抑郁对颅脑创伤患者认知功能影响的fMRI研究

许国勤杨卫廷汤伟军诸索宇吴雪海孙莉敏邵春红



抑郁对颅脑创伤患者认知功能影响的fMRI研究

许国勤1杨卫廷2汤伟军3诸索宇4吴雪海5孙莉敏6邵春红4

【摘要】目的：探讨抑郁对颅脑创伤（TBI）患者认知功能的影响。方法：对2012年1月-2014年10月间，在华山医院门诊或住院的颅脑创伤患者进行筛查，入组伴及不伴抑郁的颅脑创伤患者共80例。所有患者在fMRI扫描下完成反应抑制任务。一般人口学及行为学数据采用SPSS 16.0进行统计学分析，fMRI数据使用SPM8软件进行分析。结果：80例患者均完成行为学认知实验及情绪评估，3例头动明显患者的功能磁共振数据被剔除。伴抑郁TBI组患者执行反应抑制任务时，激活的脑区明显多于不伴抑郁TBI的患者，主要集中在前额叶皮质、前扣带回吻部、背外侧前额叶皮质。结论：伴抑郁TBI患者执行认知任务时，需要激活更多脑区，可能与管理认知脑区的代偿参与有关。

【关键词】颅脑创伤；抑郁；认知功能；功能磁共振成像

创伤性颅脑损伤（traumatic brain injury，TBI）简称颅脑创伤，是导致年轻人死亡或致残的主要原因［1］。在美国TBI的主要原因是战争，估计15%～20%部署在战区的士兵遭受过轻度颅脑损伤［2］。TBI后认知、情感、行为、躯体和社会心理的问题被统称为神经精神后遗症，以TBI后抑郁最为常见［3-4］。这些患者躯体疾病似乎恢复，但很难融入家庭、工作和社会中，常被认为是“会走路的伤员”，严重影响患者的生活质量和重返工作岗位，增加了家庭和国家对他们的费用支出，造成重大的经济损失，是世界各国面临的严重问题［5-6］。本研究拟在TBI患者中，初步探讨抑郁对TBI患者认知功能的影响。

方 法

1. 被试者选择

TBI被试者来自2012年1月-2014年10月间，在华山医院永和分院康复病房和华山医院总院神经外科门诊或住院部就诊的颅脑创伤患者。在此期间，共筛查498名患者，但由于评估患者的情绪状态和认知功能需要患者的状况恢复较好，可以理解实验目的，很多患者不符合入组标准，最终截止于2014年10月30日，收集到伴抑郁的TBI患者40例，不伴抑郁的TBI患者40例，样本总量共计80例。

1.1. 入组标准：符合神经外科颅脑创伤诊断标准；创伤后遗忘（post traumatic amnesia， PTA）已经恢复；年龄18～50岁，教育年限：初中或以上；TBI 6个月后进行认知任务和抑郁筛查；能够配合认知功能和情绪评定，可以配合fMRI检测；签署书面知情同意书。

1.2. 排除标准：其他神经或精神障碍史，成瘾物质依赖史，严重心、肝、肾脏疾病史，女性怀孕。

2. 筛查工具

采用Glasgow 昏迷量表（Glasgow Coma Scale， GCS）评定损伤程度。

使用简明国际神经精神障碍访谈检查MINI中文版评定是否伴发DSM-IV诊断标准的抑郁障碍。MINI.一个简单、有效和可靠的定式访谈工具，主要用于筛查、诊断《精神障碍诊断和统计手册第四版（DSM-IV）》和《国际疾病分类（第十版）》（ICD-10）中的精神疾病。

抑郁程度采用17项汉密尔顿抑郁量表（hamilton depression scale， HAMD-17）进行评估。该量表1960年由Hamilton编制，是临床上最为普遍的用于评定抑郁程度的量表，有17项、21项和24项3种版本，本研究采用17项版本。

3.认知功能检查

采用选择反应时（choice reaction）中的刺激反应相容性效应（stimulus-response compatibility effect， SRC）模式，评定被试者的认知控制功能。SRC是一种选择性反应时任务，能很好地揭示反应抑制的情况，而反应抑制又反映了认知领域的注意、记忆、视空间信息处理和执行等功能。

4. 功能磁共振检查

扫描设备为华山医院的3.0 T磁共振成像系统（SIEMENS，Magnetom Verio）。被试者在任务态功能磁共振（task-based fMRI）下执行反应抑制认知任务。实验任务与背景任务均采用区组设计（Block Design），采用E-Prime软件呈现任务。要求患者根据提示，选择用同侧手还是对侧手对该刺激做出反应。一个trial持续2s，一个block16个trial，共完成2个run。扫描参数为：TR，2000ms；TE，30ms；层厚，4mm；层数，36；FOV，240mm；Matrix，64×64；Measurements，178。

5. 数据分析

5.1行为学数据分析：采用SPSS软件（16.0版本）进行数据处理和统计分析。符合正态分布的计量资料采用均数加减标准差表示，两组比较采用成组t检验方法，计数资料比较用卡方检验。P＜0.05表示差异有显著性。

5.2任务态功能磁共振数据分析（SPM8软件处理）：①MRI序列的DICOM图像经PACS传输至后处理工作站，经格式转换后为nifti数据格式；②功能图像采用SPM8软件进行图像的预处理，包括：头动校正（realign）、配准（coregister ）、标化（normalization）和平滑（smooth）；③经预处理后的图像采用GLM模型，进行first-level的分析，包括参数估计和统计学检验，获得每一个被试的统计参数图；④所有被试按不同临床类型分组后，基于first-level分析的结果进行second-level的分析（组分析），采用双样本t检验（两组间），获得不同任务时不同组间反应区域的差异，获得差异脑区的定位和定量。

结 果

1. 两组被试者的一般人口学资料、抑郁评分和脑损害程度（表1）

表1 伴及不伴抑郁TBI被试者一般人口学资料、抑郁及GCS比较

表1结果提示，伴及不伴抑郁TBI被试者，除HAMD抑郁评分的差异有统计学意义，其余年龄、性别、教育年限及GCS损伤程度评分的差异均未见统计学意义（P＞0.05）。

2. 两组被试者的认知功能比较（图1）

图1 伴及不伴抑郁TBI被试者认知功能的比较。

图1结果提示，无论对于相容性还是不相容性刺激，伴抑郁的TBI被试者执行SRC任务时，所需的反应时明显高于不伴抑郁的TBI被试者。每组TBI被试者在SRC任务中，对于相容性刺激的反应时均低于不相容性刺激的反应时。表明刺激和反应越相容，反应越快，所需的反应时间越短。

3.两组被试者执行认知功能任务时的功能磁共振情况（图2）

图2 显示伴抑郁的TBI患者执行认知任务时，激活的脑区明显多于不伴抑郁的被试者，主要集中在内侧前额叶皮质、前扣带回吻部、背外侧前额叶皮质。提示执行认知任务时，很多管理认知的脑区被调动去参与，可能是一种代偿功能。

讨 论

国外已经重视对TBI后神经精神症状的研究，如TBI后抑郁。我国目前对TBI的研究主要集中在急性重型颅脑创伤病人的处理，使得病人的死亡率降低至30%以下，这是令人欣喜的进步。但对TBI存活者，尤其是那些生活能够自理，甚至可以恢复工作的TBI患者存留抑郁症状重视不够，相关研究亦少。

本研究显示，抑郁对TBI患者的认知功能有一定程度的影响。无论对于相容性还是不相容性刺激，伴抑郁的TBI被试者执行SRC任务时，所需的反应时间明显高于不伴抑郁的TBI被试者。表明刺激和反应越相容，反应越快，所需的反应时间越短。这一结论，与Rao等的结果［7］一致。他们对TBI后伴及不伴抑郁患者进行了脑代谢率、局部脑体积和认知功能的对比。初步结果发现，TBI后伴抑郁组在额颞叶功能测验中表现更差，右侧基底节胆碱/肌酐和N-天冬氨酸/肌酐的比率降低，此外右额叶、左侧枕叶和左侧颞叶局部脑体积减少。因此，推测伴发抑郁症加重了TBI后的认知损害，额颞叶和基底节可能在TBI后抑郁症中起一定作用。

此外，本研究fMRI结果显示，与不伴抑郁的TBI患者相比，伴抑郁的TBI患者执行认知任务时，激活的脑区明显多于不伴抑郁的被试者，主要集中在内侧前额叶皮质、前扣带回吻部、背外侧前额叶皮质。这一结论，与既往对TBI与非TBI患者认知功能的研究结果类似。与非TBI被试者相比，TBI患者执行认知功能任务（如工作记忆或抑制）时，脑激活的程度更加广泛［8-9］。推测这种广泛激活可能是一种代偿，提示执行认知任务时，大脑调动了多个脑区共同参与。但也有学者认为，这种过度激活是一种神经资源的浪费，如Scheibel等［10］发现TBI患者执行认知控制任务时，激活多个脑区，包括左侧中央前回和双侧扣带回、额叶内侧回、额中回和额上回。但在非TBI患者2中观察到的与执行准确性有关的前扣带回和内侧前额叶，却没有发现激活。所以，该研究认为激活区域虽然增加，却与TBI患者执行的任务无关，因此认为这种激活是是一种无效激流。

我们的研究结果显示，TBI伴抑郁组患者过度激活的脑区既与认知功能有关，又与情感调节有关。因此，我们也支持代偿机制。同时，我们也推测，TBI患者的损害程度，恢复时间的长短以及是否共患其他疾病，都可能影响这种过度激活。也许大脑就是根据上述这些复杂的因素，决定是进入代偿期还是失代偿期。Scheibel等［11］的研究也支持我们上述推测，他们研究了中、重度TBI患者执行刺激反应相容性任务时，功能磁共振成像上脑区激活的差异。结果发现GCS总分和言语分越低，脑激活的程度越高。GCS总分8或以下的患者，视觉注意和认知控制的脑区激活更强、更广泛。因此，他们推测脑区过度激活至少部分性地代表了功能的改善。新近发表的一项静息态功能磁共振研究显示，慢性TBI伴抑郁症的患者（病程平均8年），杏仁核的连接性相对增强，主要集中在突显、躯体运动、背侧注意、视觉等网络，也包括边缘-皮质情感环路和脑干。这一结论似乎从静息态功能磁共振角度，提供了TBI伴抑郁增加了大脑代偿的证据［12］。

这些结果均提示，今后值得根据损害程度、损害部位或损害后恢复时间，进一步细化TBI患者的分组，并探讨对抑郁这一可能治疗的情况干预后，大脑激活脑区的变化。

参 考 文 献

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［2］Chase RP， McMahon SA， Winch PJ. Injury careers after blast exposure among combat veterans deployed to Iraq or Afghanistan. Soc Sci Med， 2015，147：309-316.

［3］Hart T， Hoffman JM， Pretz C， et al. A longitudinal study of major and minor depression following traumatic brain injury. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation， 2012，93 ：1343-1349.

［4］Sigurdardottir S， Andelic N， Roe C， et al. Identifying longitudinal trajectories of emotional distress symptoms 5 years after traumatic brain injury. Brain Injury，2014，28 ：1542-1550.

［5］Juengst SB， Adams LM， Bogner JA， et al. Trajectories of life satisfaction after traumatic brain injury： Influence of life roles，age， cognitive disability， and depressive symptoms. Rehabilitation Psychology，2015，60 ：353-364.

［6］Perry DC， Sturm VE， Peterson MJ， et al. Association of traumatic brain injury with subsequent neurological and psychiatric disease： a meta-analysis. Journal of Neurosurgery，2016，124 ：511-526.

［7］Rao V， Munro CA， Rosenberg P， et al. Neuroanatomical correlates of depression in post traumatic brain injury： preliminary results of a pilot study. The Journal of Neuropsychiatry and Clinical Neurosciences，2010，22 ：231-235.

［8］Christodoulou C， DeLuca J， Ricker JH， et al. Functional magnetic resonance imaging of working memory impairment after traumatic brain injury. Journal of Neurology， Neurosurgery， and Psychiatry，2001，71 ：161-168.

［9］Scheibel RS， Pearson DA， Faria LP， et al. An fMRI study of executive functioning after severe diffuse TBI. Brain Injury， 2003，17：919-930.

［10］Scheibel RS， Newsome MR， Steinberg JL， et al. Altered brain activation during cognitive control in patients with moderate to severe traumatic brain injury. Neurorehabilitation and Neural Repair，2007，21 ：36-45.

［11］Scheibel RS， Newsome MR， Troyanskaya M， et al. Effects of severity of traumatic brain injury and brain reserve on cognitive-control related brain activation. Journal of Neurotrauma， 2009，26 ：1447-1461.

［12］Han K， Chapman SB， Krawczyk DC. Altered Amygdala Connectivity in Individuals with Chronic Traumatic Brain Injury and Comorbid Depressive Symptoms. Frontiers in Neurology，2015，6：231.

中国医学计算机成像杂志，2016，22：207-211

Chin Comput Med Imag，2016，22：207-211

1 Department of Medical Psychology， First Affiliated Hospital， Jiaotong University

2 Department of Neurology， Huashan Hospital， Fudan University

3 Department of Radiology， Huashan Hospital， Fudan University

4 Department of Psychiatry， Huashan Hospital， Fudan University

5 Department of Neurosurgery， Huashan Hospital， Fudan University

6 Department of Rehabilitation， Huashan Hospital， Fudan University

# XU Guo-qin and YANG Wei-ting contributed equally to the work.

Address：12 Wulumuqi Road （middle）， Shanghai 200040， P.R.C.

Address Correspondence to SHAO Chun-hong （E-mail： chunhongshao@ fudan.edu.cn）

2. Natural Science Foundation of China No. 81201033

中图分类号：R445.2

文献标志码：A

文章编号：1006-5741（2016）-03-0207-05

收稿时间：（2015.12.22；修回时间：2016.03.15）

作者单位：1 交通大学附属第一人民医院医学心理科2复旦大学附属华山医院神经内科3 复旦大学附属华山医院放射科4 复旦大学附属华山医院精神医学科5 复旦大学附属华山医院神经外科6 复旦大学附属华山医院康复科

通信地址：上海市乌鲁木齐中路12号 ，上海 200040 s： 1. Shanghai Health Bureau Foundation. No. 20114358

通信作者：邵春红 （电子邮箱：chunhongshao@fudan.edu.cn）# 许国勤和杨卫廷为共同第一作者

基金项目：上海市卫生局课题 No. 20114358；国家自然科学基金青年基金No. 81201033

The Effect of Depression on the Cognitive Function in Patients with Traumatic Brain Injury： a fMRI Study

XU Guo-qin1， YANG Wei-ting2， TANG Wei-jun3， ZHU Suo-yu4， WU Xue-hai5，SUN Li-min6， SHAO Chun-hong4

【Abstract】Purpose： To explore the effect of depression on the cognitive function in patients with traumatic brain injury （TBI）. Methods： We screened the patients with TBI when they came to the department of neurosurgery in Huashan hospital， Fudan University during Jan. 1， 2012 to Oct.30， 2014. Totally 80 participants were recruited into the study. There were 40 participants in each group of TBI patients with depression or without depression， respectively. All participants performed the response inhibition task when they were undergone fMRI exam. SPSS16.0 was used to analyze the behavioral data and demographic data. In addition， functional imaging data was processed by SPM8.Results： All participants fnished the behavioral task and the evaluation of the depression. The functional data of 3 participants were moved out of the analysis due to the head movement. The result demonstrated that the total scores of HAMD were much higher in the group with depression（21.60±2.49）than that in the group without depression （5.90±1.23）. But there was no statistically difference in age， sex， education and the severity of brain injury between the two groups. Compared with patients without depression， the reaction time was much longer in patients with depression，no matter the stimuli were compatible or incompatible. More brain areas were activated when performing cognitive task in the group with depression， compared with the group without depression. The activated regions mainly located on the prefrontal cortex， anterior cingulated gyrus and dosal lateral prefrontal cortex. Conclusion： Depression has effect on the cognitive function of patient with traumatic brain injury. The effect was not only responded by the longer reaction time， but also the more activated brain regions when performing cognitive functional task. The activated regions mainly located on prefrontal cortex and anterior cingulated gurus. The higher activation might be a kind of compensation.

【Key words】Traumatic brain injury；Depression；Cognitive function；Functional magnetic resonance