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目的:本研究采用结构和功能磁共振研究方法,通过随访研究,探索双相障碍患者（bipolar disorder,BD）在抑郁期和稳定期大脑自发神经活动、大脑结构、大脑功能网络的动态及静态功能连接特点及变化模式、以及这些变化与患者的认知及临床症状之间的相关性,探索BD患者的发病机制及其生物学特征,为BD抑郁的早期识别及治疗提供生物学依据。研究方法:本研究在基线纳入未服药BD抑郁患者77例,健康对照（healthy control,HC）69例,对患者进行临床症状评估、神经认知检测和结构及功能核磁共振检查,数据采集完后对患者进行随访,每月对患者的临床症状进行评估,随访至BD抑郁患者病情稳定至少3个月,纳入汉密尔顿抑郁量表17项（Hamilton depression scale 17 items,HAMD-17）＜7分,杨氏躁狂量表（Young manic rating scale,YMRS）＜6分的患者,进行第二次临床症状评估、神经认知检测及结构和功能磁共振检查,本研究中共随访到43例BD稳定期患者。在本研究中,功能磁共振主要对患者的大脑自发神经活动和大脑功能网络连接进行研究,采用低频振幅（amplitude of low-frequency fluctuation,ALFF）、比率低频振幅（fractional amplitude of low-frequency fluctuation,fALFF）及局部一致性（regional homogeneity,ReHo）评估大脑自发神经活动;采用静态功能连接（static functional connectivity,sFC）和动态功能连接（dynamic functional connectivity,dFC）方法研究大脑功能网络之间及网络内部的连接模式;大脑结构磁共振研究采用基于脑表面的形态学（surface-based morphology,SBM）方法计算大脑皮层厚度（cortical thickness,CT）、回指数（gyrification index,GI）、沟深度（sulcal depth,SD）、分形维度（fractal dimension,FD）了解大脑皮层的结构及形态变化。并采用logistic回归分析,分别建立大脑自发神经活动和大脑结构回归模型;运用威斯康星卡片分类测验（Wisconsin card sorting test,WCST）、Stroop色词测试（stroop color and word test,SCWT）、连线测验A,B（trail making test A and B,TMT A and TMT B）、词语流畅性测验（verbal fluency test,VFT）、霍普金斯言语学习测验修订版（Hopkins verbal learning test-revised,HVLT-R）测试被试的认知能力。研究结果:（1）大脑自发神经活动研究结果fALFF研究结果:与HC组相比,BD抑郁患者组双侧中央后回fALFF值显著降低,双侧额中回fALFF值显著增高（P＜0.05,FDR校正）。与BD抑郁患者相比,BD稳定期患者双侧颞极、右侧额下回三角、双侧中央前回fALFF值显著降低（P＜0.05,FDR校正）。ALFF研究结果:与HC组相比,BD抑郁患者组左侧脑岛、双侧中央后回ALFF值显著降低（P＜0.05,FDR校正）;左侧罗兰迪克岛盖（rolandic operculum,ROL）、左侧角回、左侧辅助运动区、右侧额中回ALFF值显著增高（P＜0.05,FDR校正）;与BD抑郁患者相比,BD稳定期患者双侧中央后回、左侧楔前叶ALFF值显著增高（P＜0.05,FDR校正）。ReHo研究结果:与HC组相比,BD抑郁患者组双侧中央前回、双侧中央后回、右侧楔前叶ReHo值显著降低（P＜0.05,FDR校正）;双侧额中回、右侧额下回三角、左侧ROL的ReHo值显著增高（P＜0.05,FDR校正）。BD抑郁患者和BD稳定期患者ReHo比较差异无统计学意义（P＞0.05,FDR校正）。BD抑郁患者大脑自发神经活动异常脑区和认知相关分析结果:BD抑郁患者右侧额中回ReHo值和HVLT-R的即刻回忆、延迟回忆显著相关（P＜0.00023,Bonferroni校正）。采用大脑自发神经活动建立的回归模型如下:Y=2.948-1.211X2-1.390X4+1.100X7,其中X2为左侧中央后回的ALFF、X4为左侧中央后回的fALFF、X7为左侧额中回的ReHo。方程经过Hosmer and Lemeshow检验,χ~2=8.147,P=0.320,P＞0.05,方程有意义,ROC曲线下面积训练集为0.723,验证集为0.716。（2）大脑功能网络连接结果sFC分析结果:和HC组比较,BD抑郁患者组三重网络连接:凸显网络（salience network,SAN）和执行控制网络（executive control network,ECN）连接增加,SAN、ECN内部连接增加（P＜0.01,FDR校正）;三重网络和感知运动及语言网络的连接:默认网络（default-mode network,DMN）和听觉网络（Auditory network,AUD）、感觉运动网络（sensorimotor network,SMN）、语言网络（language network,LAN）连接增加,ECN和AUD和视觉网络（visual network,VIS）连接增加,SAN和AUD、SMN、LAN连接增加（P＜0.01,FDR校正）;感知运动及语言网络之间的连接:SMN和VIS连接增加,AUD和LAN连接增加,VIS和AUD网络连结成分中有增加也有下降（P＜0.01,FDR校正）。BD抑郁患者和BD稳定期患者比较,sFC比较差异无统计学意义（P＞0.01,FDR矫正）。dFC分析结果:和HC组比较,BD抑郁患者组状态1:ECN和SAN连接下降（P＜0.05,FDR校正）;状态4:三重网络的连接:DMN、SAN内部连接增加,ECN内部连接下降;DMN和ECN、SAN连接均增加,SAN和ECN连接下降;三重网络和感知运动及语言网络的连接:DMN和VIS连接下降;ECN和AUD、VIS、SMN、LAN连接增加;SAN和VIS连接增加;感知运动及语言网络之间的连接:AUD内部连接下降;BG和VIS连接增加（P＜0.05,FDR校正）。BD抑郁患者和BD稳定期患者比较,状态4的ECN和VIS、LAN连接下降,VIS内部连接增加（P＜0.05,FDR校正）。BD抑郁患者组和HC组4个状态的dFC指标包括时间分数、平均停留时间和转换次数比较结果显示,总时间分数（状态1）、平均停留时间（状态1）2组比较差异有统计学意义（P＜0.006,Bonferroni校正）。状态3的平均停留时间、时间分数和概念化水平百分数显著相关（P＜0.0006,Bonferroni校正）。（3）大脑结构研究结果CT结果:和HC组相比,BD抑郁患者组左侧大脑团块1（外侧枕叶、额上回、楔前叶、顶下小叶、脑岛、颞上回、梭状回、颞下回、颞中回、舌回、外侧眶额叶、额中回喙部、后扣带）、团块2（额中回尾部、额下回岛盖）、团块3（中央前回、中央后回）CT显著增高（P＜0.01,FWE校正）。BD抑郁患者年龄与左侧外侧眶额叶CT、左侧脑岛CT显著相关（P＜0.00029,Bonferroni校正）。SD结果:和HC组相比,BD抑郁患者左侧大脑团块1（梭状回、舌回、额上回）、团块2（颞中回、颞下回）、团块3（外侧眶额叶）SD显著降低（P＜0.01,FWE校正）。和BD抑郁患者相比,BD稳定期患者左侧大脑团块1（梭状回、舌回、额上回）、团块2（脑岛）、团块3（颞中回、颞下回）、团块4（外侧眶额叶）SD显著增高（P＜0.01,FWE校正）。FD结果:和HC组相比,BD抑郁患者左侧大脑团块1（扣带回峡部）、团块2（中央旁小叶）FD显著增高（P＜0.01,FWE校正）;团块3（梭状回、舌回、海马旁回）、团块4（内侧眶额叶、额上回、外侧眶额叶）、团块5（后扣带、楔前叶）、团块6（颞下回）FD显著降低（P＜0.01,FWE校正）。和BD抑郁患者相比,BD稳定期患者左侧大脑团块1（扣带回峡部）、团块2（脑岛）、团块3（中央旁小叶）FD显著降低（P＜0.01,FWE校正）;团块4（梭状回、舌回、海马旁回）、团块5（内侧眶额叶、外侧眶额叶）、团块6（颞下回）、团块7（楔前叶）、团块8（左前扣带回尾部）、团块9（左额下回岛盖）、团块10（后扣带）、团块11（额中回喙部）FD显著增高（P＜0.01,FWE校正）。GI结果:BD抑郁患者和HC组、BD稳定期患者GI比较,差异均无统计学意义（P＞0.01,FWE校正）。采用大脑结构建立回归模型如下:Y=60.847+2.105X2+18.996X3+19.036X5-3.525X8-1.920X9-3.403X10-3.724X12+2.450X13,其中X2为左颞中回SD、X3为左颞下回SD,X5为左外侧眶额叶FD、X8为左脑岛CT、X9为左外侧眶额叶CT、X10为左后扣带CT、X12为左额下回岛盖CT、X13为左中央前回CT,方程经过Hosmer and Lemeshow检验,χ~2=4.634,P=0.705,P＞0.05,方程有统计学意义,ROC曲线下面积训练集为0.962,验证集为0.949。（4）认知结果BD抑郁患者组与HC组比较,WCST测试中总应答数、错误应答数、选择错误率、持续错误数、非持续错误率、不能维持完整分类数及概念化水平百分数比较差异有统计学意义（P＜0.05）、SCWT的色词干扰时间、HVLT-R的即刻回忆和延迟回忆、VFT测试比较差异有统计学意义（P＜0.05）。BD抑郁患者和BD稳定期患者WCST测试中错误应答数、选择错误率、持续错误数、非持续错误率、概念化水平百分数、SCWT色词干扰时间、HVLT-R的即刻回忆两组比较差异有统计学意义（P＜0.05）。研究结论:（1）和HC比较,BD抑郁患者大脑自发神经活动和大脑结构变化的脑区主要集中在皮质-边缘系统,提示BD患者在抑郁期大脑结构和功能均出现改变,且改变的脑区和情绪的产生及调节部位相关。（2）和BD抑郁患者比较,BD稳定期患者大脑结构和功能均出现部分变化,改变的脑区主要位于皮质边缘系统,但仍有部分结构和功能未完全恢复,提示未完全恢复的大脑结构和功能可能是BD患者的生物学标记及复发的危险因素。（3）BD抑郁患者大脑功能网络sFC和dFC以增加为主,提示BD抑郁期的这种高连接模式可能导致患者无法对信息进行处理、整合,从而不能有效地参与情感和认知任务,出现抑郁症状;在稳定期,这些高连接模式呈下降的趋势,可能与抑郁症状的改善相关。（4）BD抑郁患者存在执行功能、言语学习、记忆能力、长期记忆的提取等多领域的认知损害,随着病情的缓解,认知功能改善,但仍存在部分损害,如长期记忆的提取并无显著改善。此外,右侧额中回可能与词语学习及记忆能力相关。（5）BD抑郁患者大脑结构和功能脑区的异常有部分相同,但并不完全重叠,可能由于大脑的结构受到年龄、遗传等因素的影响更大,也提示我们在探索精神疾病发病机制的过程中,需要将大脑的功能和结构结合,进行全面分析。图26幅,表14个,参考文献367篇