吸烟成瘾青少年大脑自发活动变化

隋文禹,薛 婷,曹景超,喻大华,王宏德

(1.内蒙古科技大学信息工程学院,2.理学院,内蒙古 包头 014010;3.锡林郭勒盟蒙医医院影像科, 内蒙古 锡林郭勒 026000)

青少年吸烟成瘾为严重公共卫生问题,可引发慢性呼吸道疾病、恶性肿瘤及心血管疾病等,对青少年身心健康造成不良影响[1-2]。吸烟成瘾可使大脑出现不可逆结构变化并影响大脑功能而致注意力偏差[3-5]。有学者[6]采用分数低频振幅(fractional amplitude of low-frequency fluctuation, fALFF)和功能连接方法,发现吸烟成瘾可致部分脑区活动变化。WANG等[7]通过fALFF观察,发现针刺治疗可显著改善吸烟成瘾渴望。薛婷等[8]以低频振荡振幅百分比方法发现吸烟成瘾青少年部分脑区活动改变与吸烟年限显著相关;QIU等[9]采用低频振幅方法发现吸烟成瘾可影响大脑自发神经活动。上述研究均假设静息态下大脑静止不变,而未考虑其动态特性。本研究采用动、静态fALFF方法观察吸烟成瘾青少年大脑自发活动变化。

1 资料与方法

1.1 一般资料 于2022年1月—6月前瞻性招募内蒙古科技大学42名吸烟成瘾在校大学生(吸烟组),均为男性,年龄16～24岁、平均(19.6±1.7)岁;首次吸烟年龄12～18岁、平均(14.3±1.9)岁,烟龄3～7年、平均(4.43±1.93)年;吸烟频率1～4.5包年、平均(2.44±0.77)包年,尼古丁依赖测试(Fagerstrom test for nicotine dependence, FTND)评分5～10分、平均(6.83±1.56)分。纳入标准:①右利手;②无躯体疾病;③无影响脑功能及结构的疾病;④无精神病、神经病、遗传病史,且目前精神状况良好;⑤无MR扫描禁忌证;⑥符合《美国精神障碍诊断与统计手册》第5版(diagnostic and statistical manual of mental disorders-Ⅴ criteria, DSM-Ⅴ)诊断尼古丁依赖标准;⑦FTND评分>3分;⑧烟龄>2年,且每日吸烟数量≥10支;⑨参与研究前6个月内无戒烟行为或戒烟≤3个月;⑩无药物、酒精及毒品依赖史或其他成瘾史(如赌博、网络游戏等)。另选取同期内蒙古科技大学与吸烟组学历(本科)相匹配的42名非吸烟成瘾的健康在校大学生为对照组,均为男性,年龄16～23岁、平均(19.0±1.6)岁;均符合吸烟组纳入标准①～⑤,入组前共吸烟不超过5支,且长期共同居住者无吸烟行为。本研究获医学伦理委员会批准。受试者均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 采用Philips Achieva 3.0T MR扫描仪。嘱受试者平卧、保持清醒,双耳佩戴耳塞;以泡沫垫固定其头部,采集头部静息态功能MRI;参数:平面回波序列,TR 2 000 ms,TE 30 ms,层厚5 mm,矩阵64×64,FA 90°,体素1 mm3,采集时长360 s,共采集180个时间点。

1.3 数据处理及分析 采用Dpabi工具包中的Dparsf进行数据预处理[10],包括剔除前10个时间点、校正至同一时间层(使时间点对齐至参考层)、头动校正(剔除头部平移>3 mm、旋转>3°者)、空间标准化[统一配准至蒙特利尔神经病学研究所(Montreal Neurological Institute, MNI)模板]、空间平滑(采用6 mm半峰全宽高斯核滤波器)、去线性漂移及带通滤波。采用Dpabi工具包中的动、静态分析模块,计算静态fALFF(static fALFF, sfALFF)并以滑动窗口算法计算动态fALFF(dynamic fALFF, dfALFF),设置窗宽为30 TR、步长为1 TR。

1.4 统计学分析 采用SPSS 26.0统计分析软件。以±s表示计量资料,行独立样本t检验。采用SPM12软件,以独立样本t检验及GRF校正比较sfALFF值和dfALFF值,以连续体素数量>10、体素水平P<0.005、簇水平P<0.05为差异有统计学意义。采用Pearson相关性分析评估吸烟组sfALFF值、dfALFF值与FTND评分、烟龄和吸烟频率的相关性。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2组青少年年龄差异无统计学意义(P>0.05)。

相比对照组,吸烟组左侧距状裂周围皮层、右侧额下回三角部sfALFF值及左侧眶部额中回、左侧颞中回、左侧海马、左侧额下回三角部、右侧楔叶dfALFF值升高,而左侧颞下回、右侧枕中回、右侧顶下缘角回及左侧额中回sfALFF值降低。见表1及图1。

图1 BrainNet View可视化图示吸烟成瘾与非吸烟成瘾青少年存在差异脑区 A.sfALFF值存在组间差异脑区; B.dfALFF值存在组间差异脑区 (暖色区域表示吸烟成瘾青少年sfALFF值和dfALFF值升高,冷色区域表示吸烟成瘾青少年sfALFF值降低)

表1 吸烟成瘾与非吸烟成瘾青少年存在差异脑区

吸烟组左侧额中回sfALFF值与FTND评分呈负相关(r=-0.352,P=0.011),左侧额下回三角部dfALFF值与吸烟频率呈正相关(r=0.286,P=0.033);其余组间参数差异具有统计学意义脑区的sfALFF值和dfALFF值与FTND评分、吸烟频率及烟龄均无明显相关(P均>0.05)。见图2、3。

图2 吸烟成瘾青少年左侧额中回sfALFF值与其FTND评分的相关性的散点图 图3 吸烟成瘾青少年左侧额下回三角部dfALFF值与吸烟频率的相关性的散点图

3 讨论

本研究以sfALFF和dfALFF方法观察吸烟成瘾对青少年大脑结构及功能的影响。相比既往常用的静态低频振幅方法,sfALFF可减少个体差异的影响,dfALFF则能更好地反映大脑动态特性[11-13]。

sfALFF有助于降低生理噪声的干扰,提升检测自发性脑活动的敏感度和特异度。距状裂周围皮层是大脑视觉处理的重要组成部分[14],额下回三角部是大脑运动语言中枢的重要组成部分。本研究发现,相比对照组,吸烟组左侧距状裂周围皮层和右侧额下回三角部sfALFF值升高,提示吸烟成瘾已对视觉和运动语言能力造成影响。颞下回和额中回分别是颞叶和额叶的组成部分,与思维、情感记忆、运动控制等功能密切相关[15-16]。顶下缘角回和枕中回分别属于顶叶和枕叶的组成部分,与信息言语整合、视觉处理等功能密切相关[17]。本研究吸烟组左侧颞下回、右侧枕中回、右侧顶下缘角回及左侧额中回sfALFF值降低,表明吸烟成瘾可对青少年上述功能造成影响;其中运动控制能力受损可进一步导致其自控能力下降而加重吸烟成瘾程度。Pearson相关性分析表明,左侧额中回sfALFF值与FTND评分呈负相关,提示随烟瘾程度增加,青少年思维记忆和运动控制能力受损程度加重。

dfALFF可更好地捕捉大脑动态特性,检出常规静态研究不易显示的异常脑区。眶部额中回和额下回三角部是额叶的一部分,海马位于大脑边缘叶,三者均在学习记忆中发挥重要作用[18-19];颞中回是颞叶的一部分,主要负责视听感觉处理,并与情感记忆存在一定相关性[4,20];而楔叶是枕叶的一部分,主要负责视觉加工和处理。本研究发现吸烟组左侧眶部额中回、左侧颞中回、左侧海马、左侧额下回三角部及右侧楔叶dfALFF值升高,表明吸烟成瘾对青少年学习记忆功能造成不可逆影响,并能强化其视觉刺激,使之对吸烟具有更强烈的渴望。同时,本研究相关性分析结果表明,吸烟成瘾青少年左侧额下回三角部dfALFF值与吸烟频率呈正相关,表明随吸烟频率增加,其学习记忆能力逐渐受损。

综上所述,吸烟成瘾青少年大脑局部自发神经活动存在异常,且与FTND评分和吸烟频率相关。但本研究样本量小,且受试者均为在校男大学生,存在一定偏倚,有待后续加以完善。