静息状态下精神分裂症与双相障碍患者脑功能磁共振低频振幅的比较研究

崔文辉，周千，王菲，汤艳清

（1.沈阳市精神卫生中心精神科，沈阳 110168；2.中国医科大学附属第一医院精神医学科，沈阳 110001）

静息状态下精神分裂症与双相障碍患者脑功能磁共振低频振幅的比较研究

崔文辉1，周千2，王菲2，汤艳清2

（1.沈阳市精神卫生中心精神科，沈阳 110168；2.中国医科大学附属第一医院精神医学科，沈阳 110001）

目的比较精神分裂症患者与双相障碍患者的静息态脑功能磁共振低频振幅的异同，为这2种疾病的诊断及鉴别诊断提供理论依据。方法对40例精神分裂症患者、40例双相障碍患者以及年龄、性别、教育年限相匹配的40例健康者（健康组）进行静息态脑功能磁共振扫描，并对3组受试者的低频振幅值进行两两比较。结果与健康组相比，精神分裂症患者与双相障碍患者在前额叶、眶额叶、边缘系统、基底节的低频振幅值均显著升高，在岛叶、默认网络、部分枕叶及感觉运动区的低频振幅值均显著降低，且精神分裂症患者和双相障碍患者在以上脑区的低频振幅无显著差异。精神分裂症患者在颞叶的低频振幅显著高于双相障碍患者和健康组，且双相障碍患者和健康组在以上脑区的低频振幅无显著差异。结论发现精神分裂症患者和双相障碍患者在前额叶、眶额叶、边缘系统、基底节、默认网络、部分枕叶及感觉运动区共有的低频振幅值增高或减低，提示这2种疾病可能存在相似的发病机制，而仅在精神分裂症患者出现的颞叶低频振幅改变可能为鉴别这2种疾病提供研究基础。

精神分裂症；双相障碍；静息态脑功能磁共振；低频振幅

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精神分裂症（schizophrenia，SP）和双相障碍（bi⁃polar disorder，BD）都是严重而常见的精神疾病，致死、致残率极高，不仅给患者本人带来痛苦，也给家庭和社会造成严重的经济负担。然而，这2种疾病的发病机制至今未明，虽然根据Kraepelinian二分法，它们属于不同的临床诊断分类，但它们在症状、认知功能、神经生理学机制、脑结构、脑功能和易感基因上又有很多一致性［1⁃3］，在治疗上也有一定的重叠［4］。低频振幅（amplitude of low frequency fluctua⁃tion，ALFF）［5］是静息态脑功能磁共振成像（resting⁃state functional magnetic resonance imaging，rs⁃fMRI）研究中最常用的方法之一，它可以反映大脑各体素在静息状态下神经自发活动水平的高低。有研究［6］采用ALFF的方法分别对SP和BD进行rs⁃fMRI研究发现，与健康（healthy control，HC）组相比，SP在双侧楔叶、双侧枕中回、双侧中央前回、双侧中央后回、双侧舌回、右侧海马旁回等脑区的ALFF值显著降低，在左侧海马和左侧海马旁回的ALFF值显著升高。与HC相比，BD抑郁相患者的左侧中央后回、左侧海马旁回ALFF值显著降低，在双侧额下回、左侧岛叶等脑区的ALFF值显著升高［7］。然而，目前尚无利用ALFF直接比较SP与BD的研究，本研究拟直接比较SP与BD的ALFF值，找到SP与BD脑功能改变的异同点，为诊断及鉴别诊断这2种疾病提供客观依据。

1　材料与方法

1.1研究对象

选择中国医科大学附属第一医院精神医学科和沈阳市精神卫生中心就诊的门诊或住院的SP患者40例，BD患者40例，同时选择性别、年龄和受教育程度匹配的健康志愿者（HC组）40例。所有受试者均为汉族，右利手，年龄18～45周岁，并获得本人的知情同意（经中国医科大学附属第一医院医学科学研究伦理委员会审查通过）。

SP组满足精神障碍诊断和统计手册（第四版）（Diagnostic and Statistical Manual，Fourth Edition，DSM⁃Ⅳ）关于精神分裂症的诊断标准。BD组满足DSM⁃Ⅳ关于BD的诊断标准。HC组通过广告招募，本人及一级亲属既往及目前无DSM⁃Ⅳ轴Ⅰ诊断疾病，扫描前1个月内未服用任何精神科药物。

排除标准：重大躯体疾病史；神经系统异常史；可能导致心境障碍症状的躯体疾病；IQ低于70；合并其他严重的DSM⁃IV轴Ⅰ或轴Ⅱ疾病；幽闭恐怖症；体内带有可干扰磁场的物体；入组前3个月内有明显的药物滥用/依赖。

由2名副高级以上职称的精神科医师采用基于DSM⁃Ⅳ的精神科结构式临床访谈（structured clini⁃cal interview for DSM⁃Ⅳ，SCID）对患者进行访谈，并通过一致性检验后进行诊断；应用汉密尔顿抑郁量表⁃17项（Hamilton Depression Rating Scale，HAMD⁃17）、杨氏躁狂量表（Young Manic Rating Scale，YMRS）及简明精神病评定量表（Brief Psychiatric Rating Scale，BPRS）对受试者的临床症状严重程度进行评估，应用磁共振安全性量表评价受试者参与磁共振扫描的安全性。

1.2方法

1.2.1数据的采集及处理：脑影像扫描在中国医科大学附属第一医院核磁共振中心进行。使用3.0T磁共振扫描仪（通用公司，美国）进行静息态脑功能磁共振扫描。扫描时应用泡沫垫固定患者头部以减少头动。扫描参数：弛豫时间2 000 ms，回波时间40 ms，矩阵64×64，视野24×24 cm2，激励次数5，层厚3 mm，层间隔0 mm，层数35层，扫描时间400 s。

1.2.2数据的预处理和ALFF的计算：在Matlab平台上，采用基于SPM8的DPARSFA［6］对得到的数据进行预处理。格式转换；去掉前10个时间点，保留剩余190个时间点；层间时间差异校正；头动校正（所有受试者的头部平动均不大于3 mm，转动均不大于3°）；空间标准化，应用3 mm3的采样分辨率把所有被试的图像标准化到SPM标准MNI空间；应用6 mm3的全宽半高（full⁃width half⁃maximum，FWHM）高斯核进行平滑处理；最后进行去线性漂移和滤波（0.01～0.08 Hz）处理。计算ALFF值时，在大脑模板范围内逐体素对滤波后的时间序列进行傅立叶变换，得到功率谱，然后对0.01～0.08 Hz下的功率谱进行开方，得到ALFF值。最后进行标准化，将大脑每个体素的ALFF值除以全脑信号幅值的均值，以消除个体间ALFF总体水平的差异。

1.3统计学分析

使用REST［7］软件对3组标准ALFF脑图中相对应位置的体素逐个进行基于体素的单因素方差分析，以比较3组间ALFF值的差异，然后对统计图进行蒙特卡洛模拟校正，在REST的AlphaSim插件中设定FWHM为6，基于体素的检验水平设为P＜0.01，模拟1 000次，得到基于区域的检验水平为P＜0.05时相应的体素数为＞30，相当于校正后阈值为P＜0.05。

对3组标准ALFF脑图进行事后检验，以比较每2组间各自的差异，探讨2种疾病脑功能改变的异同。首先用REST软件提取每名被试在方差分析的结果的每个区域的平均值，然后用SPSS对3组被试每个区域的数据进行最小显著差异检验。

2　结果

2.1临床资料比较

比较3组受试者一般资料，结果显示，年龄、性别、受教育年限无统计学差异（P＞0.05），HAMD⁃17总分、YMRS总分和BPRS总分均有统计学差异（P＜ 0.001），见表1。用药情况见表2。

2.2磁共振结果比较

表1　3组受试者一般资料统计分析Tab.1　Statistical analyses of general information of subjects

表2　SP与BD的用药情况统计Tab.2　Medication of SP and BD groups

与HC组相比，SP患者与BD患者在前额叶（双侧内侧前额叶、左侧额上回、右侧额中回等）、边缘系统（右侧杏仁核、双侧前扣带皮质等）、基底节（左侧壳核、左侧尾状核）的ALFF值均显著升高，差异有统计学意义（P＜0.05）；枕叶（左侧舌回、左侧楔叶）、边缘系统（左侧后扣带皮质）、感觉运动区域（左侧中央后回等）的ALFF值均显著降低，差异有统计学意义（P＜0.05）；在这些脑区，SP和BD的ALFF值无显著差异。SP患者左侧颞中回、左侧颞下回、右侧颞上回的ALFF值显著高于BD患者和HC，差异有统计学意义（P＜0.05）；在以上脑区BD和HC之间ALFF值无显著差异。见表3，图1、2。

表3　SP、BD和HC组间方差分析显示ALFF有显著差异的脑区（以MNI坐标z轴为序）Tab.3　Regions that showed significant difference in ALFF value among SP，BD and HC groups（sorted by z axis of MNI coordinate sys⁃tem）

图1　SP、BD和HC组间方差分析显示ALFF有显著差异的脑区（以MNI坐标z轴为序）Fig.1　Regions that showed significant difference in ALFF value among SP，BD and HC groups（sorted by z axis of MNI coordinate sys⁃tem）

图2　对组间方差分析显示ALFF有显著差异的脑区进行事后两两比较结果Fig.2　Post⁃hoc pairwise comparison of regions that showed significant difference in ALFF value among the three groups

3　讨论

本研究结果显示，SP与BD在部分前额叶、边缘系统、纹状体区域的ALFF值均显著升高。SP与BD静息状态下内侧前额叶的过度激活可能与这2种疾病的兴奋性和自我指涉增强有关，从而可能导致其对内在刺激和外在刺激区分不明，以致其行为缺乏社会约束力。研究［8］表明，背外侧前额叶的损害可能导致执行功能紊乱，从而引起该脑区受损的患者的社会关系判断、工作记忆、抽象思维的损害和意向障碍。眶额叶的大部分区域都出现过度激活，可能与这2种疾病中出现的敌对和冲动性有关［9］。

本研究还发现SP与BD患者右侧杏仁核的ALFF值均显著升高，这与既往的关于这2组人群对面孔，尤其是恐惧面孔的识别障碍的研究［10-11］结果一致，可能与2种疾病均存在的情感调控紊乱有关。本研究中，SP和BD患者在膝前部和背侧前扣带出现ALFF值显著升高，反映其激活过度增强，提示SP与BD患者情感和认知功能障碍可能存在某些共同机制，即前扣带功能异常。研究［12］表明BD和SP岛叶功能异常，因岛叶与自我意识有关，岛叶功能障碍可能导致患者区分内在刺激和外在刺激的功能障碍，从而引起SP患者和BD患者出现幻觉症状。

纹状体主要参与运动过程的设计、自主运动的控制，并与情感和认知调节有关，而这些功能在SP和BD中都有损害。本研究发现SP和BD患者在纹状体脑区ALFF值均显著升高，与既往的研究［13］结果一致。提示SP与BD不仅存在大脑皮质的异常，也存在皮质下结构的异常。

本研究发现，SP与BD患者在部分枕叶（左侧舌回、左侧楔叶）、默认网络（边缘系统）和感觉运动区域（左侧中央后回、左侧中央前回、双侧中央旁小叶）的ALFF值均显著降低。舌回和楔叶属于枕叶，既往对SP与BD在舌回和楔叶的异常均有报道，提示舌回和楔叶的异常可能与SP和BD对情绪相关的视觉刺激处理障碍有关。默认网络是在任务态磁共振研究中表现为负激活的功能连接网络，这些脑区在静息状态下存在有组织的活动，且比任务态下更加活跃［14］。但在本研究中，静息态下SP与BD的左侧后扣带脑区的活动反而降低。有研究［15］表明，默认网络中的后扣带皮质（posterior cingulate cortex，PCC）的激活与自我、社会意识、注意力分散和欲望有关，PCC的抑制与当前意识和注意有关。本研究的结果可能与SP和BD患者注意增强有关，但由于仅在后扣带非常小的一部分出现了ALFF减低的现象，具体的原因有待进一步研究证实。

中央后回、中央前回、中央旁小叶隶属感觉运动区。有研究［16］表明，SP与BD的活动过度、运动障碍等症状与躯体感觉运动区的结构和功能异常有关，与本研究结果一致。因此本研究组认为这些脑区的异常也参与了SP和BD的病理生理过程。

本研究结果显示，SP组左侧颞中回、颞下回、右侧颞上回ALFF值显著高于BD和HC组，是SP的特征性表现。颞上回前部包含初级听觉皮层和听觉联络皮层，而其后部参与情感处理和社会认知；颞中回参与语义记忆和语言处理；颞下回参与诸多记忆过程，尤其是对视觉刺激的物理性质的记忆。研究［17］表明，SP患者颞叶的异常与听幻觉有关，本研究进一步支持了这一观点。而BD组未发现该区域的异常，因此，颞叶的ALFF增高可能是鉴别SP与BD的特征性脑区。

综上所述，本研究在部分前额叶、眶额叶、基底节、边缘系统、默认网络、岛叶、部分枕叶及感觉运动区发现SP与BD共有的ALFF值变化，提示二者可能存在相似的发病机制；颞叶在SP的特征性改变可能为这2种疾病的鉴别诊断提供客观依据。

由于SP与BD的疾病特征，许多患者在未用药的情况下无法安静地完成磁共振扫描，本研究中大部分患者在进行磁共振扫描时均用药，因此，没有对SP和BD进行药物治疗前后的比较研究，故无法确定患者ALFF的改变是由疾病所致还是药物所致，本研究结果可能在一定程度上受到了药物影响。今后应设法在排除药物干扰的情况下探索这2种疾病神经活动的异同，为进一步解释二者的发病机制提供更加可靠的证据。

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（编辑王又冬）

Comparison of Amplitude of Low Frequency Fluctuation between Schizophrenia and Bipolar Disorder Patients：a Resting⁃state Functional Magnetic Resonance Imaging Study

CUI Wenhui1，ZHOU Qian2，WANG Fei2，TANG Yanqing2
（1.Department of Psychiatry，Shenyang Mental Health Center，Shenyang 110168，China；2.Department of Psychiatry，The First Hospital，China Medical University，Shenyang 110001，China）

ObjectiveTo explore possible pathophysiology of schizophrenia and bipolar disorder，so as to lay foundation of differentiation and di⁃agnosis of the two diseases.MethodsAmplitude of low frequency fluctuation（ALFF）of 40 schizophrenia patients，40 bipolar disorder patients and 40 healthy controls in resting state were recorded and compared.ResultsCompared to healthy controls，schizophrenia and bipolar disorder groups both showed significant increased ALFF in prefrontal，orbitofrontal cortex，limbic，basal ganglia，and decreased ALFF in default mode，oc⁃cipital cortex and sensorimotor areas.There was no significant difference between schizophrenia and bipolar disorder.Compared to bipolar disorder patients and healthy controls，schizophrenia showed significant increased ALFF in temporal，and there was no significance between bipolar disorder and healthy controls.ConclusionThe common increased or decreased ALFF in schizophrenia and bipolar disorder in prefrontal，orbitofrontal cor⁃tex，limbic，basal ganglia，default mode network，occipital cortex and sensorimotor areas may imply the similar pathophysiology behind the similar clinical manifestations.The distinct altered ALFF in schizophrenia in the temporal lobe may lay a foundation for distinguishing of the two diseases.

schizophrenia；bipolar disorder；resting⁃state functional magnetic resonance imaging；amplitude of low frequency fluctua⁃tion

R749.3/R749.4

A

0258-4646（2016）11-0977-06

10.12007/j.issn.0258⁃4646.2016.11.005

国家自然科学基金（81271499）

崔文辉（1977-），男，副主任医师，硕士. E-mail：whcui_1125@163.com

2016-04-22

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