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【背景】睡眠障碍在重性抑郁症(Major depressive disorder,MDD)患者中很常见,但其神经基础的研究仅仅局限于主观睡眠的监测以及单一模态的神经影像分析。更重要的是,这些研究缺乏神经影像与临床指标的关联。【目的】探索重性抑郁症低睡眠效率(sleep efficiency,SE)的可能神经机制及其与临床指标的关联。【方法】96例MDD患者进行了多导睡眠监测(polysomnography,PSG)和多模态磁共振(magnetic resonance imaging,MRI)检查。根据一整夜PSG监测的SE值,MDD患者被分成匹配良好的正常睡眠效率组(normal sleep efficiency,NSE;SE≥90%;病例数42例;14例男性;年龄43±10岁)和低睡眠效率组(low sleep efficiency,LSE;SE<90%;病例数54例;23例男性;年龄45±12岁)。(1)利用基于体素的形态学分析(voxel-based morphometry,VBM)的方法比较MDD中NSE和LSE组全脑灰质容积的差异,探究重性抑郁症低睡眠效率的灰质结构变化。(2)利用基于白质骨架的空间统计分析(tract-based spatial statistics,TBSS)的方法比较MDD中NSE和LSE组白质完整性的差异,探索重性抑郁症低睡眠效率的白质结构变化。(3)利用静息态血氧水平依赖磁共振成像比较MDD中NSE和LSE组局部脑活动【包括低频振幅(amplitude of low-frequency fluctuations,ALFF),比率低频振幅(fractional amplitude of low-frequency fluctuations,f ALFF)和局部一致性(regional homogeneity,Re Ho)】,脑区内静息态功能连接(resting state functional connectivity,rsFC)【包括基于感兴趣区(region of interest,ROI)的静息态功能连接,功能连接强度(functional connectivity strength,FCS)和镜像同伦功能连接(voxel mirrored homotopic connectivity,VMHC)】和脑功能网络指标(全局指标,局部指标和功能连接强度)的差异,探索重性抑郁症低睡眠效率的脑功能变化。(4)利用三维伪连续动脉自旋标记成像比较MDD中NSE和LSE组脑血流(cerebral blood flow,CBF)的差异,探索重性抑郁症低睡眠效率的脑血流变化。(5)提取组间比较有差异脑区的平均值与SE,临床指标进行相关分析,探索重性抑郁症低睡眠效率的特定脑改变与SE,临床症状的关系。(6)提取组间比较有差异脑区的平均值与SE,临床指标进行中介分析,探索重性抑郁症低睡眠效率的SE,脑改变和临床症状三者的关系。(7)基于之前的研究表明抗抑郁药可能对MDD患者的大脑结构和功能产生影响。所以我们进行了验证分析,把三种抗抑郁药的种类作为协变量,重复上述磁共振参数中基于ROI的组间比较,以排除抗抑郁药的潜在影响。【结果】(1)NSE组和LSE组的大脑灰质体积无统计学差异。(2)与NSE组比较,LSE组在左侧上放射冠,左侧后放射冠,左侧内囊后肢和左侧内囊后晶状体的轴向扩散系数明显增高。(3)与NSE组比较,LSE组在左侧舌回,左侧枕中回,右侧舌回和右侧距状沟和右侧中央后回ALFF值减低。LSE组在右侧楔叶,右侧丘脑和右侧颞中回f ALFF值降低。LSE组在左侧舌回,右侧舌回和右侧中央后回Re Ho减低。以右侧楔叶为种子点行rsFC分析显示,与NSE组相比,LSE组在右侧楔叶和右外侧颞叶皮层的rsFC减低。LSE组在左侧角回的FCS升高。LSE组在双侧枕中回VMHC减低。网络分析显示,与NSE组比较,LSE组在右侧辅助运动区,右侧颞横回,右侧颞中回的节点度值降低,在左侧枕中回和左侧缘上回和右侧缘上回的节点度值升高。与NSE组比较,LSE组在左侧眶部额中回,右侧眶部额中回,右侧中央沟盖,右侧豆状核,右侧颞横回和右侧颞下回节点介数值降低,在右侧眶内额上回,左侧舌回,左侧枕中回和右侧顶上回和左侧缘上回的节点介数值升高。与NSE组比较,LSE组在右侧辅助运动区,右侧颞中回,右侧颞横回的节点效率降低,在左侧枕中回和左侧缘上回的节点效率升高。但两组间5个小世界属性指标(聚类系数Cp,最短路径长度Lp,标准化的聚类系数γ,标准化的最短路径长度λ,小世界性σ),2个网络效率指标【全局效率(Eglob),局部效率(Eloc)】无显著差异。(4)NSE组和LSE组的CBF无组间差异。(5)主要相关分析结果:(1)右侧楔叶和右外侧颞叶皮层的rsFC与SE呈显著正相关,而右侧楔叶和右外侧颞叶皮层的rsFC与汉密尔顿抑郁量表(Hamilton Rating Scale for Depression,HAMD)呈显著负相关,右侧楔叶和右外侧颞叶皮层的rsFC与汉密尔顿焦虑量表(Hamilton Rating Scale for Anxiety,HAMA)呈显著负相关。(2)右侧颞横回节点度值与SE呈显著正相关,与三位数-持续性操作-相同匹配(Continuous Performance Task-Identical Pairs-3 digit,CPT-IP-3)呈显著正相关。(6)中介分析结果:(1)右侧楔叶和右外侧颞叶皮层的rsFC显著中介了SE和HAMD的之间的关联,右侧楔叶和右外侧颞叶皮层的rsFC显著中介了SE和HAMA的之间的关联。(2)右侧颞横回节点度值显著中介了SE和CPI-IP-3的之间的关联。(7)验证分析显示回归了抗抑郁药物种类后,基本上磁共振参数中基于ROI的组间比较仍具有显著差异。【结论】(1)本研究利用结构MRI研究显示重性抑郁症低睡眠效率患者的全脑灰质微结构无明显改变,脑白质仅有左侧放射冠及内囊完整性受损。但功能MRI显示重性抑郁症低睡眠效率患者存在广泛脑网络功能紊乱(包括额顶网络、默认网络、听觉网络、视觉网络、感觉运动网络和边缘-皮层-纹状体-苍白球-丘脑网络)。这种脑结构和功能改变的不一致性可能是重性抑郁症低睡眠效率患者特有的神经机制之一。(2)相关分析和中介分析显示睡眠效率可以通过调节视觉网络和默认网络之间的功能连接,进而影响重性抑郁症患者抑郁焦虑程度;睡眠效率还可以通过调节右侧颞横回的节点中心度,进而影响重性抑郁症患者认知功能(注意、警惕以及工作记忆)。由此我们推论,睡眠效率可能通过调节特定脑区功能进而影响重性抑郁症患者的情绪和认知功能。总之,本研究结合了PSG和多模态MRI,系统地探究了重性抑郁症低睡眠效率特有的神经机制,对准确的临床诊断、治疗和进一步研究具有重要意义。