精神分裂癥患者執(zhí)行工作記憶任務(wù)時腦激活的磁共振成像研究

精神分裂癥患者執(zhí)行工作記憶任務(wù)時腦激活的磁共振成像研究

神經(jīng)影像可以清楚地顯示局部疾病，如腦梗死。然而，在神經(jīng)精神障礙中，例如綜合性障礙患者，只有輕微的表觀異常，才能顯示明顯的臨床癥狀。越來越多的學(xué)者通過探測執(zhí)行任務(wù)時腦功能的活動特點來尋找精神分裂癥患者相應(yīng)的病理生理學(xué)改變和神經(jīng)基礎(chǔ)。理論模式和神經(jīng)化學(xué)、神經(jīng)解剖學(xué)資料表明執(zhí)行任務(wù)時腦功能具備以下特點:不同腦區(qū)操縱不同功能以及需要多個腦區(qū)共同參與完成某一功能,并且發(fā)現(xiàn)精神分裂癥患者可能存在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)腦區(qū)間連接異常;另外患者腦組織中神經(jīng)纖維網(wǎng)數(shù)量減少,突觸、樹突、軸索和白質(zhì)纖維束組成異常。因而探討精神分裂癥患者腦網(wǎng)絡(luò)異常、網(wǎng)絡(luò)腦區(qū)間的功能連接是有價值的。目前大多精神分裂癥患者的神經(jīng)成像研究主要是探討前額葉皮層(prefrontalcortex,PFC的功能變化而非多個腦區(qū)構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)變化,但前額葉背外側(cè)皮層(dorsolateralprefrontalcortex,DLPFC)激活降低可能伴隨有其他腦區(qū)的激活改變,將激活網(wǎng)絡(luò)作為一個整體有助于神經(jīng)成像數(shù)據(jù)的解釋。1對象和方法1.1大學(xué)職工家屬符合美國精神障礙診斷與統(tǒng)計手冊第四版(DiagnosticandStatisticalManual,Fourthedition,DSM-IV)診斷標(biāo)準(zhǔn)的偏執(zhí)型和未分化型精神分裂癥組16名和正常組16名,無吸煙嗜好。所有精神分裂癥患者均為天津市安定醫(yī)院的住院患者。所有正常組均為天津醫(yī)科大學(xué)職工家屬。對受試者解釋試驗內(nèi)容后,簽署書面同意書。詳細(xì)了解受試者病史、體檢和神經(jīng)檢查情況、血尿常規(guī),以保證達到以下入組標(biāo)準(zhǔn)(年齡≥20歲、受教育年限≥9年、右利手、患者病程≥2年并處于疾病恢復(fù)期且臨床穩(wěn)定1個月以上)和排除標(biāo)準(zhǔn)(頭部外傷史、神經(jīng)系統(tǒng)疾病史、EEG或MRI檢查異常、目前和過去有藥物依賴史,尿毒物學(xué)檢查陽性、血常規(guī)檢查異常、懷孕和哺乳期婦女、MRI禁忌癥)。所有精神分裂癥患者采用典型、非典型抗精神病藥物常規(guī)劑量治療。陽性及陰性癥狀量表(PositiveandNegativeSyndromeScale,PANSS)用于評估患者組癥狀的嚴(yán)重程度,入組時平均陽性、陰性、一般病理分分別為24±6分、17±9分、55±10分。正常組共16例,其中男6名,女10名,年齡33±8歲,受教育年限14±4年。患者組共16例,其中男、女各8例;年齡33±7歲,受教育年限12±7年。正常組和患者組的年齡、性別和教育年限經(jīng)統(tǒng)計學(xué)分析差別均無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。1.2刺激數(shù)字的生成采用數(shù)字3-back工作記憶任務(wù)。實驗方案為3個3back試驗組塊和3個0back對照組塊,試驗、對照組塊交替出現(xiàn),第一個組塊為對照組塊;每一個組塊起始時,提示語呈現(xiàn)3s,0back、3back組塊提示語分別為“見2按鍵”、“倒退3個比較”。刺激數(shù)字為1、2、3、4四個數(shù)字之一,0back組塊要求當(dāng)數(shù)字2出現(xiàn)時盡快按鍵進行反應(yīng);3back組塊要求一旦當(dāng)前呈現(xiàn)的刺激與3個試驗之前所呈現(xiàn)的數(shù)字刺激相同時進行反應(yīng)。0、3back組塊中每一個數(shù)字刺激呈現(xiàn)時間為1s,刺激間隔為2s。在0back組塊,受試者共觀看10個數(shù)字。為了保證反應(yīng)次數(shù)在0,3back間一致,被試在3back組塊觀看13個數(shù)字,從第4個數(shù)字開始判斷。在所有的0,3back中,靶和非靶共占50%。刺激內(nèi)容經(jīng)由MRI兼容的LCDgoggle系統(tǒng)(美國RT公司)施加,可全程記錄反應(yīng)情況以判斷執(zhí)行表現(xiàn)。所有患者在正式實驗前1周內(nèi)進行模擬訓(xùn)練,以保證能夠維持注意力、達到一定的執(zhí)行準(zhǔn)確率;而對正常被試進行簡短練習(xí)(大約15min),采用實驗方案的簡單版本,保證理解和執(zhí)行任務(wù)。1.3解剖位置及成像分析采用GE1.5TTwinspeedinfinitywithExciteⅡ磁共振全身掃描儀。采用標(biāo)準(zhǔn)頭部線圈,放置泡沫墊以限制頭部運動。采用軸位T2WI掃描以排除神經(jīng)系統(tǒng)病變。采用軸位T1WI獲得高分辨率解剖圖像,對功能成像數(shù)據(jù)進行解剖定位,參數(shù)如下:TR/TE為2500/11.6ms,視野(FOV)24cm×18cm,矩陣320×224。層厚5mm,層間距0.5mm,共26層,包括從頭頂?shù)斤B底的全腦范圍。fMRI掃描采用梯度回波(gradientecho,GRE)單次激發(fā)回波平面成像(echoplanarimaging,EPI)技術(shù),主要參數(shù)如下:TR/TE為3000/60ms,FOV為24cm×24cm,矩陣128×128,層厚5mm,層間距0.5mm。層面與T1WI完全一致。1.4運動校正數(shù)據(jù)處理去除fMRI時間序列中的最初4個容積數(shù)據(jù)以避免MR信號的非平衡效應(yīng)。采用SPM2(WellcomeDepartmentofCognitiveNeurology,LondonUK)進行fMRI數(shù)據(jù)分析,該軟件在MATLAB界面(Mathworks,Sherborn,MA)運行。首先對功能圖像進行運動校正。根據(jù)Talairach模板,將經(jīng)過校正的數(shù)據(jù)進行空間標(biāo)準(zhǔn)化?？臻g平滑處理采用的半高全寬為8mm。采用一般線性模型和boxcar設(shè)計(采用標(biāo)準(zhǔn)血流動力學(xué)函數(shù)進行卷積)計算激活圖。采用血流動力學(xué)脈沖反應(yīng)函數(shù)過濾器,對圖像進行高通過(126s)和低通過過濾,并進行全腦標(biāo)度。運動校正的符合標(biāo)準(zhǔn)為頭部三維平移不超過2mm、三維旋轉(zhuǎn)不超過20,正常被試均符合此標(biāo)準(zhǔn),4例精神分裂癥不符合標(biāo)準(zhǔn)而被排除,共12例納入分析。采用的閾值為P=0.001,未校正,超過10個體素的區(qū)域為激活區(qū)。2結(jié)果2.1兩組患者的準(zhǔn)確性和反應(yīng)時間的差別比較執(zhí)行0back任務(wù)時,患者組和對照組的準(zhǔn)確率和反應(yīng)時間的差別沒有統(tǒng)計學(xué)意義。執(zhí)行3back時,患者組與正常組相比準(zhǔn)確率降低,反應(yīng)時間延長。見表1。2.2雙側(cè)腦內(nèi)角結(jié)構(gòu)與正常組相比,精神分裂癥患者組的激活降低腦區(qū)為雙側(cè)DLPFC(BA9/46)、雙側(cè)前額葉腹外側(cè)皮層(ventrolateralprefrontalcortex,VLPFC)(BA44/45)、雙側(cè)運動前區(qū)外側(cè)部(lateralpremotorarea,LPMA(BA6/8)、雙側(cè)頂葉皮層后部(posteriorparietallobe,PPC)(BA7/40)、雙側(cè)PFC嘴側(cè)部和額極(BA10)及左側(cè)輔助運動區(qū)(supplementarymotorarea,SMA(BA8);而相反,精神分裂癥組中也出現(xiàn)激活增加腦區(qū),包括前額葉皮層內(nèi)側(cè)部(medialprefrontalcortex,MPFC)即雙側(cè)額上回內(nèi)側(cè)部(BA10/11);雙側(cè)顳葉外側(cè)部[BA21/22、左側(cè)腦島(BA13)]、雙側(cè)顳極(BA38)、雙側(cè)顳葉內(nèi)側(cè)部[雙側(cè)鉤(BA28)、雙側(cè)海馬旁回(BA35)];雙側(cè)扣帶回(BA31),見表2、表3。3功能定位與功能連接本研究結(jié)果顯示,精神分裂癥患者雙側(cè)DLPFC、VLPFC、LPMA、PPC、額極、左SMA激活降低,這些腦區(qū)參與對工作記憶內(nèi)容的分類重組和控制、默讀復(fù)述、多個信息和認(rèn)知過程間的協(xié)調(diào)、注意轉(zhuǎn)移和信息存儲等,屬于與WM任務(wù)相關(guān)的正性激活腦區(qū)。而在患者組對正性腦區(qū)的動用程度減少,提示這些腦區(qū)的功能受損。與此相對應(yīng),患者組的行為學(xué)表現(xiàn)與對照組相比明顯降低,表現(xiàn)為執(zhí)行準(zhǔn)確率降低、反應(yīng)時間延長。這些結(jié)果提示精神分裂癥患者腦功能的異常不是單一腦區(qū)而是多個腦區(qū)存在異常,支持腦功能網(wǎng)絡(luò)中某一腦區(qū)異?？赡芤蕾囉诖四X區(qū)和WM網(wǎng)絡(luò)內(nèi)其它區(qū)域間的相互關(guān)系,可能還反映網(wǎng)絡(luò)內(nèi)其它區(qū)域的異?；蛘呔W(wǎng)絡(luò)內(nèi)區(qū)域間的整合功能受損。文獻報道MPFC、雙側(cè)顳葉、扣帶等腦區(qū)是負(fù)性激活腦區(qū),因為執(zhí)行任務(wù)時這些腦區(qū)較靜息狀態(tài)時的激活程度降低,故呈現(xiàn)負(fù)激活或去激活表現(xiàn)。本研究發(fā)現(xiàn)與正常組相比精神分裂癥患者組這些腦區(qū)去激活程度減少(即相對激活增加),可能與下述因素有關(guān)。顳葉相對激活增加可能與患者組幻聽體驗和思維障礙有關(guān);也提示患者組動用了顳葉多個區(qū)域參與任務(wù)的執(zhí)行。文獻報道在言語和語義記憶提取中顳葉外側(cè)部(腦島、BA20/21/22/42)出現(xiàn)激活;在情景記憶編碼和非言語的情景記憶提取中顳葉內(nèi)側(cè)部(BA28、BA34-36和海馬旁區(qū))出現(xiàn)激活,從而提示患者利用了以語言為基礎(chǔ)的代償網(wǎng)絡(luò),依賴于語義加工、情景記憶的編碼和提取來輔助任務(wù)的執(zhí)行操作。MPFC屬于邊緣旁皮層,其激活增加提示任務(wù)執(zhí)行時患者出現(xiàn)自發(fā)性思維活動,情緒處理、情緒評估和體驗活動增多。而扣帶為邊緣結(jié)構(gòu),其激活增加可能與任務(wù)執(zhí)行中反應(yīng)沖突和錯誤檢測需求增加以及情緒反應(yīng)有關(guān)。本研究結(jié)果與Ragland等關(guān)于精神分裂癥患者組詞語記憶正確提取的典型變量分析的結(jié)果一致,其發(fā)現(xiàn)PFC激活降低,海馬旁區(qū)激活增加,提出DLPFC和顳葉間功能連接受損的假說。本研究中患者組也出現(xiàn)兩個激活方向相反的腦區(qū)網(wǎng)絡(luò),因而也提示正性與負(fù)性激活網(wǎng)絡(luò)間可能存在連接異常,如前額葉與海馬/顳葉-邊緣皮層功能連接破壞,從而使得功能調(diào)控出現(xiàn)了障礙。近來fMRI研究直接采用靜息態(tài)進行功能連接分析,發(fā)現(xiàn)偏執(zhí)型精神分裂癥患者的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)