早期阶段双相Ⅰ型躁狂患者杏仁核静息态功能连接初步研究

崔立谦 曹莉萍 邓文皓 邹文锦 林鄞 黄燕萍 宁玉萍 吴华旺

早期阶段双相Ⅰ型躁狂患者杏仁核静息态功能连接初步研究

崔立谦*△曹莉萍※邓文皓※邹文锦※林鄞※黄燕萍*宁玉萍※吴华旺※

目的 探讨早期阶段双相障碍躁狂患者杏仁核静息态功能磁共振功能连接的改变。方法对23例符合《美国精神障碍诊断与统计手册第四版》（DSM-Ⅳ）的双相障碍Ⅰ型躁狂发作诊断标准且病程小于2年的患者及46名性别、年龄与患者匹配的正常对照进行静息态磁共振扫描；以贝克—拉范森躁狂评定量表（Bech-Rafaelsdn mania rating scale，BRMS）评估患者临床症状；在Matlab平台上应用SPM及DPARSF软件选取双侧杏仁核为种子点进行基于感兴趣区的功能连接分析，并比较两组差异；对功能连接强度及量表分进行相关分析。结果与对照组相比，患者组左侧杏仁核与左侧额叶内侧回和左侧前扣带回的静息态磁共振功能连接降低（P＜0.001，未校正）；右侧杏仁核与左侧额叶内侧回和左侧前扣带回、双侧颞上回、右侧岛叶和尾状核静息态磁共振功能连接降低（P＜0.001，未校正）。未发现患者组功能连接差异脑区的功能连接强度与BRMS分有统计学相关性（均P＞0.05）。结论早期阶段双相障碍躁狂患者杏仁核与额叶皮质—边缘结构的功能连接降低，支持双相障碍存在额叶—边缘系统功能障碍的假说。

双相障碍 杏仁核 功能连接

杏仁核是边缘系统的重要结构，在参与情绪或情感的表达和调节方面起关键作用。神经影像研究发现双相障碍患者杏仁核的体积往往发生改变[1]，在识别情绪面孔的任务中异常激活[2]。近年发展的静息态磁共振脑功能连接是计算大脑中感兴趣区功能活动与其余脑区在时间上的同步性，可以从整体上反映大脑功能的改变。初步研究发现双相障碍患者边缘叶结构如杏仁核、丘脑、岛叶与前额皮层、前扣带回之间的功能连接性有改变，但以杏仁核为感兴趣区的研究少见，同时数据分析方法的差异以及样本病程的不同，使得双相障碍患者功能连接的研究结果并不一致[3-4]。为进一步明确双相障碍患者杏仁核功能连接的异常改变，本研究以病程小于2年的躁狂发作患者为对象，进行静息态功能磁共振扫描，以杏仁核为感兴趣区分析与其他脑区的功能连接，以期探讨双相障碍的神经生物学基础。

1 对象与方法

1.1 研究对象患者组为2012年6月至2013年5月广州市脑科医院门诊及住院部患者。纳入标准：①符合《美国精神障碍诊断与统计手册第四版》（Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders,Fourth Edition，DSM-Ⅳ）双相障碍Ⅰ型躁狂发作的诊断标准；②总病程不超过24月；③在入组前至少3个月未服用药物治疗；④在磁共振扫描时服用情感稳定剂或抗精神病药物治疗时间不超过2周。排除标准：①既往接受过电抽搐治疗；②患有神经系统疾病、严重躯体疾病、人格障碍、酒精及药物滥用者；③磁共振检查不合作者。共扫描30例患者，因不能完成扫描或头动不符合标准而排除7例，最终纳入23例患者。其中男性14例，女性9例；年龄16～32岁，平均（23.6±4.9）岁；受教育年限8～17年，中位数与上下四分位数为11（9，16）年；贝克—拉范森躁狂评定量表（Bech-Ra faelsdn mania rating scale，BRMS）1～24分，中位数与上下四分位数为9（3，16）分；17项汉密尔顿抑郁量表（Hamilton depression scale，HAMD）0～9分，中位数与上下四分位数3（2，7）分；病程2～23月，中位数与上下四分位数为6（3，22）个月。

对照组均来自广告征集的志愿者。要求性别、年龄与患者组匹配，且未患有躯体疾病或神经精神系统疾病。共纳入46名对照。男性28名，女性18名；年龄17～33岁，平均（23.8±3.2）岁；受教育年限6～17年，中位数与上下四分位数12（10，15）年。

两组年龄（t=-0.012，P=0.999）、性别分布（χ2＜0.01，P=1.000）、受教育年限（Z=-0.921，P=0.360）的差异均无统计学意义。全部对象均为右利手、汉族。本研究经广州医科大学附属第一医院伦理委员会批准。研究对象均对本研究知情同意，并签署书面知情同意书。

1.2 研究方法

1.2.1 临床评定 由同一名经验丰富的精神专科医师在磁共振扫描前对所有被试者进行一般情况调查，利手评定采用Edinburgh利手测试。对双相I型躁狂患者进行BRMS和HAMD量表评定，以评估躁狂和抑郁症状的严重程度。

1.2.2 fMRI检查 采用Philips Achieva 3.0T X-series MRI扫描仪（Philips，the Netherlands，8通道相控阵线圈）完成所有扫描序列。每次扫描前均经过严格的质量保证检测，以确保信号的稳定性。所有被试者首先进行常规头部磁共振T1加权像（T1weighted image，T1WI）和T2加权像（T2weighted image，T2WI）成像，由一名经验丰富的影像科医师阅图，未发现显著形态学异常者才进入后续的扫描序列。扫描前指导受试者“保持不动，全身放松，全程闭目但不能入睡，尽量不作主动思考”，扫描后询问确认被试者扫描期间未有睡着。fMRI的序列为快速梯度回波（fast field echo，FFE）回波平面成像（echo-planar images，EPI）：重复时间（repetition time，TR）=2000 ms；回波时间（echo time，TE）=30 ms；翻转角=30°；层数=33；矩阵=64× 64；视野（field of view，FOV）=220 mm×220 mm×150 mm；体素大小=3.44 mm×3.44 mm×4 mm，层间距= 0.6 mm；激励次数=1。扫描过程耗时8 min 43 s，包含240个连续时间点。

1.2.3 fMRI数据预处理 fMRI数据预处理软件采用SPM 8（http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm）和静息态fMRI数据处理助手高级版（data processing assistant for resting-state fMRI advanced edition，DPARSFA）。为保证信号稳定，去除前10个时间点。选择第33层为参考层进行时间点校正，并进行三维头动校正，排除范围为x、y及z方向移动超过3 mm或三个方向转动角超过3°。上述数据空间标准化到蒙特利尔神经学研究所（Montreal Neurological Institute，MNI）空间，重采样为边长3 mm的立方体体素。进行高斯核为6 mm的空间平滑化处理。进行数据的去线性漂移和滤波（带宽为0.01～0.08 Hz）降低低频漂移和高频生理学噪声（包括呼吸、心跳）影响。通过回归分析去除白质和脑脊液、6个方向头动参数和全脑信号。功能连接分析使用REST v1.8（http://www.restfmri.net/forum/REST_V1.8）软件在AAL脑区模板（anatomical automatic labeling，AAL）中分别选取左、右侧杏仁核作为感兴趣脑区（regions of interest，ROIs）的种子点文件，进行功能连接计算，并进行Z变换。

1.2.4 fMRI数据分析 使用SPM 8进行双样本t检验，比较患者组和对照组之间功能连接Z值。多重比较选择蒙特卡罗模拟（AlphaSim校正），阈值为未校正P＜0.001且连续体素至少13个。使用REST生成结果图像。

1.3 统计学方法使用SPSS 18.0进行统计分析。年龄等正态分布数据以均数±标准差（）表示，受教育年限和BRMS、HAMD得分等非正态分布的数据以中位数（下四分位数，上四分位数）[M（QL，QU）]表示。两组间年龄比较使用独立样本t检验，受教育年限比较使用Wilcoxon秩和检验。对有差异性脑区功能连接强度与BRMS量表分进行Pearson相关分析。检验水准α为0.05。

2 结果

与对照组相比，患者组左侧杏仁核与左侧额叶内侧回皮质和左侧前扣带回的静息态磁共振功能连接降低（P＜0.001，未校正）；右侧杏仁核与左侧额叶内侧回皮质和左侧前扣带回、双侧颞上回、右侧岛叶和尾状核静息态磁共振功能连接减少（P＜0.001，未校正）。见表1及图1、2。未发现功能连接增强的脑区。

杏仁核功能连接减少的脑区中，左侧杏仁核和左侧额叶内侧皮质及左侧前扣带回（r=-0.137，P=0.532），右侧杏仁核和左侧额叶内侧皮质及左侧前扣带回（r=0.102，P=0.645）、右侧岛叶（r=-0.395，P=0.062）、右侧颞上回（r=-0.002，P= 0.993）、左侧颞上回（r=0.375，P=0.078）、右侧尾状核间（r=-0.162，P=0.460）功能连接强度的改变与BRMS量表分均不具有统计学相关性。

表1 患者组与对照组相比较杏仁核功能连减少的脑区

图1 患者组和躁狂组比较，左侧杏仁核功能连接有差异的脑区图中数值为MNI空间z轴坐标。右侧色带表示T值范围，暖色系为患者组功能连接强度较对照组低，冷色系为患者组功能连接强度较对照组高。图中黄色区域表示患者组相对于对照组与杏仁核功能连接降低的区域，图中蓝色区域表示患者组相对于对照组与杏仁核功能连接增强的区域

图2 患者组和对照组比较，右侧杏仁核功能连接有差异的脑区图中数值为MNI空间z轴坐标。右侧色带表示T值范围，暖色系为患者组功能连接强度较对照组低，冷色系为患者组功能连接强度较对照组高。图中黄色区域表示患者组相对于对照组与杏仁核功能连接降低的区域，图中蓝色区域表示患者组相对于对照组与杏仁核功能连接增强的区域

3 讨论

既往研究发现杏仁核在与双相障碍相关的神经环路中似乎起中心作用，负责情绪刺激的评估[5]。本研究选择杏仁核作为种子点，进行静息态磁共振功能连接的分析，能够更好地了解躁狂患者情绪调节障碍的脑网络机制。

双相障碍患者在早期阶段病程往往是进展的，随着发作次数的增加，其脑结构和功能的损害也更明显[6]。本研究选择病程小于2年的躁狂患者，可了解早期阶段的脑功能连接损害，对早期诊断和疗效判断有重要价值。本研究发现躁狂患者表现为杏仁核与内侧额叶—边缘系统神经环路内部结构的功能连接降低，包括与额叶内侧回皮质、前扣带回、岛叶和尾状核静息态磁共振功能连接降低。额叶—边缘系统包括腹内侧和背外侧前额叶、前扣带回、后扣带回、岛叶、杏仁核、海马旁回等结构，被认为在双相情感障碍的发生发展中起关键作用[4]。内侧额叶皮质在情绪调节中发挥重要作用，研究显示内侧前额叶受损的患者常常出现类似躁狂发作的症状，如戏剧性行为、冲动控制障碍和易激惹等[7]。Chepenik等[8]报道双相障碍静息态磁共振腹侧前额皮质与杏仁核功能连接降低。对躁狂患者使用独立主成分分析建立的默认网络也发现腹内侧前额皮质连接性降低[9]。Liu等[2]对杏仁核的亚结构进行分析，也发现双相障碍部分亚结构如表层核、中央内侧核与内侧额叶皮质的功能连接降低。扣带回是情感整合功能相关的关键脑区，前扣带回与杏仁核调节负性信息的处理并建立适应性反应，是对信息的情绪意义进行认知评价的重要脑区。岛叶位于大脑半球中心，在感觉、注意情绪控制、自省等方面发挥重要作用，是双相障碍静息态情感网络和执行网络重叠的区域[10]。研究发现双相障碍患者前扣带和岛叶灰质减少[11]。躁狂患者前扣带回激活下降[4]，膝前扣带皮质与左杏仁核连接性降低[12]。尾状核是基底节的重要结构，研究推测与双相障碍的情绪周期性波动有关。既往研究显示，躁狂患者尾状核体积减小、激活增高；儿童躁狂患者尾状核低频振荡波幅增加；缓解期患者右侧颞上回与左尾状核静息态功能连接降低[13]。这些脑区结构和功能的变化说明双相障碍额叶和边缘系统环路的异常，本研究中杏仁核与内侧额叶皮质、前扣带回、岛叶、尾状核功能连接性降低的结果与上述结果相一致，说明双相障碍在早期阶段即存在额叶—边缘系统功能障碍。

双相障碍这种功能连接下降的机制尚不清楚。在大脑的纤维联系中，内囊前肢是连接眶额皮质、前扣带、杏仁核、纹状体等额叶—边缘系统的主要白质，多个研究已发现双相障碍患者内囊白质的完整性损害[14]。钩束是连接眶额皮质、前扣带回和杏仁核的主要纤维束，弥散张量成像（diffusion tensor imagine,DTI）研究报道双相障碍患者左右钩束各向异性（fractional anisotropy,FA）值异常[15]；在识别情绪面孔时，双相障碍患者腹内侧前额与杏仁核功能连接减少并与钩束FA值的降低相关[16]。脑岛与中额皮层、眶额皮层、前扣带回、杏仁核均有传入与传出神经纤维联系。一项定量的meta分析显示，躁狂患者额叶皮质和边缘系统包括杏仁核在任务相关的功能影像中异常激活[17]。因此本研究中杏仁核与内侧额叶皮质及边缘系统结构连接性降低，推测可能是躁狂患者内在白质结构损害或功能调节异常的反映。Vai等[4]总结近年双相障碍功能连接和有效连接的研究，发现双相障碍在躁狂或抑郁等情绪状态下，或在未患病的亲属中，都存在腹外侧前额皮质、眶额皮质和边缘系统结构间连接性降低，提出这种额叶—边缘网络连接的降低可作为双相障碍的一种内表型，支持此网络环路功能异常是双相障碍的生物学标记。

杏仁核与颞上回的功能连接改变在以前的研究中较少发现。在神经解剖上额叶、颞叶、边缘皮层灰质间存在广泛的纤维联系，颞上回不仅参与听觉的形成，还与杏仁核、前扣带回等一起参与情绪的调节和社会认知。部分研究发现双相障碍患者颞上回灰质体积异常[18]。有研究提示右侧颞叶白质完整性的损害可能是双相障碍的内表型[19]；双相障碍患者在受到情绪图片和词语刺激时颞叶皮质有明显激活[20]。与上述研究结果相一致，本研究结果显示早期阶段双相障碍也存在颞叶—边缘系统的功能连接损害。

本研究未发现差异脑区的功能连接与BRMS评分有相关关系，推测这种功能连接的减少可能是特质性的。本研究的限制在于躁狂发作时患者的配合度差，只有在药物控制躁狂症状到可合作的程度才能进行扫描，因此无法排除情感稳定剂和抗精神病药物的影响。但患者组病程少于2年，扫描时服药时间较短，因此本研究中药物对于患者脑功能连接的异常改变影响应不大。另外，本研究使用AAL脑区模板来选取杏仁核作为感兴趣脑区，可能存在感兴趣区分辨率低，影响功能连接结果的可能，将来尚需使用独立成分分析等技术进行深入分析。

总之，本研究结果发现早期阶段双相障碍患者杏仁核与额叶、颞叶、边缘系统结构静息态功能连接降低，支持额叶—边缘系统网络功能障碍假说。将来的研究需采用结构和功能影像技术联合的方法、提高样本量和样本同质性、进行随访研究并关注高危人群等研究手段来对双相障碍的神经病理机制进行深入研究。

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Resting state functional connectivity analysis of the amygdala in the early stage of bipolar I disorder.

CUI Liqian,CAO Liping,DENG Wenhao,ZOU Wenjin,LIN Yin,NING Yuping,WU Huawang.
The First Affiliated Hospital of Guangzhou Medical University,Guangzhou 510120,China.Tel:020-83062021.

ObjectiveTo explore the resting statefunctional connectivity alterations and study the neural underpinnings of patients in the early stage of bipolar disoder.MethodsResting-state fMRI data were collected from 23 patients who meet DSM-IV diagnostic criteria for current manic episode and with duration less than 2 years and from 46 ageand gender-matched healthy control subject.Functional connectivity maps from the amygdala were computed for each subject.Correlation analysis was performed between the FC values and Bech-Rafaelsdn Mania Rating Scale.ResultsCompared with health controls,bipolar disorder patients had significantly decreased left amygdala connectivity to the left medial frontal cortex and left anterior cingulate cortex（P＜0.001，without correction）as well as decreased right amygdala connectivity to the left medial frontal cortex,left anterior cingulated,bilateral superior temporal gyrus,right insula and the caudate nucleus（P＜0.001，without correction）.There was no correlation between the altered amygdala functional connectivity and clinical symptom scores（P＞0.05）.ConclusionsA reduced connectivity between the amygdala and fronto-limbic structure indicates the fronto-limbic network dysfunction in the early stage of bipolar disorder,which suggestthat a disruption brain connectivity within frontal–limbic system may be a possible biomarker for bipolar I disorder.

Bipolar disorder Amygdala Founctional connectivity

R749.4

A

2014-07-28）

（责任编辑:肖雅妮）

10.3936/j.issn.1002-0152.2014.10.006

☆广东省自然科学基金博士启动项目（编号：S2011040003729）；广东省科技计划项目（编号：2012B031800433）

*广州医科大学附属第一医院精神医学科（广州 510120）

△中山大学附属第一医院临床心理科

※广州市惠爱医院（广州医科大学附属脑科医院）