酒精使用障碍患者双侧伏隔核-全脑功能连接静息态fMRI 研究

戴云蕊 张洁 喻婷婷 李臣鸿 陈军

酒精使用障碍（alcohol use disorder，AUD）的特征是对饮酒失去控制，伴随着与动机行为的执行以及压力和情绪控制相关的脑区的改变［1］。AUD临床诊断常通过第5 版精神障碍诊断与统计手册（diagnostic and statistical manual of mental disorders fifth edition，DSM-5）的标准化问卷来判断，如果患者在过去12 个月内至少满足两个AUD 标准，则被归类为AUD，酒精依赖和酒精滥用同属于AUD［2］。奖赏被认为是成瘾行为发展的重要机制。中脑皮质边缘通路通常被称为“奖赏通路”，这是一个巨大而复杂的网络中枢，综合了动机、情感、学习、认知、压力和感觉运动信息，主要由两条神经化学通路组成，即中脑边缘通路和中脑皮质通路，前者从中脑腹侧被盖区通过前脑束内侧延伸到伏隔核（nucleus accumbens，NAc）［3］。研究表明，NAc 在参与成瘾形成的脑区和神经回路中占有中心位置。包括酒精在内的大多数成瘾物质会导致NAc 细胞外多巴胺浓度增加，通过反复暴露，具有成瘾潜能的物质可能会成为一种强有力的奖励，并强化刺激，最终导致成瘾行为的发生［4］。近年来，随着功能磁共振成像（functional magnetic resonance imaging，fMRI）的发展，越来越多的研究开始关注AUD 患者脑功能的改变，但国内鲜见AUD 患者NAc 相关fMRI 研究。本研究拟以双侧NAc 作为种子点，探讨AUD 患者静息状态下NAc-全脑功能连接（functional connectivity，FC）改变，为AUD 的成瘾机制提供新见解。

资料与方法

1.研究对象

酒精使用障碍组：于2019 年9 月～2020 年6月临床收集AUD 患者32 例，所有患者均符合DSM-5 中AUD 诊断标准，均为右利手，男性。纳入标准：（1）年龄30～60 岁；（2）饮酒时间超过10年，日均饮酒量大于150 ml （以42°白酒为标准）；（3）密西根酒精依赖调查表（Michigan alcoholism screening test，MAST）评分（总和法）大于等于6分；（4）尼古丁依赖检测量表评分在0～5 分之间。排除标准（伴有以下情况之一者将被排除）：（1）既往头颅外伤史或脑血管病、脑肿瘤等神经系统疾病或颅脑手术史；（2）高血压、糖尿病、冠心病及家族遗传病；（3）癫痫或精神疾病史；（4）除酒精以外的其他物质成瘾史；（5）MRI 检查禁忌证者。

健康对照组：同期招募健康志愿者21 例。纳入标准：（1）无酒精及其他物质依赖；（2）年龄、性别、利手、受教育程度等与酒精使用障碍组相匹配。排除标准：同酒精使用障碍组。

本研究经过武汉大学人民医院临床研究伦理委员会批准（2018K-C061），所有受试者均被告知试验内容和磁共振检查注意事项，均自愿参加并签署了知情同意书。本研究不涉及任何利益冲突。

2.图像采集

使用3.0 T MRI（GE Discovery MR 750 w）扫描仪，8 通道头部线圈，采用配套的橡胶软塞及泡沫耳塞固定头部，以降低设备噪音，防止运动伪影。嘱受试者在扫描过程中保持静止，尽量不思考问题。所有受试者首先进行常规T1WI、T2WI、T2-FLAIR 序列扫描，由两名影像诊断医师排除器质性颅脑损害后再进行3D T1WI 结构像及静息态fMRI 功能像数据采集。高分辨率3D T1WI 采用矢状位进行扫描，扫描参数：TR 8.5 ms，TE 3.3 ms，视野240 mm×240 mm，FA 12°，层厚1.0 mm，无间距扫描，矩阵256×256，体素1 mm×1 mm×1 mm。静息态fMRI 图像采用梯度回波平面成像（echo planar imaging，EPI）序列进行扫描，扫描参数：TR 2000 ms，TE 25 ms，视野240 mm×240 mm，FA 90°，层厚3.5 mm，层间距0.6 mm，层数40 层，矩阵大小64×64，扫描时间约8 min。

3.数据处理

预处理：采用基于Matlab R2013b（http://cn.mathworks.com/products/matlab/）操作界面，在SPM 12（http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/）运行环境下的DPABI（http://rfmri.org/dpabi）软件进行数据预处理。预处理过程包括：（1）图像格式转换：采用DPABI 自带的工具，将所有被试者原始数据DICOM 格式文件转换为4D NIFTI 格式；（2）剔除前10 个时间点，最终每个数据保留后230 个时间点进行后续分析；（3）时间层校正：各个扫描层之间的采集时间是有差异的，通过一定的算法纠正这一时间差异，调整到同一时间点；（4）头动校正：排除头部运动平移超过3.0 mm 或任意方向旋转超过3.0°的被试；（5）空间标准化:将所有被试的功能像利用DARTEL 方法与结构像匹配并归一化到标准蒙特利尔神经研究所（montreal neurological institute，MNI）空间，重采样分辨率为3 mm×3 mm×3 mm；（6）平滑：使用半高全宽为6 mm 的高斯核对标准化之后的图像进行空间平滑；（7）去线性偏移；（8）低频滤波：使用频率为0.01～0.08 Hz 的带通滤波对受试者数据进行处理；（9）去除协变量：提取脑脊液、白质、全脑和头动的平均信号作为协变量进行简单线性回归，以排除这些因素对结构造成的影响。

FC 分析：参考Gu 等［5］定义的伏隔核Talairach坐标，使用REST 软件（http://www.restfmri.net）以±12、±8 作为双侧伏隔核中心坐标值，以6 mm 为半径获取球形兴趣区，提取该区域内的平均时间序列，与全脑其他区域进行基于体素的时间序列相关分析，获得成对区域的相关系数，得到FC 统计图，并将相关系数进行Fisher Z 转换，使数据符合正态分布。

4.统计学分析

计量资料统计分析：首先检验其正态性及方差齐性，若都满足则采用SPSS 26.0 软件对计量资料进行独立样本t 检验，统计描述以均数±标准差（±s）表示，以P＜0.05 为差异具有统计学意义；若数据不满足正态分布则采用非参数检验，统计描述采用中位数（四分位数间距），以P＜0.05 为差异具有统计学意义。

FC 结果统计分析：采用SPM 12 软件（http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/）对酒精使用障碍组和健康对照组FC 转换后的Z 分数统计图行双样本t 检验。使用Rest Slice Viewer 软件查看统计结果，采用Alphasim 方法进行多重比较校正（FWHM=6，rmm=5，P=0.05），将连续体素＞228 个体素（6156 mm3），P<0.05 的脑区定义为差异有统计学意义的区域，记录其MNI 坐标，查看具体解剖位置，并记录t 值。

结果

1.一般资料的统计结果

经头动校正，共6 例（酒精使用障碍患者4 例，健康对照2 例）数据被剔除，最终28 例酒精使用障碍患者和19 例健康对照纳入此研究。所有被试均为男性、右利手，两组的一般资料符合正态分布和方差齐性检验；年龄、受教育程度、MoCA、MMSE评分两组间无统计学差异（P＞0.05）（表1）。酒精使用障碍组的饮酒年限为（25.14±10.60）年，MAST评分（总和法）为（8.43±3.98）分，ADS 评分为（9.14±4.67）分。

2.酒精使用障碍组与健康对照组的双侧伏隔核-全脑FC 差异

采用双样本t 检验对酒精使用障碍组和健康对照组FC 转换后的Z 分数统计图进行统计分析，结果显示：以左侧伏隔核作为种子点，酒精使用障碍组较健康对照组静息态下FC 减弱的脑区包括左侧颞上回、右侧缘上回、右侧额中回、右侧小脑山坡，差异有统计学意义（Alphasim 校正，P＜0.05）（表2，图1）；无FC 增强的脑区。以右侧伏隔核作为种子点，酒精使用障碍组较健康对照组静息态下FC 减弱的脑区包括左侧枕下回、右侧额中回、右侧颞中回、右侧梭状回，差异有统计学意义（Alphasim 校正，P＜0.05）（表3，图2）；无FC 增强的脑区。

讨论

本研究创新性使用NAc 作为种子点，探讨AUD 患者全脑FC 改变。结果显示，与健康对照组相比，AUD 患者双侧NAc-全脑FC 无增强脑区，而FC 减弱脑区多位于右侧。高辉［6］研究发现，慢性酒精依赖患者右侧伏隔核体积大于左侧，这可能与大脑运动皮层和皮层下结构功能不对称有关，也可能与利手情况有关（均为右利手）。本研究同样仅纳入右利手患者，因此脑区分布是否与利手相关还需进一步研究。

表1 酒精使用障碍组与健康对照组一般计量资料比较

表2 酒精使用障碍组较健康对照组左侧伏隔核-全脑FC 改变的脑区（Alphasim 校正，P＜0.05）

表3 酒精使用障碍组较健康对照组右侧伏隔核-全脑FC 改变的脑区（Alphasim 校正，P＜0.05）

NAc 属于腹侧纹状体，主要与边缘系统相连。神经化学和免疫组织化学将其分为外侧的壳和内侧的核。NAc 作为杏仁核、基底节区、中脑边缘多巴胺能区、丘脑内侧区和前额叶皮质之间的中枢结构，在杏仁核复合体向这些区域的信息传递中起着重要的调节作用，与前额叶皮质和杏仁核一起构成大脑回路，负责与工作相关的功能［7］。研究表明［8］，慢性酒精暴露会导致NAc-前额叶皮质的γ-氨基丁酸能和谷氨酸能突触发生神经适应，这种改变可能会引起相应脑区结构和功能的改变。本研究发现AUD 患者双侧NAc-右侧额中回FC减弱，该结果证实了先前有关AUD 患者额-纹状体FC 减弱的报道［9,10］，进一步验证了慢性酒精暴露对额-纹状体回路的影响。Galandra 等［9］指出AUD 患者认知功能的下降主要涉及与工作记忆和注意力相关的执行脑区，如背外侧前额叶是执行控制网络的关键节点，它的改变可能会导致患者认知功能障碍。对此，还需更多的临床资料及量表来判断患者认知功能状况。

小脑也是易受酒精损害的脑区之一，研究表明约10%～25%的酗酒者会发生小脑变性，其被认为是AUD 最常见的中枢神经系统并发症，主要表现为小脑性共济失调［11］。此前已有研究报道AUD患者小脑灰白质的萎缩［12,13］。AUD 与脑损伤有关，尤其是额-顶叶-小脑回路，此回路异常与语言、空间工作记忆、执行功能以及步态和平衡改变有关［14］。Balsters 等［15］从BrainMap 数据库收集健康受试者的神经影像学资料进行研究，结果显示小脑和前额叶和顶叶的共激活，验证了此回路的存在。另有学者［16］使用低频振幅（amplitude of low frequency fluctuation，ALFF）分析法研究慢性酒精依赖患者与健康对照组大脑活动的差异，结果显示患者右侧顶下小叶和右侧辅助运动区ALFF 值较高，而左侧楔前叶和双侧小脑后叶ALFF 值减低，提示长期酗酒会扰乱前额叶-顶叶-小脑回路。本研究发现AUD 患者双侧NAc-右侧额中回和左侧NAc-右侧缘上回、右侧小脑山坡FC 均减弱，缘上回属于顶下小叶脑区，这可能提示NAc 功能异常破坏了额-顶叶-小脑回路。

既往研究表明，枕叶主要与视觉处理有关，颞叶与视觉与听觉功能有关，颞上回作为初级听觉皮层，负责声音的感知，颞中回、颞下回以处理视觉信息为主［17］。在注意调节过程中，包括背外侧前额叶、梭状回和颞上回皮质在内的额颞回路与抑制无关信息和干扰物有关。Bach 等［18］指出酒精依赖患者双侧颞上回、颞中回和颞下回灰质体积均减小，并与酒精脱氢酶基因有关。此外，在奖赏和惩罚的背景下，NAc、边缘和包括颞叶在内的旁边缘系统，在情绪反应和行为调控中起着关键作用，而行为和情绪调节不良是AUD 的核心特征［19］。本研究发现AUD 患者左侧NAc-左侧颞上回、右侧NAc-右侧颞中回、右侧梭状回及左侧枕下回FC均减弱，该结果提示患者大脑奖赏通路和额颞回路可能受到影响，从而引起情绪不稳，注意力下降和视听觉改变。但目前文献并不一致，Han 等［20］使用背外侧前额叶作为种子点，观察到慢性酒精依赖患者背外侧前额叶、颞叶和纹状体之间FC 增强。其差异可能是种子点的选取导致的，需要进一步研究。

慢性酒精依赖及滥用对神经系统的影响通常是不可逆的。本研究AUD 组与健康对照组包括MoCA、MMSE 在内的临床资料无统计学差异，表明这种神经系统改变可能很细微，可发生在无明显临床症状提示病理改变的情况下。也说明了fMRI 作为一项新技术，能较早的发现患者神经系统改变，虽然需要进一步的证据来阐明所见变化的神经病理学机制。

当前研究的局限性在于：首先，本研究样本量较小，还需要更大的样本量来对结果进行验证；其次，本研究仅纳入男性、右利手受试者，对于性别和利手情况对结果的影响不得而知。总之，本研究结果表明AUD 患者存在NAc-多个脑区FC 改变，长期酒精暴露可能破坏了患者奖赏通路、额-纹状体、额-顶叶-小脑以及额颞回路，为AUD 的成瘾机制研究提供了一定影像学依据。