低频振幅方法在精神分裂症fMRI研究中的应用*

简凤清 谢世平 曹栋

低频振幅方法在精神分裂症fMRI研究中的应用*

简凤清 谢世平 曹栋

近年来静息态功能磁共振成像技术研究精神分裂症主要采用功能连接的数据分析方法。功能连接是从时间上相关脑区的活动异常来解释精神分裂症可能的病理机制，不能直接说明局部脑区自发活动的异常。低频振幅方法能反映大脑静息态下局部脑区活动的异常。本文主要综述近几年用低频振幅方法进行精神分裂症患者研究的相关进展，从局部脑区的自发活动改变，来解释精神分裂症患者的脑活动病理特征。

精神分裂症低频振幅

近年来功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging，fMRI)技术由于其无创的优点在精神分裂症中广泛被应用。fMRI目前主要采用血氧水平依赖性(blood oxygen level dependent，BOLD)信号，通过神经元活动引起局部血流中去氧血红蛋白和氧合血红蛋白的浓度比率的变化来反映大脑的功能活动。1995年Biswal等［1］首次发现在双侧运动皮层的低频波动信号在静息状态下具有高度的时间相关性。使得人们从热衷于研究任务态下的脑区激活特征，转向研究静息态下脑功能活动特点。有研究发现在任务态下大脑能量的消耗只是轻微的高于静息态下的能量消耗［2］，任务状态活动下只消耗大脑5%～10%的能量，而在静息态自发水平活动下消耗70%～80%的能量［3］。说明对静息态自发活动下的大脑活动的研究是有重要意义的。

静息态功能磁共振研究精神分裂症大多数研究主要运用功能连接方法［4～9］，即不同脑区之间的时间相关性，多数功能连接是从被选择脑区之间的时间相关性去考虑，而不是从静息态下局部脑区的自发活动去考虑。在功能连接分析中，尽管不同脑区之间功能连接异常的结果是被理解的，但不能得出任何脑区本身的功能活动是否异常的结论，因此，需要其他的方法来研究局部脑区自发活动的特征。Zang等［10］提出的低频振幅方法，可以测量到局部脑区的自发活动异常情况。

低频振幅反映局部脑区的活动，该方法通过计算

每个体素低频振幅的大小，直接表示每个体素血氧依赖信号的强度，从能量角度反映了各个体素在静息状态下神经元自发活动水平的高低［10］。由于ALFF容易受到噪音的影响，研究者将ALFF方法加以改进，Zou等［11］将低频段(0.01～0.08 Hz)能量除以整个频段能量得到低频振幅比率(fractional ALFF，fALFF)，这样可以将非特异性的水信号抑制，从而减少生理性杂音，提高特异性。低频振幅方法也应用于其他疾病如儿童注意缺陷障碍［12］、帕金森［13］、阿尔茨海默病［14］等。

1 低频振幅在精神分裂症中的研究

1.1 低频振幅在首发精神分裂症患者中的研究

Huang等［15］将66例未经治疗的首发精神分裂症患者和66例年龄、性别匹配的健康对照，用低频振幅的方法与对照组比较，发现首发未用药精神分裂症患者的内侧前额叶的低频振幅下降，左右豆状核的低频振幅增高。他们认为内侧前额叶活性降低与精神分裂症患者的内省力降低有关，豆状核在精神分裂症的早期阶段功能活跃这可能是精神分裂症的生理机制之一。在将阳性和阴性综合征量表(Positive and Negative Syndrome Scale，PANSS)各条目分别与豆状核和额叶区域进行相关分析，没有发现它们之间有任何的关系，低频振幅虽然能定量评价局部脑区异常，但不能定量评价精神分裂症患者的症状。Lui等［8］通过纵向研究对34例首发未用药精神分裂症患者(基线态)与34名健康对照组，34例首发未用药患者经过第二代抗精神病药治疗6周后再扫一遍，联合运用低频振幅和功能连接的方法，低频振幅被用来反映局部大脑活动，功能连接有基于体素的种子相关分析和独立成分分析，通过这些方法发现经过药物治疗后患者在局部脑区和整个大脑区域功能改变情况。在基线状态时，与健康对照组比较只发现在双侧腹内侧前额叶皮层的ALFF显著下降，治疗后的患者组与健康对照组比较发现右尾状核和左豆状核的ALFF显著增加。治疗前只有内侧前额叶皮层的ALFF下降可能与精神分裂症功能低下表现有关，治疗后相应的ALFF的增加可能是第二代抗精神病药治疗效果的作用。认知功能障碍，尤其是记忆、注意和执行功能已经在精神分裂症中广泛报道并且认为是疾病的核心症状［16］，精神分裂症的认知功能障碍的神经基础目前仍不清楚。因此，He等［9］通过神经认知功能测试与静态功能磁共振成像扫描结合对首发未用药精神分裂症患者(n=115)和健康对照者(n=113)，结果发现患者组双侧内侧前额叶皮质和眶额皮层中的fALFF减少，在双侧豆状核的fALFF增加。还发现双侧眶额皮层的fALFF值与认知处理速度有关，左侧眶额皮层和右豆状核与精神分裂症的症状如兴奋、行为紊乱有关。他们认为内侧前额叶皮层的异常与疾病内省力下降和自我监测的损害有关，豆状核的异常可能与精神分裂症的多巴胺功能亢进有关，眶额皮层的异常可能是患者执行认知功能任务失败的原因。

以上三个研究均发现首发未用药精神分裂症患者与健康对照相比有内侧前额叶低频振幅下降。内侧前额叶是默认网络的一个组成部分［17］，它与自我反省过程有关，当关注自我时这部分会被激活［18］，内侧前额叶皮层的活性降低与精神分裂症患者疾病内省力降低有关。Lee等［19］认为内侧前额叶与精神分裂症疾病内省力下降有关，他们发现随着精神分裂症患者病情的缓解，对疾病的内省力增加，在左内侧前额叶皮层的内在活动也增加。由此我们推测首发未用药精神分裂症患者内侧前额叶的异常可能与精神分裂症患者的疾病内省力低下有关。豆状核的研究结果则不一致，有发现首发未用药精神分裂症患者豆状核的低频振幅增高［9，15］，而在另一个研究首发未用药精神分裂症患者经过药物治疗后有豆状核的低频振幅显著增高［8］，这种不一致的结论目前还不太清楚，需要以后的研究进一步验证。眶额皮层的异常可能与精神分裂症的认知功能障碍临床症状相关［9］。

1.2 低频振幅在慢性精神分裂症患者中的研究对慢性精神分裂症患者的研究可能是受到药物和疾病病程的影响，结果不太一致，但相应的异常脑区对解释精神分裂症的病理机制还是有一定意义的。刘虎等［20］对13例精神分裂症患者及18名健康志愿者进行静息态脑fMRI扫描，发现精神分裂症组静息状态下右侧胼胝体压部、右侧枕叶、左侧小脑后叶、左侧额上回和左侧楔前叶脑区ALFF增高，双侧中央后回和左侧楔前叶脑区ALFF降低。Hoptman等［21］运用低频振幅和低频振幅比率研究精神分裂症患者的低频震荡。26名健康对照和29例精神分裂症患者或者情感性精神分裂症患者，患者组发现fALLF减低在舌回、左楔叶、左脑岛/颞上回、右尾叶。增高的fALLF在内侧前额叶皮质和右海马旁回。ALLF减少的在舌回、楔叶、楔前叶，增加在左海马旁回。这些结果表明精神分裂症患者的低频振荡很多区域异常都在感觉和运动区域，与以前的很多研究一致，并推测内侧前额叶的异常可能是幻觉的神经生理机制，这些异常对精神分裂症的症状学的影响要深入探讨。

最近一项研究认为低频振幅的异常取决于频段，应该在以后的研究考虑频段对低频振幅结果的影响。Yu等［22］对69例精神分裂症患者和62名健康对照分别在三个不同的频段(slow-5:0.01～0.027 Hz;slow-4: 0.027～0.08 Hz;and typical band:0.01～0.08 Hz)，他们发现(slow-4，slow-5)这两个频段的ALFF/fALFF在基底节、中脑和腹内侧前额叶皮层有显著的不同，还发现在枕下回、楔前叶和丘脑的频段和组之间有明显的交互作用。

2 小结

综上所述，以上研究用低频振幅方法已经发现精神分裂症有局部脑区自发活动的异常，如内侧前额叶、楔前叶、眶额叶、豆状核等，用这些脑区的异常解释精神分裂症的病理机制，为研究精神分裂症的病理机制提供了帮助。以往用功能连接的方法，只能用被选择脑区域之间的时间相关性异常去解释精神分裂症的病理机制，相关区域自身功能活动具体是否异常，功能连接方法不能得出结论。用低频振幅得出的局部异常脑区弥补了功能连接的这一局限性。在今后功能影像的研究中，同时使用这两种方法，可以更全面的从不同维度解释精神分裂症的病理机制。

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A

1009-7201(2014)-01-0071-03

10.3969/j.issn.1009-7201.2014.01.024

2013-10-12)

(

2013-10-22)

江苏省南京市医学科技发展项目(编号:YKK10116)

210029江苏南京，南京医科大学附属脑科医院

曹栋，E-mail:drcaod@163.com