手机依赖症大学生静息态fMRI海马功能连接分析

陈 瑞，管 民，娄江华，王恩锋，高 丽，马丽佳，李中林， 郭慧慧，闫 斌，童 莉，史大鹏，李永丽*

(1.郑州大学人民医院放射科 河南省神经疾病影像诊断与研究重点实验室，河南 郑州 450003；2.中国人民解放军信息工程大学，河南 郑州 450002)

手机依赖症大学生静息态fMRI海马功能连接分析

陈 瑞1，管 民1，娄江华1，王恩锋1，高 丽1，马丽佳1，李中林1， 郭慧慧1，闫 斌2，童 莉2，史大鹏1，李永丽1*

(1.郑州大学人民医院放射科 河南省神经疾病影像诊断与研究重点实验室，河南 郑州 450003；2.中国人民解放军信息工程大学，河南 郑州 450002)

目的 探讨手机依赖症(MPD)大学生静息态双侧海马与大脑皮层功能连接的改变及其与神经心理学指标的相关性。方法 对24例MPD大学生(MPD组)及16名健康志愿者(对照组)采用焦虑自评量表(SAS)、抑郁自评量表(SDS)、Barratt冲动性量表第11版(BIS-11)、罗森伯格自尊量表(RSS)、匹兹堡睡眠质量指数量表(PSQI)、感觉寻求量表(SS)、智能手机成瘾量表(SPAI)、手机成瘾指数量表(MPAI)进行神经心理学评估。在静息态fMRI扫描后，选取双侧海马作为种子点进行全脑功能连接分析，并比较两组的差异性；将功能连接差异脑区的功能连接值与神经心理测评量表评分进行相关性分析。结果 MPD组除SS外，其余量表评分与对照组差异均有统计学意义(P均<0.05)。与对照组相比，MPD组双侧海马与双侧额中回的功能连接降低(P<0.05)；海马与额中回的功能连接值与各神经心理测评量表评分均无相关性(P均>0.05)。结论 MPD大学生较正常大学生存在情绪问题、冲动、低自尊、睡眠质量下降。静息态fMRI显示海马与额中回功能连接异常可能是MPD的神经病理机制之一。

手机依赖症；静息态；磁共振成像；海马；额中回

随着智能手机的普及，其使用率逐年递增。我国工业与信息化部的报告显示，截止2016年1月，全国手机用户已达12.8亿[1]。同时，一种新的心理行为障碍——手机依赖症(mobile phone dependence, MPD)也随之出现。MPD是指个体对使用手机产生持续、强烈的渴求感与依赖感，导致其身心健康和社会功能明显受损的状态[2]。MPD是一种行为控制障碍，可导致多种精神心理疾病，如焦虑、抑郁、睡眠障碍等。MPD对大学生的影响尤其明显，在医学生中的比例达30%以上[3-4]。目前MPD仅有行为学研究，其潜在的神经机制并不明确。本研究采用静息态fMRI方法探索MPD大学生的大脑功能连接改变，初步探讨其神经病理机制。

1 资料与方法

1.1一般资料 招募2015年6月在我院的实习学生及河南省医学高等专科学校在校学生，共发放问卷500张，根据改良的Young氏网络成瘾(Young's criteria for internet addiction)诊断标准，纳入MPD组24例，其中男11例，女13例，年龄20～26岁，平均(23.3±1.3)岁。纳入标准：超过5个问题回答“是”且相关症状持续时间>1年。纳入同期性别、年龄匹配的16名大学生为对照组，男4名，女12名，年龄20～26岁，平均(23.9±0.9)岁，纳入标准为全部题目回答均为“否”。

排除标准：①非右利手；②有吸烟、药物或酒精滥用史；③有头颅疾病、脑血管疾病、精神疾病或有家族史；④有义齿等金属植入物影响MR检查；⑤当前或既往有重大躯体疾病、全身性疾病；⑥有手术、严重外伤史；⑦近2周服用影响脑功能的药物；⑧妊娠期、经期女性；⑨有幽闭恐惧症等MR禁忌证。

1.2神经心理量表测评 所有被试均接受8项量表测评，包括焦虑自评量表(self-rating anxiety scale, SAS)、抑郁自评量表(self-rating depression scale, SDS)、Barratt冲动性量表-11(Barratt impulsiveness scale-11, BIS-11)、罗森伯格自尊量表(Rosenberg self-esteem scale, RSS)、匹兹堡睡眠质量指数量表(Pittsburgh sleep quality index, PSQI)、感觉寻求量表(sensation seeking, SS)、智能手机成瘾量表(smartphone addiction inventory, SPAI)和手机成瘾指数量表(mobile phone addiction index, MPAI)。

在MR检查前，对所有受试者均完成各项量表及临床评估，并签署知情同意书。本研究获得郑州大学人民医院伦理委员会批准。

1.3MR检查 采用GE Discovery 750 3.0T MR扫描系统，8通道头线圈，使用泡沫垫固定头部，并使用耳塞以降低噪音。扫描时嘱受试者安静平卧，保持闭目、清醒、放松、平静呼吸，并尽量不做任何动作、不进行意向性思维活动。三维结构图像扫描采用快速自旋梯度回波序列，TR 8.20 ms，TE 3.22 ms，翻转角12°，矩阵256×256，FOV 240 mm×240 mm，层厚1 mm，层数156层，体素大小1 mm×1 mm×1 mm，扫描时间4 min 45 s。静息态fMRI采用血氧水平依赖梯度回波-回波平面成像序列、轴位扫描，扫描平面平行于前后联合连线，TR 2 000 ms，TE 30 ms，层厚4 mm，层间距0.5 mm，层数38层，FOV 240 mm×240 mm，矩阵64×64，扫描时间7 min 20 s。

1.4数据预处理 采用基于MATLAB 2010b界面的DPABI 2.1软件，去除前10个TR时间的数据；以扫描位置中心点为参考层对图像进行时间校正、头动校正(剔除头动平移>1.5 mm、旋转移动>1.5°的被试数据)；将校正后的图像配准到蒙特利尔神经病学研究所(Montreal neurological institute, MNI)标准脑空间模板，重采样体素大小3 mm×3 mm×3 mm；根据高斯核函数以6 mm的半高全宽进行空间平滑；最后进行时间滤波(0.01～0.1 Hz)和去线性漂移。

1.5统计学分析 采用WFU_PickAtlas tool勾画双侧海马ROI。用Rest软件进行数据分析，提取双侧海马时间序列的平均值，以海马为种子点，与其余部位的大脑体素进行Pearson相关分析，将所得相关系数经FisherZ值转换，生成每个被试的Z值图，Z值代表双侧海马的功能连接值。

2 结果

MPD组与对照组性别、年龄差异均无统计学意义(P均>0.05)。

2.1神经心理量表评分 MPD组SAS、SDS、BIS-11、PSQI、SPAI和MPAI评分均高于对照组，RSS评分低于对照组，差异有统计学意义(P均<0.05)，SS评分2组间差异无统计学意义(P>0.05)，见表1。

2.2双侧海马静息态功能连接结果 与对照组比较，MPD组双侧海马与双侧额中回(Brodmann 10区)的功能连接减低(P<0.05，体素簇>165个体素，图1)，包含195个体素，峰值坐标为(x=6,y=57,z=9)，T=-3.171。

2.3相关性分析 双侧海马与额中回的功能连接值与神经心理学量表SAS、SDS、BIS-11、PSQI、SPAI、MPAI、RS、SS的相关性差异均无统计学意义(r=0.018、-0.236、-0.151、0.018、-0.001、-0.305、-0.275、0.025，P均<0.05)。

3 讨论

MPD是行为成瘾的一种，其临床特征、诊断标准，甚至不良后果均与网络成瘾等心理行为成瘾有诸多相同点。既往对于药物成瘾、网络成瘾的fMRI研究较多，但对于MPD鲜见报道。随着智能手机的普及，MPD已成为一个不可忽视的问题，尤其是大学生人群，严重影响其学习及生活。本研究利用fMRI对MPD大学生的神经心理学特点及脑机制进行初步研究。

海马参与学习、记忆、情绪管理等多种脑功能活动，与皮质及皮质下结构广泛连接。一项对正常人的研究[5]表明在首次记忆错误时，海马和额叶皮层区域显示为高水平激活，提示海马与额叶在学习记忆中存在交互作用。有研究[6]发现网络成瘾者右侧海马灰质密度下降，而海马功能障碍导致其学习差、人际交往困难。前额叶调节管理记忆等认知功能，额中回是情绪调控高级中枢的一部分，具有“top-down”的环路调节功能，即对皮层及皮层下结构的管理调节作用。本研究结果显示MPD组SAS、SDS评分明显高于对照组，提示MPD大学生存在抑郁、焦虑等情绪问题，而焦虑又是MPD的危险因素[7]。既往研究[8-9]发现额中回、海马与焦虑、抑郁等情绪障碍有密切关系，认为与额中回的“top-down”环路调节异常及海马的功能异常有关。推测MPD大学生焦虑、抑郁情绪增高，可能是由于额中回对情绪的调控能力下降导致，而海马和额中回功能连接下降，使额中回对海马的调控能力下降，导致对过度使用手机的负性后果记忆反馈障碍，重复的负性后果又可加重情绪障碍。

表1 MPD组和对照组神经心理量表测评结果(分，±s)

图1 2组间双侧海马功能连接的差异脑区位于额中回(彩色区域)

本研究MPD组BIS-11评分明显高于对照组，提示MPD大学生冲动性增高，自控力下降。额叶对注意、抑制、决策等有重要的调控作用。既往研究[10-11]表明网络成瘾者可能存在额叶功能低下或神经元的丢失，导致中脑边缘多巴胺系统活动增强，奖赏通路的神经冲动无法得到有效抑制，产生冲动性上网行为。MPD大学生可能也存在额中回或海马功能低下或细胞水平的异常，从而导致功能连接的异常，自控力下降。以上研究也提示物质成瘾、网络成瘾及MPD在神经功能改变方面可能具有相似性。

本研究MPD组PSQI评分明显高于对照组，提示MPD大学生存在睡眠质量下降，与既往研究[12]相符。睡眠对于学习及学习前后的记忆巩固有重要作用，睡眠质量下降会直接影响学习记忆。另有研究[13]表明过多使用手机者在认知任务测试中准确率降低，可能因冲动性行为特征及频繁使用手机所致。大学生是MPD的主要群体，出现学习记忆功能下降的可能原因在于自控能力的下降。有研究[14-15]发现卒中后认知功能障碍患者左侧海马与左侧额中回连接下降，右侧海马与双侧额中回的连接下降，且治疗后患者记忆的改善程度与左海马和双侧额中回的功能连接增加呈正相关。海马与记忆紧密相关，而前额叶对海马有调控作用，两者的功能连接减低，推测额叶对海马的调控能力下降，以及海马对额叶的信息反馈通路异常，导致MPD大学生思维缓慢、学习记忆力减退。此外，睡眠、抑郁、焦虑三者密切相关，存在复杂交互的神经心理关系，可导致注意力下降，学习成绩下降，进一步加重情绪心理问题，此时手机更成为一种逃避的方式，这种恶性循环导致大学生MPD。

感觉寻求是个体倾向于寻求多样与新颖刺激感觉体验的一种人格特质。Louis等[16]发现感觉寻求越高、自尊程度越低的青少年手机依赖倾向越大。本研究SS评分2组间差异无统计学意义，即感觉寻求无明显差异，需扩大样本量进一步研究。MPD组RSS评分低于对照组，即自尊程度较低，与既往研究[16]相符，提示MPD大学生存在自卑倾向，可能是MPD的一种人格特质。MPD组的MPAI、SPAI评分明显高于对照组，即手机依赖程度高于对照组，但海马与额中回的功能连接值与量表评分相关性无统计学意义，原因可能与样本量较小、手机依赖程度较轻有关，也可能与Young氏标准主观性太强及未对被试手机依赖的主要方面进行细化等有关。有待建立更加可靠的诊断标准，对MPD进行细化分型，并进行大样本研究。

总之，本研究利用静息态种子点功能连接方法发现MPD大学生海马与额中回功能连接减低，提示这些脑区的神经功能活动环路受损，为了解MPD提供了客观的影像学依据。

[1] 中华人民共和国工业和信息化部.2016年1月份通信业经济运行情况.[2016-06-01].http://www.miit.gov.cn/n1146312/n1146904/n1648372/c4658448/content.html.

[2] 汤敏佳.当代大学生“手机依赖综合症”分析.江苏高教,2010,1:154-155.

[3] 李丽,牛志民,梅松丽,等.医学生智能手机成瘾、冲动性与心理健康相关分析.现代预防医学,2016,43(3):482-485.

[4] 吕小丰,苏彩红,郑燕萍,等.90后大学生手机依赖现状及其对健康的影响.牡丹江医学院学报,2015,36(6):102-103.

[5] Hester R, Barre N, Murphy K, et al. Human medial frontal cortex activity predicts learning from errors. Cereb Cortex, 2008,18(8):1933-1940.

[6] Lin X, Dong G, Wang Q, et al. Abnormal gray matter and white matter volume in 'internet gaming addicts'. Addict Behav, 2015,40:137-143.

[7] Choi SW, Kim DJ, Choi JS, et al. Comparison of risk and protective factors associated with smartphone addiction and internet addiction. J Behav Addict, 2015,4(4):308-314.

[8] 王丽.抑郁症患者静息态的脑功能磁共振研究.南京:南京医科大学,2009:41.

[9] 王玮,钱绍文,刘锴,等.广泛性焦虑障碍发病机制的静息态功能磁共振成像.中国医学影像技术,2016,32(3):358-362.

[10] 刘军.网络成瘾发生机制的神经影像学研究.长沙:中南大学,2009:58,66-67.

[11] 郑夏林.基于独立成分分析法的海洛因成瘾者背侧注意网络的fMRI研究.合肥:安徽医科大学,2014:14-16.

[12] Khan MM. Adverse effects of excessive mobile phone use. Int J Occup Med Environ Health, 2008,21(4):289-293.

[13] Abramson MJ, Benke GP, Dimitriadis C, et al. Mobile telephone use is associated with changes in cognitive function in young adolescents. Bioelectromagnetics, 2009,30(8):678-686.

[14] 林志诚.基于静息态功能核磁共振探讨卒中后认知障碍以及针刺百会改善卒中后认知功能的机制研究.福州:福建中医药大学,2014:5-6.

[15] 成建明,赵小虎,门卫伟,等.轻度认知障碍进展为阿尔茨海默病过程中脑灰质体积特征改变的MRI研究.中国医学影像技术,2015,31(1):19-23.

[16] Louis L. Linking psychological attributes to addiction and improper use of the mobile phone among adolescents in Hong Kong. J Child Media, 2008,2(2):92-113.

Aberrant hippocampus functional connectivity in college students with mobile phone dependence with resting-state fMRI

CHENRui1,GUANMin1,LOUJianghua1,WANGEnfeng1，GAOLi1,MALijia1,LIZhonglin1,GUOHuihui1,YANBin2,TONGLi2,SHIDapeng1,LIYongli1*

(1.DepartmentofRadiology,People'sHospitalofZhengzhouUniversity,HenanKeyLaboratoryforMedicalImagingofNeurologicalDisease,Zhengzhou450003,China; 2.PLAInformationEngineeringUniversity,Zhengzhou450002,China)

Objective To explore the altered functional connectivity of hippocampus with cerebral cortex in resting-state and the correlations with neuropsychological characteristics in college students with mobile phone dependence (MPD) by resting-state fMRI. Methods Twenty-four college students with MPD (MPD group) and matched sixteen healthy controls (control group) underwent resting fMRI. Before that, eight questionnaires were used to assess the participants' neuropsychological characteristics, including self-rating anxiety scale (SAS), self-rating depression scale (SDS), Barratt impulsiveness scale 11th version (BIS-11), Rosenberg self-esteem scale (RSS), Pittsburgh sleep quality index (PSQI), sensation seeking (SS), smartphone addiction inventory (SPAI), and mobile phone addiction index (MPAI). The whole brain functional connectivity was eatablished using bilateral hippocampus as the seed points. And the difference between the two groups was compared. The correlations between the abnormal brain regions' functional connectivity values and neuropsychological characteristics was analyzed. Results The difference in the questionnaires between MPD group and control group was statistically significant except SS (allP<0.05). MPD group displayed reduced functional connectivity between bilateral hippocampus and bilateral middle frontal gyrus (P<0.05), while there were no correlations with neuropsychological characteristics (allP>0.05). Conclusion College students with MPD have more emotion disorders, impulsivity, decreasing self-esteem, and poor sleep. The abnormal functional connectivity of hippocampus with middle frontal gyrus might contribute to the neurobiological mechanisms underlying MPD.

Mobile phone dependence; Resting state; Magnetic resonance imaging; Hippocampus; Middle frontal gyrus

河南省科技厅科技攻关项目(132102310063)。

陈瑞(1992—)，女，四川资阳人，在读硕士。研究方向：脑fMRI。E-mail: rr3313221121@163.com

李永丽，郑州大学人民医院放射科，450003。E-mail: shyliyongli@126.com

2016-08-03

2016-10-21

中枢神经影像学

10.13929/j.1003-3289.201608018

R359.1; R445.2

A

1003-3289(2017)02-0193-05