關于緣上回的功能，既往研究表明其參與整合多個感官信號，克服情感的自我中心性及處理交際意圖[17]。而頂下小葉與自上而下的注意力和認知控制相關[18]，之前的研究發現青少年GAD患者頂下小葉與其他腦網絡的FC強度降低[19]，這似乎與本研究結果不一致。由于頂下小葉與額葉同屬DMN區域，顳葉同這些區域的FC增強可能反映了GAD患者的一種代償激活方式。

綜上所述，本研究在GAD患者腦灰質體積形態學改變的基礎上進行基于ROI的FC分析。同對照組相比，基于種子點的FC異常，其相關區域包含在DMN、CEN及SN等腦網絡中，提示GAD患者可能存在多重功能網絡失調。而顳中回同緣上回、頂下小葉及額上回的FC強度與臨床癥狀呈正相關。

本研究的局限性：研究方法缺乏創新性；未能對后期療效做相關分析，并比較痊愈組與非痊愈組的差異；數據質量有待提高，經預處理后排除的樣本較多；硬件設備較差，仍采用1.5 T MRI，對細小結果分辨率低，這種先天局限性也導致無法對與GAD密切相關的腦區進行研究，如杏仁核、尾狀體床核；統計不夠嚴謹，采用AlphaSim校正，可能存在假陽性結果可能。

今后研究方向：學習更為先進的研究方法；進一步分析治療效果與GAD腦功能連接異常的相關性，尋找預示療效的生物標記物；與影像科室密切配合，確保數據采集過程更加規范；與其他綜合醫院合作解決醫院設備問題；采用更為嚴謹的多重比較方法。