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研究背景双相情感障碍是慢性复发性且致残率高的常见精神疾病,发病机制尚不明确,临床特征为情绪的波动性,可以表现为从极度的兴奋躁狂到严重的抑郁。因为对其神经机制缺乏了解,双相情感障碍经常被延误诊断或治疗不当,导致预后不良,更多的合并症和更大的医疗成本。研究提示双相障碍患者存在情绪过度激活和情绪调节能力下降,影像学提示额叶-边缘环路的异常参与了双相障碍的发病机制,我们希望通过对双相障碍不同状态之间的比较期望发现双相障碍不同状态共同的病理机制,以及和状态相关的神经影像学特点。对于双相躁狂发作的治疗主要是情绪稳定剂锂盐、丙戊酸盐,联合非经典抗精神病药物,锂盐和安慰剂对照可以降低躁狂复发风险。而对于双相抑郁的治疗是个很大的挑战,很少有证据证明有效,特别是针对抗抑郁剂使用有争议。经颅直流电刺激(Transcranial direct current stimulation,t DCS)是一种安全的无创性脑刺激方法,可以调节皮层活动和兴奋性。有研究显示对患者左侧dl PFC刺激可有效改善抑郁情绪,但是对其改善抑郁情绪的神经机制缺乏了解。目前神经影像学的发展,为研究t DCS对抑郁情绪的调控提供了研究手段。基于静息态功能磁共振成像(resting-state functional Magnetic Resonance Imaging,rs-f MRI)的分析能够进行脑区的局部功能、功能连接、脑网络水平研究,可以揭示t DCS对抑郁情绪缓解的神经机制。研究目的本研究运用rs-f MRI技术,来研究双相情感障碍不同状态的神经机制,并进一步研究了t DCS对抑郁情绪的调节及其神经机制。(1)研究一:右侧额下回(right Inferior Frontal Gyrusr,r IFG)是情绪和认知控制回路中的关键皮层节点,常与双相情感障碍(Bipolar Disorder,BP)相关;然而,双相情感障碍中异常r IFG激活和连接的可靠模式尚未建立,本研究通过获取双相情感障碍患者不同状态的静息态磁共振,然后基于右侧额下回亚区进行局部神经活动及功能连接研究。(2)研究二:对双相情感障碍(BP)不同情绪状态的大脑网络特性进行研究,可以对双相情感障碍的神经机制进行更深入的了解。在本研究中,我们根据双相障碍不同状态的功能连接形成矩阵,分析了患者脑网络的拓扑性质,以期望获得双相躁狂(Bipolar Disorder Mania,BPM)和双相抑郁(Bipolar Disorder Depression,BPD)在脑网络特征水平的共性和特异性。(3)研究三:近年来很多研究提示对左侧背外侧前额叶进行t DCS刺激可以改善抑郁情绪,但是也有一些阴性结果,而且,对于t DCS作用的神经机制尚不清楚的。在这里,我们研究了t DCS治疗对抑郁情绪的调节以及对左侧背外侧前额叶及左侧杏仁核静息状态功能连接(resting-state functional connectivity,rs-FC)的影响。研究方法(1)研究一:本研究评估了双相情感障碍中r IFG的五个亚区神经活动和功能连接(FC)。共88名参与者,包括双相抑郁症患者(BPD,n=25)和双相躁狂(BPM,n=37)与健康对照组(health control,HC,n=26),采用静息状态功能磁共振成像(rs-f MRI)检查。(2)研究二:采用图论的方法,获取95名参与者的静息态磁共振建立功能连接矩阵,其中包括双相抑郁症(BPD,n=30),双相躁狂(BPM,n=39)和健康对照组(HC,n=26),然后对其全局参数、模块化和节点参数等脑网络拓扑结构进行了研究。(3)研究三:伪随机、双盲、对照实验,共有33名抑郁症患者接受t DCS治疗,其中真刺激组17名,假刺激组16名,通过临床症状评估,探索t DCS对抑郁症患者的临床症状的干预效应,利用rs-f MRI探索其潜在的神经机制。研究结果(1)研究一:BPD组和BPM组在5个rIFG亚区中除了cluster 2(后-腹侧亚区)外的,其他4个亚区的低频波动幅度(ALFF)均高于健康对照组。以r IFG的五个亚区为种子点,双相情感障碍中功能连接的降低主要集中在后腹侧r IFG与多个脑区之间,包括中央后回、中央前回、中央旁小叶、舌回、梭状回和小脑后叶。(2)研究二:(1)在全局层面,BP患者的全局效率(GE)和同步化提高,路径长度(L)缩短;(2)在节点层面,BP患者的节点参数受损主要发生在腹外侧前额叶(Ventrolateral prefrontalcortex,VLPFC)和边缘网络区域;(3)在模块层面,BP患者在模块III(额顶系统)和模块V(边缘系统)之间之间FCs(边的数量)明显增加;(4)在节点层面,双相抑郁(BPD)和双相躁狂(BPM)组分别在左侧眶额上回、右侧壳核、海马旁回、左侧梭状回表现状态特异性的差异。(3)研究三:我们比较了接受真假t DCS刺激前后患者左侧dl PFC和左侧杏仁核的rs-FC。相对于假刺激,真刺激可显著改善抑郁症状症状。真刺激t DCS还增强了左侧dl PFC与右侧枕叶之间的rs-FC,降低了左侧杏仁核与梭状回、前额叶之间的rs-FC。抑郁程度的改善不仅与左侧dl PFC与右侧枕叶的rs-FC增加相关,也与左侧杏仁核与左侧梭状回、左额中回的rs-FC降低有关。研究结论(1)研究一:这些结果表明,BP患者在r IFG亚区发生了局部神经活动及功能连接改变,并提示团块2(后腹侧r IFG)回路在BP中起着至关重要的作用。此外,这些异常可能有助于确定更精确的干预治疗靶点。(2)研究二:我们的研究发现,在双相抑郁(BPD)和双相躁狂(BPM)中,整个大脑的拓扑结构和额顶-边缘回路中存在异常。这些缺陷可能反映了BP的病理生理过程。此外,状态特异性节点改变可能为不同情绪状态之间的转换提供生物学标志。(3)研究三:表明tDCS刺激后的抑郁情绪缓解,并对情绪相关的脑区rs-FC网络有影响,其中刺激靶点的功能连接增强,而左侧杏仁核功能连接下降。提示了经过治疗左侧dl PFC对枕叶区域的调控能力增强,而杏仁核功能连接下降可能提示杏仁核“自下而上”的感觉驱动减弱以上研究利用静息态神经影像的方法进行双相情感障碍不同状态的神经机制研究,并同时研究了t DCS对情绪的调控机制,进一步解释了双相情感障碍不仅存在局部的神经活动异常,更存在广泛的脑网络异常,并解析了t DCS对抑郁情绪的改善作用及相应的神经机制。