失眠障碍患者记忆功能与海马结构及功能影像的相关性*

张丹伟 汪周兵 李月峰2 李国海

中国普通人群睡眠障碍检出率为15.0%[1]。长期失眠会大大增加车祸、工伤等事故的发生几率，同时也会使多种内科疾病，例如高血压、冠心病、心脏病、脑中风等发生明显增多，而其对大脑的最主要的影响是认知功能的损害，长期失眠的患者记忆力下降明显[2]。海马是对过去回忆以产生记忆以及对未来畅想等神经精神活动的主要大脑结构[3]。认知存在缺陷的个体与海马结构及其周边区域的损伤相关[4，5]。长期慢性或周期性的睡眠剥夺既会导致海马活性降低，又会使海马神经元细胞受到抑制而降低再生能力，从而对其记忆和学习功能再次造成负性的影响[6，7]。弥散张量成像(DTI)这一影像技术能够显示大脑白质纤维走向，从而用来评价白质结构的完整性[8]。而利用该技术对于失眠障碍患者脑结构以及功能影像学研究，相对于功能磁共振(fMRI)还很鲜见[9～11]。本研究采用结构影像和弥散张量成像技术，利用九盒迷宫实验测试，探寻失眠障碍患者记忆功能与海马形态结构以及功能影像的关系。

1 对象与方法

1.1 对象 选取2015年11月～2017年12月在镇江市精神卫生中心门诊或住院的失眠障碍患者22例纳入研究组。入组标准：(1)符合美国精神障碍诊断与统计手册第五版(DSM-5)中关于失眠障碍的诊断标准[12]；(2)年龄20～60岁；(3)受教育程度不低于6年，理解能力正常；(4)匹兹堡睡眠质量指数(Pittsburgh Sleep Quality Index，PSQI)评测总分>7分；(5)汉密尔顿焦虑量表(Hamilton Anxiety Scale，HAMA)评测总分<7分，汉密尔顿抑郁量表-17项版(Hamilton Depression Scale-17，HAMD-17)评测总分<7 分；(6)两周前无镇静类、精神类、安眠类用药史，以及影响睡眠和记忆力的其他用药史。对照组为身体健康的本院职工或者职工亲友，共纳入17例。入组标准：(1)要求在性别、年龄、受教育程度等基本资料上与研究组保持大体匹配；(2)与DSM-5中列出的精神疾病的各项诊断标准完全不符；(3)PSQI≤7分，HAMA≤7分，HAMD-17≤7分；(4)两组成员相互间无任何血缘关系；(5)身体无严重疾病，或显著的记忆力下降。所有受试者排除标准：(1)近两周有过镇静安眠类、精神类、抗癫痫类等影响记忆力的用药史；(2)患有慢性疼痛类的各种严重躯体病症者，外伤、感染程度较为严重者，心脏类、肿瘤类、甲状腺类疾病；(3)抑郁症、焦虑障碍、精神分裂症等精神类疾病者；(4)因中枢神经机制异常引起的失眠障碍者，如脑卒中、脑外伤、帕金森病、阿尔茨海默病、血管性痴呆等；(5)女性孕期、哺乳期者，存在视力、听力异常者。本研究经过医院伦理委员会讨论同意，并获得所有受试者的知情同意。

1.2 方法

1.2.1 一般情况收集 采用一般资料调查表，采集入组者的性别、年龄、民族、就业状况、受教育程度、病史、用药史、治疗史等。

1.2.2 睡眠质量、情绪、认知评估 研究组和对照组均采用PSQI和埃普沃思嗜睡量表(Epworth Sleepiness Scale，Ess)评估睡眠质量，失眠严重程度指数量表(Insomnia Severity Index，ISI)评估失眠严重程度，HAMD-17和HAMA评估抑郁和焦虑水平，蒙特利尔认知评估量表(Montreal Cognitive Assessment, MoCA)评估受试者的总体认知功能。

1.2.3 记忆功能测试 九盒迷宫实验在采光良好的环境中进行，所需物品包括一个圆形桌子、9个相同的纸杯、10件日常常见小物品以及5张印有上述10件物品的图片册。首先，在受试者面前逐一展示上述10件小物品，让其知晓物件名称，尽可能记住这些物体，然后随机在两个倒置的纸杯中分别放入随机挑选的两样物品。在之后的实验过程中，这两个物体和纸杯位置都不会改变，然后在另外两个纸杯中放入其他两样物品，在之后的实验中每次放入的物品和纸杯都会改变，最后让受试者在原地自转2次后改变位置，对照图片册指出放入纸杯的物品及其所在的纸杯位置。实验者分别记录受试者指认的物体及纸杯位置的错误次数。上述步骤共重复5次(首次结果不计入统计)，受试者在每个方位均需受到记忆检测。在这个测试过程中，一开始放进纸杯的两个物品及对应的纸杯位置一直保持不变，形成物体参考记忆和空间参考记忆，之后放入的另外两个物品和纸杯位置保持变化，形成物体工作记忆和空间工作记忆，统计每次错误数。

1.2.4 影像学检查 本研究中的所有磁共振扫描检测，全部是由NoⅦs 3.0T超导磁共振(德国西门子)完成。共扫描横、冠、矢3个方位。扫描参数：轴位自旋回波序列T2wI(TME=1 378/110 ms)，2 mm的层厚，256×256的矩阵面积，视野(FOV)=24 cm，无间距扫描；矢状位快速场梯度回声(FFE)，T1WI(TME=97/2 ms)，256×256的矩阵面积，2 mm的层厚，视野=24 cm，无间距扫描。发射和接收线圈为标准头线圈。

1.2.4.1 海马体积测定 依据之前扫描获得的图像全部传输至Novus影像工作站。定界海马结构的方法，借鉴了Watson C等[13]在研究中实施的测定方法：计算公式为：(S1+S2+……SN)×厚度=海马的体积，该值与颅内容积的大小关联较大。颅内容积的3条径线长度，在既往研究中有多种衡量标准，而较为恒定的为AC-PC线，即连合间径(前、后连合中点间的连接线)。该线也是确定各轴面的标准。基准轴位面为AC-PC的水平面，基准冠状面的确定以AC-PC中点垂直于轴位面的冠状面，基准矢状面为AC-PC的正中矢状面，3条线相乘的积就是颅内容积(Intracranial Volume，ICV)的值。为了海马体积的精确度，要先求出标准化系数，也就是所有参与者的ICV平均值，与参与者的单个ICV实测值之比。消除不一致颅内容积产生的影响后，所有单个海马标准化体积的计算方法为：标准化系数×单个实测海马体积。

1.2.4.2 DTI扫描 将之前扫描得到的DTI的原始数据图像首先进行变形矫正以及运动校正。分析软件使用的是Philips PRIDE软件包，进一步应用DoDTI软件包，此软件包基于Matlab7.01平台 (http：//neuroimage．yonsei．ac．Kr/dodti)，然后处理生成FA图及ADC图。对所有受试者的FA图及ADC图分别进行空间标准化。选取海马作为感兴趣区，分别测量其FA值及ADC值。

2 结果

2.1 两组人口学资料及量表评分比较 对照组共入组17名，其中男9名，女8名，年龄平均(43.71±8.92)岁；研究组22例，其中男13例，女9例，年龄平均(47.55±7.84)岁。两组性别、年龄、教育年限、ESS评分、MoCA总分比较差异均无统计学意义(P>0.05)；PSQI总分、ISI评分、HAMA评分、HAMD-17评分比较差异有统计学意义(P<0.05)。见表1。

表1 两组人口学资料及量表评分比较

2.2 两组记忆功能比较 研究组物体工作记忆、空间工作记忆均表现较差(P<0.05)。两组间物体参考、空间参考及物体再认比较差异均无统计学意义(P>0.05)。见表2。

表2 两组记忆功能比较

2.3 两组海马体积比较 研究组左、右侧及总海马标准化体积均小于对照组(P<0.01)。见表3。

表3 两组海马体积比较

2.4 海马体积与记忆功能的相关性分析 标准化左侧及总海马体积与空间工作记忆错误数呈负相关(P<0.05)。见表4。

表4 海马体积与记忆功能的相关性分析(r)

注：*P<0.05,**P<0.01

2.5 失眠障碍患者海马体积与病程的关系 研究组所有患者病程均超过10年，标准化左、右两侧体积及总海马体积均与病程呈负相关(P1=0.000，P2=0.001，P3=0.000)。见图1。

图1 失眠障碍患者海马体积与病程关系

2.6 两组各项异性和表观弥散系数比较 研究组海马FA值小于对照组(P<0.05)，ADC值大于对照组(P<0.05)。见表5。

表5 两组海马FA值与ADC值结果比较

2.7 研究组各项异性和表观弥散系数与记忆功能相关性分析 研究组FA值与空间参考记忆、空间工作记忆呈负相关(P<0.05)。ADC值与空间工作记忆功能呈正相关(P<0.05)。见表6。

表6 研究组FA值、ADC值与记忆记忆功能相关性分析(r)

注：*P<0.05

3 讨论

临床工作中，失眠患者经常会有入睡困难、睡眠维持困难、早醒、容易惊醒等主诉，睡眠障碍患者不仅仅在夜间的睡眠结构出现了紊乱，日间功能受损也普遍存在。两组PSQI评分比较差异有统计学意义，ISI评分结果也显示研究组较高。ESS量表与对照组比较差异无统计学意义，推测可能与失眠障碍患者持续的过度觉醒机制有关[14]。本研究还显示了，研究组不仅空间工作记忆不如对照组，物体工作记忆相对于对照组也较差，结果与Noh HJ等[15]关于原发性失眠患者海马与客观记忆之间关系的研究结果一致。失眠障碍患者形态学研究目前并不多，是否有海马体积的萎缩目前仍存在争议[15～17]。本研究显示，两组受试者左、右两侧及总海马体积对比中，研究组均小于对照组。但其具体机制仍不清楚。海马、前额叶、内侧眶额、前扣带回以及杏仁核等部位均属于糖皮质激素受体分布较多的区域，对库欣病患者的探索中确认了海马萎缩和皮质醇的平均水平相关[18]。既往部分研究指出，夜间皮质醇较高或与睡眠效率低下相关[19]。所以通过病因学的层面来观察，推测睡眠质量下降有很大几率会借助皮质醇水平间接地对海马体积产生影响。

本研究中显示了空间工作记忆所出现的错误数与左侧及总海马体积表现出负相关。海马是构成记忆功能的重要解剖结构，在产生和存储记忆的过程中扮演重要的角色，密切影响空间记忆能力[20]。动物实验证实，经过持续时间较长的睡眠剥夺之后，脑中的谷氨酸分泌细胞会更加有活力，而谷氨酸浓度较高时会使海马受到干扰，抑制海马的记忆功能[21]。

海马通过白质纤维束通路与各功能灰质核团产生广泛的联系，从而产生多种类型记忆、情感、运动控制以及神经内分泌活动等[22]。本研究所使用的DTI成像技术，突破了传统的 MRI扫描方法无法评估到白质微观异常的缺点，该技术可以很好地检测脑白质微结构的改变，一定程度上反映病理生理学变化。FA值可以用来反映神经纤维的完整性以及损伤情况。ADC值主要反映了组织中水分子扩散的速度和范围，体现细胞外间隙的大小，反映了髓鞘的瓦解程度和神经轴突的受损。本研究发现研究组与对照组相比海马区FA值较小，ADC值较大。提示研究组海马脑白质微细结构的损伤，但具体机制有待进一步了解。

Hartley T等[23]研究发现大鼠海马中存在着与空间位置信息有关的位置细胞，推测认知地图位于海马区。本研究也发现了失眠障碍患者FA值与空间记忆功能呈负相关，说明海马区白质纤维损伤越严重，患者的空间记忆能力越差。而有研究提示白质损害在早期就可以导致包括记忆功能在内的认知功能障碍[24，25]。脑白质的改变可以反映出认知功能受损的程度[26]。而对于轻度认知障碍(Mild Cognitive Impairment,MCI)的患者，FA值和海马体积均能用于预测记忆力进行性下降[27]。DTI 所检测到的白质微结构变化常常先于海马体积的萎缩[28]。故可以推断失眠障碍患者的记忆力减退以及认知改变与海马局部区域白质损伤有密切的关系，FA值的减少可能是疾病的素质性特征。

本研究虽然确定了海马体积、弥散张量成像所反映的白质损害与空间记忆、失眠障碍之间有一致性关系，但由于是横断面研究，不能分析互相之间的因果关系，以后的研究中需进一步加大样本量，结合PSG等多种睡眠监测手段，以期为失眠障碍找到一项生物学指标。