双相障碍在脑功能磁共振成像中局部一致性的研究进展

张 博王 菲徐 克

双相障碍在脑功能磁共振成像中局部一致性的研究进展

张 博1王 菲2徐 克1

双相情感障碍；磁共振成像；综述

双相障碍（bipolar disorder，BD）属于心境障碍的一种类型，指既有躁狂发作又有抑郁发作的一类疾病。狂躁期患者感到或表现出异常开心、有活力、易怒，常会做出不计后果的决定，对睡眠的需求也往往会减少；抑郁期患者会哭泣、缺乏与他人眼神交流、对生命萌生负面看法，也有自杀的可能。研究表明，病史长达20年以上的患者，其自杀风险超过6%，自残风险为30%～40%[1]。近年来，已有很多学者致力于本病病因学、神经生理学及病理学研究，但其发病机制仍不清晰。目前认为认知缺陷是BD患者的普遍表现，这种缺陷归属于功能性、结构性及代谢性改变，尤指前额叶皮层区域、海马、杏仁核及其间的连接；还包括神经营养因子水平或促炎性与抗炎性细胞因子之间的失衡导致的脑基线水平下降，致使对待压力刺激的重建生理学能力减低[2]。

目前，静息态功能磁共振成像（resting state functional magnetic resonance imaging，R-fMRI）技术使外在刺激达到最小化，已经被广泛应用于多种精神心理疾病脑机制的研究中，可反映大脑在静息状态下的自发活动情况。近年来，很多学者运用R-fMRI研究BD的病理生理机制，并取得了一定的进展[3-7]。研究方法包括感兴趣区法及独立因素分析法（independent component analysis，ICA）、低频振幅法（amplitude of low-frequency fl uctuation，ALFF）、限制性全脑连接法（restricted global brain connectivity，rGBC）及局部一致性（regional homogeneity，ReHo）法。近年来，分析综述性研究发现，在诸多fMRI方法中，对脑内一个限定小区域内异常的研究方向应作为研究BD的推荐方式[8]；而ReHo正是这样一种方法，且被证实具有研究脑活动功能一致性的极高重测信度[9]。

ReHo法通过一个体素与其周围相邻体素在时间序列上的相关性显示了大脑局部区域内神经元活动的一致性情况。ReHo的上升或下降可提示局部脑区内部神经元同步性活动的产生与调控机制出现变化。该方法主要倾向于探索局部功能脑区内部神经活动的协调性，即通过评价某一特定体素与其邻近体素血氧浓度相依对比（blood oxygen-level dependent，BOLD）信号在同一时间序列中波动的相似性程度，间接反映局部脑区神经元活动的一致性程度[10]。目前，此方法已广泛用于阐述多种精神科疾病可能的病理生理机制，包括自闭症障碍[11-12]、注意力不集中症[13]、精神分裂症[14]、抑郁症[15]、网络成瘾症[16]等。该方法最初是通过计算肯德尔和谐系数（Kendall's coef fi cient of concordance，KCC）来显示三维空间内某个体素与其周围相邻体素的时间序列相似性，从而计算出三维局部一致性（three-dimensional ReHo，3DReHo）[10]。该参数是追踪正常脑发育过程或异常行为、疾病中功能一致性改变的潜在生物学标志。近年来有学者分析发现，运用此种算法时在不同脑组织的交界部的体素（如脑灰、白质的交界部）易受到部分容积效应的严重干扰。为解决这一问题，Zuo等[9]于2013年将这种算法延展到基于表面功能数据分析的皮质区，从而提出了二维局部一致性（two-dimensional ReHo，2DReHo）的概念。2DReHo算法有助于将皮质区域的内蕴几何学参数（如曲率、距离、形状等）整合为功能性分析数据，使其临界相关性在功能和结构上均有意义，应作为一项研究人脑功能的神经影像学标识[17]。另有研究表明，对于脑皮层的内在功能性组织研究，2DReHo较3DReHo具有更高的特异性重测信度，将越来越多地被用于未来的研究[18]。

目前，已有较多学者应用3DReHo法研究BD的病理生理学机制，但2DReHo法应用于BD的研究国内外文献未见。本文对已有研究成果作一综述。

1 BD患者与健康对照组之间ReHo值的差异

Liu等[19]通过对BD患者脑默认网络（default mode network，DMN）研究发现，与健康对照组相比，BD患者左侧额中回及左侧顶下小叶的ReHo值升高。结果提示异常脑活动主要分布于前额叶-边缘回路，该区域在BD患者的病理生理学机制中可能存在意义。Xiao等[20]通过对儿童青少年BD与健康对照组的研究发现，儿童青少年BD患者与对照组相比，双侧海马、右侧前扣带回皮质、右侧海马旁回及左侧尾状核的ReHo升高；而双侧楔前叶、双侧中央前回、双侧额上回、双侧顶上小叶、右侧眶额回皮质及右侧颞上回ReHo减低。结果提示儿童青少年BD患者躁狂相时存在局部脑活动异常。另有研究通过对10～18岁青少年BD患者与健康对照组的研究表明，青少年BD患者额内侧回、双层额中回及颞中回、右侧壳核区域的ReHo值较正常对照组减低，提示儿童BD患者的脑基线活动存在着广泛的异常，且上述异常脑区主要位于前额叶-边缘回路及相关联的纹状体结构[21]。其结果差异除由于样本量不同外，年龄差异与BD患者在进行扫描时的临床状态对于结果的影响仍需进一步探究。

2 BD患者、单相障碍（unipolar disorder，UD）患者及健康对照组之间ReHo值的差异

由于BD的症状之一为抑郁发作，若无明显的躁狂或轻躁狂发作，容易被误诊为UD，从而导致患者长期使用抗抑郁药治疗，进而诱发躁狂及快速循环发作，使发作频率增加。因此，BD与UD的鉴别诊断以及相关病理生理学机制已成为近年研究的热点。BD、UD及健康对照组间ReHo差异的研究设计不仅可比较BD的特异性ReHo异常，亦可对比BD与UD之间的异同，对这2种疾病发病机制的探索均有意义。Liu等[22]通过对BD患者、UD患者及健康对照组的对比研究发现，BD与UD组ReHo值差异存在于右侧额中回腹外侧、右侧岛叶的前部背侧及腹侧、右侧海马旁回及左侧小脑前回；进一步比较发现BD患者存在右侧海马旁回的特异性异常，UD患者存在右侧额中回、右侧岛叶的前部背侧、右侧小脑后回及右侧后扣带回皮质存在特异性异常。结果提示ReHo可成为区分BD与UD的神经影像学指标。与其研究设计相似，Liang等[23]通过对BD、UD患者及健康对照组的对比研究发现，在UD患者中，ReHo值升高的脑区包括左侧枕叶中部、右侧顶下小叶及右侧楔叶；ReHo值减低的脑区左侧海马旁回、右侧中央前回、左侧中央后回、左侧中央前回及左侧扣带回。在BD患者中，ReHo值升高的脑区包括右侧岛叶皮层、左侧额中回、左侧楔叶、左侧枕叶、左侧顶叶、左侧额上回及左侧丘脑；ReHo值降低的脑区包括小脑前叶、桥脑、右侧中央前回、左侧中央后回、左侧额下回及右侧扣带回。UD与BD患者组间有部分ReHo值异常的重叠脑区，但BD组患者丘脑存在显著的差异。结果提示ReHo有助于发现脑的功能性缺陷并区分BD与UD的临床病理生理学机制。尽管研究结果不尽相同，但均提示ReHo可能是区分BD与UD的指标。

3 BD患者ReHo与临床自然指标、临床症状评分的相关性

ReHo的大小可提示局部脑区内部神经元同步性活动的变化；而对于神经元同步性活动是否会影响该脑区的功能性表达，从而产生不同的临床症状，多项研究显示了ReHo与临床自然指标、症状评分的差异性分析。Liu等[19]通过对BD患者DMN的研究发现，BD患者组ReHo值与性别、年龄及临床体征无相关性。Xiao等[20]通过对儿童BD与健康对照组的进一步研究发现，儿童BD患者中额上回的ReHo值与杨氏躁狂量表（Young mania rating scale，YMRS）评分呈负相关；儿童BD患者海马及前扣带回皮层的ReHo值与YMRS评分呈正相关。另外，Gao等[21]研究发现儿童BD患者额内侧回及右侧额中回的平均ReHo值与临床情绪情感问卷评分之间呈显著负相关。Barzman等[24]通过对儿童BD患者的研究发现，左侧亚属前扣带皮层，右侧杏仁核，左侧Brodmann区（眶额叶皮层）及右侧丘脑的活动水平与儿童及成人攻击行为简要评分呈负相关。尽管各研究所涉及的临床量表不同，但研究结果均提示BD患者局部脑区的ReHo与临床症状之间存在相关性，进一步说明脑局部神经元的同步性改变可能参与了BD的发病过程，而这一过程可被ReHo值所反映。

4 展望

对于BD患者的脑功能局部一致性研究数量有限，结果不尽相同，但大部分研究均提示患者脑皮层-边缘回路存在异常，这为进一步探索BD的病理生理学机制提供了潜在的研究方向。在未来的研究设计上，应更加关注患者年龄段、临床发作相对结果的影响。随着ReHo新方法的不断提出，尤其是2DReHo的出现，其良好的可靠性将为BD患者脑自发活动的异常提供更多的研究依据，必将成为揭示其病理机制的良好影像学指标。

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（本文编辑 闻 浩）

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10.3969/j.issn.1005-5185.2017.04.019

2016-10-29

2016-12-22

1.中国医科大学附属第一医院放射科 辽宁沈阳 110001；2.中国医科大学附属第一医院精神科 辽宁沈阳 110001

徐 克 E-mail: kexu@vip.sina.com