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北京快3精神分裂症的影像学研究进展
发布时间发布时间:2020-12-04 13:54

  作者:陈舒瑜,广东医科大学;罗泽斌,罗树存,陈晓东,广东医科大学附属医院

  精神分裂症是一种严重的致残性神经发育障碍,具有复杂的遗传病因,常引起感知、信念、情绪功能障碍,如幻觉、妄想、肌无力和快感缺乏症等,以及复杂认知操作中的严重缺陷,如工作记忆、长期记忆和执行功能。本文对精神分裂症患者的颅脑影像学研究进展进行总结、归纳,以加深对精神分裂症的认识。

  精神分裂症患者常表现为脑萎缩,发病率明显高于正常人,且该变化的出现率随年龄呈递增趋势。在四个不同种族的精神分裂症患者和正常人的对照研究中发现,对照组患者右前岛叶的灰质体积减少。在一项针对首发精神分裂症患者的研究中发现,随着时间的进展,患者多个灰质区域(即额叶区域和丘脑)出现下降,上额叶和下额叶皮质进行性变薄。但是也有脑灰质结构增加的报道,Zhang等发现左侧额上回的患者组灰质体积增加,左侧枕叶回,舌回和上部的灰质体积减少。

  精神分裂症和双相情感障碍相比,精神分裂症患者具有更严重和普遍的灰质体积缺陷,由此得出,精神分裂症患者脑灰质减少具有普遍化的趋势。Moberget等针对14个国际样本的983名精神分裂症患者和1349名健康对照的大数据研究发现,精神分裂症的小脑灰质总体积显着减少。早发型精神分裂症并未显示出小脑的明显体积变化。有关精神分裂症的边缘系统的研究常集中在海马及杏仁核。

  丘脑作为最大的间脑,亦常用于精神分裂症的研究。有研究报道,精神分裂症患者的双侧海马、杏仁核、丘脑和伏隔核的区域体积明显小于健康对照组。在一项临床实验中发现,CRT(认知矫正疗法)能显着增加精神分裂症患者右侧海马体积,进而使该类患者的言语流畅性评分更高,CRT通过完善海马结构,来诱导认知的改善。

  有进一步的研究发现,杏仁核体积减小和面孔情绪的识别缺陷有关。亦有丘脑、双侧尾状核、右侧杏仁核的体积明显减少的报道,还发现双侧丘脑和左侧苍白球核的体积和认知测试评分之间存在很强的相关性(而认知测试评分与语言相关)。有关胼胝体、杏仁核和精神分裂症的相关研究中发现,精神分裂症患者右侧胼胝体体积异常减少,且右侧胼胝体的表观扩散系数(ADC)显着增加。情绪症状和杏仁体积之间存在显着相关性,精神分裂症与右侧杏仁核的组织破坏有关。

  Okada等发现有亚临床精神病经历(SPE)的年轻群体的左侧海马体、右侧尾状核和右侧脑室体积明显增加,左侧苍白球体积轻微增加,群众在青春期早期出现的苍白球偏向左很有可能导致晚年精神病的发生,包括精神分裂症。北京快3

  在一项旨在调查SZ患者和健康对照者在同一半球的胼胝体的白质完整性和感兴趣区域(ROI)之间的关系的研究中发现,SZ患者存在广泛的白质纤维束异常。有进一步的研究发现,精神分裂症患者皮质和皮质下区域右侧白质束的FA值较正常人低,患者在双侧额叶,颞叶和枕部FA值也会降低,大部分患者胼胝体的FA值也会降低,这也和众多报道一致。

  Whitford等发现,和健康对照组相比,具有控制妄想的患者在胼胝体、上纵束、弓状束和扣带束四种束中显示出明显更低的FA值。此外,相对于没有出现控制妄想的精神分离症患者,具有控制妄想的患者在扣带束中也表现出显着更低的FA值,进而提出了扣带束的结构损伤可能与控制妄想的病因有关的观点。

  综上,精神分裂症会导致脑萎缩、会导致脑灰质结构的减少,主要体现在额叶的大部分区域及丘脑。成人小脑的灰质体积会减少,双侧海马,杏仁核等边缘系统的体积也会减少。精神分裂症患者脑白质中具有较低的FA值,其中以额、颞、枕叶明显,胼胝体、扣带束等边缘系统也有类似变现。脑组织结构的萎缩可能是精神分裂症行为异常的根源,如何运用不同方法早期发现脑组织结构的异常,对精神分裂症的早期诊断具有重要意义。

  1H-MRS包含了大脑中20余种代谢物的测量,其中与神经传递相关的生成物,如谷氨酸(Glu),谷氨酰胺(Gln),γ-氨基丁酸(GABA),与能量代谢相关的生成物,如肌酸(Cr),葡萄糖(Glc),乳酸(Lac)等。长期存在的精神分裂症假说认为神经元多巴胺D1受体的微弱刺激,会导致阴性症状和认知障碍。多巴胺D2受体的过度刺激,导致精神分裂症的阳性症状。而谷氨酸和γ-氨基丁酸(GABA)系统异常会导致阴性症状和认知障碍。

  在Chen等研究中发现,精神分裂症患者的前额叶皮质中谷氨酸浓度异常,而前扣带皮质中GABA浓度降低,与精神分裂症患者脑内异常谷氨酸-GABA的假设一致。随着年龄的增长,精神分裂症患者前扣带皮层中的GABA迅速下降。阴-阳性症状的出现可能与前扣带皮层的代谢物浓度相关。来自动物模型的研究数据表明,精神分裂症与脑GABA功能障碍有关,而内侧前额叶皮质(mPFC),顶叶/枕叶皮层(POC)和纹状体中1H-MRSGABA的Meta分析未显示明显的组间差异。

  N-乙酰天门冬氨酸(NAA)是磁共振波谱的常见物质。有研究表明,NAA的减少,在慢性精神分裂症个体的所有区域中更为明显。NAA/Cr的比值变化在不同脑区的结果并不一致,Huang等发现在首发精神分裂症患者的左侧背外侧前额叶皮质(DLPFC)中检测到NAA/Cr水平的增加。NAA/Cr水平的变化与其PANSS-P(阳性和阴性综合症—阳性症状量表)评分的变化显着相关,还发现首发精神分裂症患者DLPFC两侧的Cho/Cr水平治疗前及治疗后均低于健康对照组。并最终提出了Cho/Cr水平是精神分离症的潜在内表型的观点。

  而在另外一项研究发现,精神精神分裂症患者NAA/Cr显着降低,左侧DLPFCGlx/Cr显着升高,言语学习和视觉学习中表现不佳与左侧DLPFC中NAA/Cr比值降低相关,左侧DLPFC中较低的NAA/Cr比值与首发精神分裂症患者的认知缺陷相关,提示可能是精神分裂症认知障碍的早期生化标志物。这可能为精神分裂症的早期诊断提供有利依据。Szulc所做的一临床实验表明抗精神病药物在短期内可能通过增加额叶和丘脑的NAA水平起作用。Mukherjee等发现基于左侧海马体区域所测量的(NAA/Cho和Cho/Cr)与言语记忆(延迟识别)之间存在负相关。

  Koshiyama发现,与视觉即时回忆和注意/集中相比,精神分裂症患者在言语立即回忆和延迟回忆方面有更严重的损伤。进一步发现了言语立即回忆和延迟回忆分数与海马体积、伏隔核(NA)体积相关,NA体积还与记忆表现有关。有关NA的进一步研究发现,右侧NA体积和数字符号编码得分显着相关,而数字符号编码得分被认为是精神分裂症中认知缺陷的独特特征指数。该研究还发现了右丘脑体积与社会功能显着相关。

  Giraldo等发现精神分裂症患者丘脑和PFC(前额叶皮层)之间的连接性降低,并会导致工作记忆受损,而丘脑与躯体感觉皮层和枕叶皮质的连接性增加。有研究发现精神分裂症患者丘脑内相互连接减少、也发现了丘脑与前额叶的耦合减少。Ferri则发现丘脑与中颞回连接性与幻觉和妄想呈正相关,而丘脑与小脑连接性与妄想和奇异行为呈负相关。Hasan等研究中发现,精神分裂症患者左侧海马体积较小,左侧海马体积与言语记忆(即刻回忆)表现之间存在显着相关性。

  精神分裂症患者杏仁核出现异常已被广泛报道。在一组研究精神分裂症患者的大脑激活和连接情况的实验中发现,额叶和内侧顶叶区域的激活增加,杏仁核和岛叶之间的连通性降低。有关面部情绪处理的研究发现,患者在视觉皮层和杏仁核中具有明显较低的恐惧和快乐诱导的激活。

  Schwerk进一步发现了杏仁核对未经掩盖的可怕面孔的高反应性可能是精神分裂症的功能特征。左、右侧杏仁核对不同类型面孔的反应不同,患者右侧杏仁核表现出对所有面部的反应增加,左侧杏仁核对中性面孔的反应增加,以上反应性随时间的进展明显降低。有关语音的一项研究中发现,精神分裂症患者语音掩蔽条件下的语音检测性能下降与降低的尾状核内功能连接有关。Stegmayer发现精神分裂症患者在作出手势之前会激活颞极、杏仁核和海马,激活程度与妄想严重程度相关。

  纹理分析能反映器官微观结构的变化,提供人眼无法直接看到的信息,已经运用于良恶性病变及恶性肿瘤间的鉴别,在乳腺、肝脏、甲状腺、脑肿瘤等疾病中得到运用,为临床诊断提供新的辅助手段。目前,还没有精神分裂症在人工智能(AI)、纹理分析方面的报道。有研究曾使用水平集方法对多个脑区域进行分割,从分割的脑干、胼胝体、小脑等区域提取几何和规律纹理特征,以分析SZ中的模式变化。发现从胼胝体和脑室获得的几何特征显示正常患者和SZ脑之间存在显着变化(p<0.00001),纹理特征在脑干、胼胝体和脑室区域中明显不同,并且来自脑干的特征与阳性和阴性症状量表有关。

  和纹理分析更贴近的技术是机器学习法(SVM)和网络算法。有研究表明,精神分裂症右侧Heschl脑回(RHG)释放功能连接(FC)测量结果比左侧Heschl脑回(LHG)释放的要强,这一发现似乎支持了精神分裂症的幻听主要由大脑右半球异常导致的说法。该研究也揭示机器智能算法可以提供强大的工具来揭示复杂神经影像数据中的细微差别。

  一个有关SVM的研究中发现,SVM结合体素形态学分析(VBM)分析鉴定,再结合递归特征消除(RFE)分类器,在SZ患者的辨别分析中实现极佳性能(准确度为88.4%,灵敏度为91.9%,特异性为84.4%)。这些结果表明,与SZ患者相关的独特神经解剖学特征可能为疾病诊断提供潜在的生物标志物,并且机器学习方法可揭示精神疾病中的神经生物学机制。证明了机器学习方法的实用性。

  在首发精神分裂症、慢性精神分裂、健康受试者的调查研究中,使用具有RFE的SVM来计算90个感兴趣区域(ROI)的区域灰质体积(GMVs)并分析各组间的GMV差异,发现前两组患者双侧距状沟GMV明显低于健康受试者。与健康受试组相比,首发精神分裂症组的许多额外脑区域中GMV显着降低,与首发精神分裂症患者相比,慢性精神分裂症患者的脑GMV畸变率增加。功能特征中的DC(中心度),ReHo(个体区域同质性)和ALFF(低频波动幅度)可以促进FESZ诊断,并最终提出了具有RFE的SVM具有出色的分类性能并有助于SZ诊断的结论。

  Wang等使用一种新颖的多类Hopfield网络算法对精神分裂症患者的数据进行分析,比较正常和精神分裂症患者的脑部的平均连接模式,发现两者间存在显着的系统差异。

  精神分裂症病因复杂、机制不明,致畸率高,探讨精神分裂症的机制及转归是个永恒不变的话题。纹理分析能客观反映器官内部组织结构,是近年来新起的一种评估组织特征的非侵入性方法,可以提供客观量化的数据。目前纹理分析已在临床上日益广泛运用,如何将纹理分析运用在精神分裂症的研究,在影像学的角度、结合人工智能,对精神分裂症进行探讨,将是未来值得研究的方向。

  来源:陈舒瑜,罗泽斌,罗树存,陈晓东.精神分裂症的影像学研究进展[J].现代医用影像学,2020,29(03):447-452.

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