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第一部分联合体积与血流参数探究精神分裂症灰质结构与功能改变 目的: 精神分裂症(schizophrenia, SZ)患者存在脑结构与功能的改变。确定SZ患者不同类型的脑结构与功能变化有助于了解SZ发病机制及发现可靠的生物学标记。本文联合灰质体积(grey matter volume, GMV)与脑血流(cerebral blood flow, CBF)两种分析方法探究SZ患者全脑水平灰质结构与功能改变。 材料与方法: 本研究纳入符合入组标准的SZ患者100例及正常对照95例。SZ患者临床症状依据阳性与阴性症状评定量表(positive and negative symptom scale, PANSS)评估。利用GE Discovery MR7503.0T磁共振扫描仪对受试者进行结构像、血流灌注像采集。 1.采用预处理后的结构像,在控制年龄、性别影响因素的情况下,基于体素水平比较SZ患者与正常对照在全脑范围内GMV差异,区分GMV改变脑区与GMV未改变脑区。 2.采用预处理后的灌注像,在控制年龄、性别影响因素的情况下,分别在GMV改变脑区与GMV未改变脑区范围内,研究SZ患者结构改变不同的脑区脑功能的改变。 3.在GMV与CBF未改变脑区范围内,计算CBF/GMV比值并进行组间比较,探究SZ患者脑灰质结构与功能失衡情况。 4.计算组间比较显著性差异脑区影像学指标值与 PANSS量表、病程、用药量的相关性。 结果: SZ患者灰质结构与功能改变分为4种类型: 1.结构与功能同时受损,这些脑区包括前扣带与岛叶皮层,表现为GMV与CBF均减低; 2.结构受损但功能代偿,包括部分额叶与颞叶皮层,表现为GMV减低、CBF正常; 3.单纯功能异常:这些脑区涉及前扣带、外侧前额叶皮层及壳核,表现为GMV正常,CBF改变; 4.结构与功能失衡,主要为海马与颞叶皮层,表现为GMV与CBF正常, CBF/GMV比值增加。 结论: 1.结合GMV与CBF,本文发现SZ患者4种灰质结构与功能改变类型,这有助于理解SZ复杂神经影像表现及探索SZ可靠的生物学标记。 2.多模态磁共振研究可为研究SZ这类复杂疾病提供有效证据。 第二部分精神分裂症患者注意网络内与网络间连接改变 目的: 精神分裂症(schizophrenia, SZ)患者常表现出注意功能损害与任务态下注意网络激活异常。然而,SZ患者静息状态下注意网络功能改变尚不清楚。注意网络被分为背侧注意网络(dorsal attention network,DAN)与腹侧注意网络(ventral attention network,VAN),两个子网络具有不同的连接模式与特定的功能。这些子网络是否在SZ患者中发生了功能改变尚不明确。本研究旨在探索SZ患者静息状态下背侧、腹侧注意网络网络内与网络间功能连接改变情况。 材料与方法: 本研究纳入符合入组标准的SZ患者97例及正常对照100例。采用阳性与阴性症状评定量表(positive and negative symptom scale, PANSS)评估SZ患者临床症状。利用GE Discovery MR7503.0T磁共振扫描仪对受试者进行结构像、静息态功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging, fMRI)数据采集。1.采用预处理之后的功能像,在控制性别和年龄影响因素的情况下,以右侧额眼区、右侧顶内沟做为感兴趣区,计算感兴趣区与全脑其他体素之间静息态功能连接(resting-state functional connectivity,rsFC),从而构建出DAN;类似地,以右侧颞顶联合及右侧前岛叶皮层作为感兴趣区构建VAN。 2.采用预处理后的结构像,在控制年龄、性别影响因素的情况下,计算SZ患者DAN与VAN灰质体积改变。 3.分别将DAN与VAN作为感兴趣区,计算其与全脑灰质其他体素之间rsFC。控制性别、年龄、感兴趣区灰质体积影响因素后,在DAN范围内,基于体素水平比较DAN功能连接在SZ患者与正常对照之间的差异,得到SZ患者DAN网络内功能连接改变;同样地,计算出SZ患者VAN网络内功能连接改变。 4.控制性别、年龄、感兴趣区灰质体积影响因素后,在DAN范围内,基于体素水平比较VAN功能连接在SZ患者与正常对照之间的差异,得到SZ患者DAN网络间功能连接改变;同样地,在VAN范围内,比较DAN功能连接组间差异,得到SZ患者VAN网络间功能连接改变。 5.计算rsFC分析得到的显著性差异脑区功能连接值与PANSS量表、病程、用药量的相关性。 结果: 1. SZ患者DAN与VAN灰质体积显著减小。 2.去除灰质体积影响后,SZ患者在DAN与VAN呈现出网络内rsFC减低。在DAN内,连接减低脑区分布在双侧中央后回;在VAN,连接减低脑区包括右侧岛叶皮层、右侧缘上回、右侧中扣带皮层。 3.去除灰质体积影响后,SZ患者在DAN与VAN表现出网络间rsFC增加。连接增加脑区包括双侧额中回、双侧缘上回、双侧中央前回、右侧岛叶皮层、右侧前扣带皮层、右侧顶上小叶及左侧中央后回。 4.相关性分析发现双侧缘上回网络间rsFC与PANSS量表阴性症状评分存在负相关,右侧前扣带皮层网络间rsFC与当前药物剂量存在负相关。 结论: 1. SZ患者注意网络功能连接发生改变,表现为子网络内部功能连接减低,子网络间功能连接增加。注意网络功能连接改变可能是SZ患者出现注意功能损害的神经病理基础。 第三部分精神分裂症患者颞极亚区功能失连接研究 目的: 虽然大量研究表明精神分裂症(schizophrenia, SZ)患者存在静息态功能连接(resting-state functional connectivity, rsFC)改变,但是关于颞极(temporal pole, TP)rsFC改变尚不清楚。依据功能连接模式不同,一侧TP可被分成几个亚区,然而,这些亚区在SZ患者中是否表现出不同的功能改变尚不明确。因此,本研究关注SZ患者与正常对照TP亚区rsFC差异,旨在探索SZ患者TP亚区水平功能改变。 材料与方法: 本研究纳入符合入组标准的SZ患者66例及正常对照76例。采用阳性与阴性症状评定量表(positive and negative symptom scale, PANSS)评估SZ患者临床症状。利用GE Discovery MR7503.0T磁共振扫描仪对受试者进行结构像及静息态功能像数据采集。除外梯度回波单次激发回波平面成像(echo planar imaging, EPI)技术,静息态功能磁共振(functional magnetic resonance imaging, fMRI)扫描还采用了梯度回波敏感编码螺旋填充(sensitivity-encoded spiral-in,SENSE-SPIRAL)成像技术。 1.根据解剖连接模式,TP可以分为背侧、外侧与内侧亚区。分别从 EPI与SENSE-SPIRAL两种序列采集得到的标准化平均功能像提取TP各亚区信号值,比较两种成像技术所得TP区图像的信号强度与形变程度。 2.以背侧、外侧、内侧亚区分别作为感兴趣区,构建亚区功能连接分布图。根据功能连接模式,将每侧TP各分成背侧(dorsal temporal pole, TPd)和腹侧(ventral temporal pole, TPv)两个亚区。 3.以双侧TPd与TPv作为种子点,计算种子点与全脑灰质其他体素间rsFC。回归年龄、性别影响因素后,研究SZ患者TP亚区功能连接改变。 4.采用预处理后的结构像,控制年龄、性别影响因素后,计算SZ患者TP亚区灰质体积改变,并将其作为协变量,探究灰质体积对rsFC组间差异的影响。 5.计算rsFC显著性差异脑区功能连接值与PANSS量表、病程、用药量的相关性。 结果: 1. SENSE-SPIRAL序列采集得到功能像在TP亚区信号丢失少、图像变形小,因此选用该序列进行rsFC分析。 2. rsFC组间比较结果示:SZ患者右侧TPd与参与语言处理及多模态整合的脑区之间功能连接减低,包括左侧颞上回、左侧中扣带皮层及右侧岛叶皮层。 3. SZ患者TP亚区灰质体积减低,以右侧TPd为著,但右侧TPd灰质体积减小对该亚区rsFC结果无影响。 4.右侧TPd功能连接改变与SZ症状、病程、用药量无显著相关。 结论: 1. SENSE-SPIRAL成像序列在TP区信号缺失与图像形变方面优于EPI序列。 2. SZ患者存在TP亚区选择性功能失连接,该结果一方面支持SZ“失连接”假说,另一方面提示亚区水平研究可更精确地刻画SZ脑结构与功能改变。