磁共振成像在青少年非自杀性自伤行为中的研究进展

游欣睿， 曹瑞想， 白 岩(综述)， 王梅云(审校)

非自杀性自伤(non-suicidal self-injury，NSSI)行为是指在没有明确自杀计划的情况下，个体故意、重复地伤害自己身体组织的行为，最常见的包括自我切割、划伤、烫伤、敲打等多种方式[1-2]。NSSI是青少年严重的公共卫生问题。NSSI曾被视为边缘性人格障碍的一种症状，在《精神障碍诊断与统计手册(第五版)》中，NSSI已被作为一项疾病单独诊断[3]。NSSI在人群中较普遍，青少年是NSSI发生的高危群体，全世界17%～18%的青少年至少发生过一次NSSI行为[4]，它已成为临床上青少年死亡的第二大死因[5]，且呈上升趋势。一项回顾性研究表明，这一行为的发生通常出现在青少年早期和中期[6]。到目前为止，它被认为是自杀的前奏和显著风险因素，通常与自杀意念(suicidal ideation,SI)有关[7-8]。已有研究证明，分析磁共振成像(MRI)影像结构变化可预测精神分裂症预后[9]。NSSI的发生与维持并不是某个单一因素所致，而是个体心理因素、心理社会学因素与神经生物学三方面综合作用的结果，NSSI目前仍被认为是一个涉及多种神经递质、多个神经通路的复杂现象。近年来，有研究从神经影像学角度探索NSSI可能的影像学机制。NSSI可能是一种消极情绪的应对策略，进而导致重复NSSI行为的出现。本文旨在对多模态MRI在NSSI行为的脑功能和影像学研究进行回顾总结，为将来进一步研究提供参考。

1 三维T1加权成像(3D T1-weighted imaging，3D-T1WI)在NSSI行为中的研究进展

3D-T1WI可获得全脑结构信息，并且可定量检测各脑区的体积。基于体素的形态学测量(voxel-based morphometry，VBM)是一种成熟的以体素为单位进行全脑分析的方法，可用于检测量化组间脑组织的形态差异。NSSI与自我报告的情绪反应和负面情绪调节困难有关[10-11]。以往研究表明，皮质-边缘系统通常参与负性情绪的调节[12-13]。青少年的情绪波动大，调节消极情绪的能力相对不足，NSSI行为的发生可能与特定的神经环路相关。2018年，Ando等[14]通过对29例有NSSI行为史的青少年女性与健康人进行VBM，发现有NSSI行为青少年的脑结构有所改变，特别是额叶系统区域的脑体积。29例NSSI青少年女性患者的脑岛区域灰质体积有显著变化，其前扣带回皮质体积与正常人相比明显减少。Beauchaine等[7]对20例自伤青少年女性和正常对照组进行结构磁共振成像(structural magnetic resonance imaging,sMRI)分析，研究发现自伤少女双侧岛叶皮质和右侧额下回的灰质体积减少。额下回邻近大脑岛叶，也与情绪自我调节相关。此外，该研究还发现岛叶和额下回灰质体积与情绪调节障碍呈负相关关系，这也印证了自伤与情绪调节障碍相关的结论。另有研究表明，NSSI青少年执行功能受损也与前扣带回代谢异常有关[15-16]。有过SI的NSSI青少年也存在前扣带回体积的异常，说明NSSI与SI之间存在神经方面的关联。近年来，在sMRI研究中，NSSI青少年患者脑结构与形态磁共振多针对灰质体积改变，以上研究提示伴NSSI行为的个体脑体积减少与NSSI的发生密切相关。这些研究为青少年NSSI和自杀行为的相关问题提供了重要参考，未来这些发现或许可以反映更广泛的神经障碍。

2 弥散张量磁共振成像(diffusion tensor imaging，DTI)在NSSI行为中的研究进展

DTI是一种MRI技术，可以利用水分子在体素中的各向异性程度和结构方法，在微观水平上评估神经系统解剖结构。由于DTI对检测大脑的细微结构相当敏感，可以一定程度上评价大脑白质纤维束的结构完整性，目前已被用于表征各种正常和异常大脑(阿尔茨海默病、抑郁症等)的白质微结构的差异[17-18]。白质纤维束在许多大脑区域之间发挥着重要作用[19]。通过对29例13～21岁的NSSI女性患者和22名健康人对照研究发现，患者存在广泛的白质微结构缺陷和破坏[20]。研究还发现，在NSSI受试者中，更大的冲动性和NSSI行为严重性与显著的额叶边缘白质纤维束完整性缺陷有关，他们实施NSSI的时间与钩束和扣带回中的白质受损相关。该研究较先前研究增加了样本量，改进了标准张量模型，证实了NSSI的发生与白质紊乱相关，为NSSI行为的早期干预提供了支持。

3 血氧水平依赖(blood oxygen level dependent，BOLD)成像技术在NSSI行为中的研究进展

BOLD技术通过血氧饱和度对比，可以反映神经元的活动，对脑自发性活动相当敏感。功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging,fMRI)通过研究BOLD信号变化，分析脑功能的产生方式、位置及作用效果，能反映人脑在收到某种刺激或静息时大脑功能区的激活情况及对神经活动变化作出的反应，是近10余年来发展的一种成像技术，可分为静息态fMRI和任务态fMRI。

3.1静息态fMRI 静息态fMRI是一种基于BOLD的MRI技术，揭示了被试者在没有从事任何特定脑力任务时发生的大脑过程，即在无明显刺激和明确任务的状态下来测量BOLD信号，反映脑神经元的自发性活动。在诊断和治疗多种精神和神经系统疾病中显示出初步前景，并且其中一些已经开始阐明潜在的神经网络[21-22]。青少年实施NSSI的目的可能是为了调节消极情绪和负面影响[11]，这一观点已经被广泛接受。情绪的调节主要是靠皮质-边缘系统实现的[13]，眶额区、内侧前额叶区和下丘脑自主神经中枢与杏仁核相连，体会情绪涉及高阶眶额区和内测前额区[23]。杏仁核是皮质-边缘环路的关键区域，与启动威胁反应相关联。先前的研究表明，在NSSI青少年患者静息态fMRI和执行消极任务期间的任务态fMRI中，杏仁核-皮质功能连接存在异常，特别是额叶激活降低，杏仁核-前额叶之间连接减弱(消极情绪得到缓解)，这在NSSI患者中普遍存在，可能代表NSSI患者负面情绪调节方面的障碍和把自伤行为作为安慰手段[24-25]。另外，该研究还发现，杏仁核与辅助运动区(supplementary motor area，SMA)和背侧前扣带回皮质的连接增强，这可能是负面情绪影响习惯性行为的机制，从而增加了患者实施NSSI的可能。这些功能MRI的研究成果都指向边缘系统(主要是杏仁核)的觉醒，这也进一步证实NSSI在压力调节过程中起着重要作用。Ho等[26]对抑郁患者自杀和NSSI进行研究，发现两者都与腹侧默认网络连接减少有关，而仅自伤患者表现出较低的前侧默认模式网络和突显网络的一致性。因此可以推测，SI和自伤行为与想象及规划未来的困难相关的大脑网络有关。综上表明，NSSI青少年存在静息态网络连接的异常，但目前相关的影像学研究较少，且主要存在于杏仁核相关功能连接回路，未来的研究可以此为基础，研究杏仁核与其他环路的静息态磁共振功能变化，来探索可能存在的NSSI脑部治疗靶点。

3.2任务态fMRI 任务态fMRI是fMRI的一种方法，受试者被指导执行针对单一功能的特定的任务，例如通过光、声等任务刺激研究语言、记忆、记忆力和感觉功能等脑皮质功能活动。大多数关于NSSI的任务态fMRI研究多集中在情绪管理、疼痛回路、奖赏环路等脑区的改变。

3.2.1 NSSI行为与情绪管理 Schmaal等[27]通过对NSSI患者进行任务态fMRI扫描，发现与对照组相比，患有NSSI的青少年在消极情绪刺激下，外侧和内侧的眶额皮质、额叶皮质有较高的冲动性，这表明NSSI患者调节消极情绪的能力较差。一项对照研究表明，在基线期，NSSI青少年杏仁核与额叶极连通较低，执行消极情绪任务的任务态fMRI发现，NSSI患者的杏仁核和SMA、杏仁核-背侧扣带回皮质连通增强[24]。在控制抑郁症状后，杏仁核-SMA连通仍较强。在使用N-乙酰半胱氨酸干预后，NSSI频率的降低与右SMA引起的左静息态功能连接减少有关，但与右下额叶皮质的右杏仁核静息态功能连接的增加有关。对于伏隔核，NSSI频率降低与右伏核和左上额额叶皮质之间的连通性降低相关[28]。这些初步研究表明，杏仁核和伏隔核可能是潜在的治疗靶点。一项在边缘性人格障碍患者中识别自残行为的功能性磁共振研究中发现，在负性情感刺激期间，此类患者表现出杏仁核的过度激活[29]，这与之前的研究结果保持一致。在分别使用负性情绪反应和情绪调节能力的研究表明，有故意伤害行为的成年人杏仁核、内侧前额叶皮质还有后扣带回区域激活增加[30]。此外，通过对有NSSI行为的女性和健康女性使用多元干扰任务进行研究发现，有NSSI行为的女性扣带回皮质活性增加，背外侧前额叶皮层活性降低[31]，这表明NSSI患者在干扰任务处理中使用不同的皮层区域。通过以上研究可以推测，青少年情绪高反应性和低情绪调节能力与NSSI关系紧密，加之青少年本身易冲动，情绪不稳定也可能成为NSSI行为的诱发因素，从而反复施行NSSI行为，从中获得短暂的满足感，因此，提高情绪控制能力有助于减少NSSI的实施。

3.2.2 NSSI与疼痛知觉 NSSI患者对疼痛的反应也许与正常人不同。已有研究表明，NSSI通过对身体疼痛的习惯影响自杀行为[32]，这表明NSSI患者的痛阈值以及对疼痛的耐受性提高，他们倾向于将疼痛作为一种解压方式。之前有研究发现NSSI患者大脑灰质体积变化也与疼痛刺激存在联系，如NSSI青少年患者的脑岛和前扣带回体积减小[14]。Osuch等[33]通过自我和实验者施加痛苦的冷刺激和比较冷刺激，结果发现NSSI组有更大的血氧水平依赖性反应。此外，研究还发现，有NSSI的青少年右侧眶额皮质和前扣带回皮质之间功能连接降低，这可能意味着NSSI组对痛苦刺激感知不足以及情绪调节能力差。研究结果有助于理解这些患者为什么使用自我施加的疼痛来缓解内部紧张。Dusi等[29]通过分析NSSI患者与健康人的脑fMRI，发现在疼痛刺激期间，NSSI患者表现出前额叶过度激活。以上结论均提示了实施NSSI行为患者在疼痛知觉方面存在异常。

3.2.3 NSSI行为与奖赏网络 NSSI青少年在神经上可能对奖赏刺激高度敏感，奖赏网络的核心包括腹侧纹状体、腹侧苍白球、眶额皮质及前扣带回等。有相关fMRI研究表明，与正常对照组青少年相比，有NSSI意图的青少年在接受金钱奖励刺激后，相比于正常对照组，双侧壳核表现出高度激活的状态[34]，表明有过NSSI想法的青少年，在精神方面上或许对奖励刺激异常灵敏。这为研究自伤与自杀想法的相关性提供了参考，但要注意奖励价值。另外一项预期金钱奖励任务研究表明，NSSI青少年在奖赏加工处理过程中纹状体、眶额皮质还有杏仁核的激活明显降低[35]，进一步暗示了NSSI中与奖励刺激相关的区域。以上研究表明，NSSI患者对近期的奖励刺激相当敏感，对预期的奖励比较迟钝。由此推测，奖赏环路相关的脑区异常激活与NSSI的想法有关，更详细的机制需要进一步的研究来证实。

4 结语

综上所述，对NSSI的神经影像学研究仍处于初始阶段，大多数关于NSSI的影像学研究都是对有NSSI和无NSSI的个体进行比较的横断面研究。目前关于NSSI的神经影像学研究支持广泛脑区异常导致NSSI行为这一结论。而在不同的大脑区域中，大脑发育并不均匀，这种不同步可能会不同程度地影响该年龄段对NSSI的易感性。此外，环境因素、基因表达以及它们之间的相互作用等机制影响大脑发育。目前在NSSI的研究中女性偏多，共病研究较多，针对性研究较少也可能导致研究结果的不一致。为更好地阐明NSSI的独特神经改变，未来的研究可从以下方面着手：第一，鉴于固有的异质性，需要有更大、更多、更具特征的样本量，对以往的研究成果进一步验证与完善。第二，增加关于纵向研究的设计，随着时间的推移，大量NSSI患者是否会发展成自杀行为，与自杀行为之间是否存在神经机制方面的联系，这有待进一步探讨。第三，未来可以结合其他成像方法，比如电生理学等，可能提供不错的信息，也可能有创新的方法来整合神经成像模式和新的数据分析策略。最后，需将青少年神经发育因素考虑在内，同时考虑影响神经成熟的远测风险因素，进一步揭示青春期这一发育阶段的神经回路，探究NSSI更深层的机制、可能存在的靶点和影像学标志物，为NSSI的早期识别和治疗及预后提供参考。