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基于磁共振成像的早发性精神分裂症脑功能异常研究

【摘要】:精神分裂症是现代社会中最为常见的精神疾病之一,具有高患病率、高复发率和高致残率等特点。精神分裂症患者常出现病因不明的妄想、幻觉、思维混乱等阳性症状;以及缺乏意志/冷漠、快感缺乏和社交回避等阴性症状;同时伴有认知损伤和情绪失常。多维度的临床表征,复杂的病因等问题仍然阻碍着我们对精神分裂症的生物学标记和针对性治疗的探究。尽管如此,遗传学、生理学和神经科学的研究都表明大脑的功能异常是精神分裂症临床表征的神经生物学基础。近年来,安全无创的磁共振影像学技术为我们探索精神分裂症的脑影像学表征,揭示精神分裂症的病理生理学过程提供了重要的技术支撑。此外,早发性精神分裂症因其发病时间较早,较少受到年龄和药物的交互影响,又为研究精神分裂症青少年期的脑功能异常提供了一个独特的视角。因此,本论文借助于磁共振影像学技术对早发性精神分裂症患者的大脑功能异常进行了多个测度的研究,以探索精神分裂症鲁棒性的影像学标记以及其临床表征潜在的神经病理学机制。研究内容包括以下五个方面:1.利用功能连接密度的方法,探究早发性精神分裂症患者大脑不同频段的功能连接特征。结果发现,在slow-4(0.027-0.08 Hz)频段下,默认网络的功能连接是突显的,而在slow-5(0.01-0.027Hz)频段下,皮层下区域的连接是突显的。此外,显著的频率和疾病的交互效应被发现存在于左侧楔前叶。具体来说,早发性精神分裂症组相对于正常对照组,在slow-4频段表现出显著降低的功能连接密度,但是在slow-5频段与正常对照组没有显著的差异。而且,早发性精神分裂症患者楔前叶在slow-4频段的功能连接密度改变与其临床症状显著负相关。该研究绘制了大脑在不同频段下的功能连接模式图,进而发现了早发性精神分裂症患者楔前叶在slow-4频段的调节机制异常,为精神分裂症的病理生理学机制研究提供了新的视角。2.利用了动态功能连接的方法,探测早发性精神分裂症患者大脑整体与局部的动态信息交流模式。结果表明,大脑整体对局部脑区活动的影响是动态的,而且可以划分为五个不同的状态。全脑信号的影响在第一个状态中主要是感觉运动网络;第二个状态中,主要是默认网络;在第三个状态中,主要是额叶-顶叶网络和扣带-岛盖网络;在第四个状态中,主要是感觉运动和皮层下区域;在第五个状态中,主要是感觉运动和默认网络。特别的,早发性精神分裂症患者小脑、壳核和缘上回的变化与其临床症状呈显著的负相关。这些结果表明,大脑整体活动对于局部活动的影响是动态的。在早发性精神分裂症患者中,大脑整体与默认网络和皮层下网络之间的信息交流出现了异常。这些发现为探究精神分裂症的时空精神病理学机制提供了新的思路。3.拓展了功能连接密度的方法,探究早发性精神分裂症患者的白质功能连接异常模式。结果发现,大脑白质中存在与灰质相似的的功能核心节点。在短距离尺度中,大脑白质的功能核心节点主要在冠状束和小脑;在长距离尺度中,大脑白质的功能核心节点主要位于外囊和脑桥部。与正常对照相比,在短距离尺度中,早发性精神分裂症患者在冠状束上部表现出功能连接密度降低;在长短距离尺度中,早发性精神分裂症患者在扣带束表现出功能连接升高,但是在右侧中缝核背部降低。同时,右侧中缝核背部的功能连接密度改变与早发性精神分裂症患者的临床症状呈显著负相关,其远距离的调节异常模式也被进一步发现。本研究发现精神分裂症患者的功能失连接假说不仅仅存在于灰质中,也存在于白质中。同时,中缝核环路的异常与精神分裂症患者的临床表征之间存在联系。这些发现表明精神分裂症的病理生理学机制可能与其白质中的功能性失连接有关。4.建立了支持向量机模型来探究整合特征作为精神分裂症影像学标记的可靠性以及整合特征对于临床表征的预测效果。结果发现,相对于利用各自域的特征,整合后的特征能够更好的将早发性精神分裂症组跟正常对照组分开。不过,在预测模型中,不同域的特征对于精神分裂症临床表征不同维度的预测各有所长,整合后的预测效果也没有表现出显著的优势。该发现表明影像学多个域下的特征整合可能为精神分裂症的早期诊断提供参考,而精神分裂症患者临床表征不同维度下的病理生理学机制是不同的。5.发展了个体化的功能和结构脑影像学分析方法,整合了多个模态的数据来探究早发性精神分裂症患者个体阴性症状的潜在病理机制。结果发现,左侧额叶白质的功能连接和结构属性与早发性精神分裂症患者个体的阴性症状显著相关。由额叶白质参与的血清素环路以及额叶-扣带环路对早发性精神分裂症患者个体的阴性临床表征贡献最大。此外,早发性精神分裂症患者改变的额叶白质功能和结构连接均与其临床症状评分显著负相关。本发现证实了额叶白质与精神分裂症患者阴性症状的关系,为利用白质功能连接来揭示精神分裂症的白质功能信息异常提供了初步的证据。

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