戴云蕊，張潔，喻婷婷，趙益林，張亮，潘龍，黃鼎祥，劉昌盛，陳軍

根據(jù)最新的第五版精神障礙診斷與統(tǒng)計手冊(the 5th edition of the diagnostic and statistical manual of mental disorders,DSM-5)，酒精依賴和酒精濫用同屬于酒精使用障礙(alcohol use disorder，AUD)類疾病，其特征是無法控制飲酒量、強(qiáng)迫性飲酒以及不飲酒時呈現(xiàn)負(fù)面的情緒狀態(tài)，這些特征可能導(dǎo)致復(fù)發(fā)[1]。AUD是一個嚴(yán)重的社會問題，顯著影響患者的生活質(zhì)量、社會功能以及身心健康狀況。2015年全球估計有6,350萬人患有酒精依賴，成年人群中大量飲酒者約占18.4%[2]。2016年，在全球范圍內(nèi)，約8.6%的男性和1.7%的女性患有AUD[3]。研究表明，長期飲酒或酗酒可引起大腦結(jié)構(gòu)和功能的損傷，導(dǎo)致患者出現(xiàn)學(xué)習(xí)、記憶和執(zhí)行功能缺陷等認(rèn)知功能障礙，嚴(yán)重者可出現(xiàn)神經(jīng)系統(tǒng)不可逆性損傷[4-5]。

隨著神經(jīng)影像學(xué)技術(shù)的發(fā)展，基于血氧水平依賴(blood-oxygenation-level-dependent,BOLD)信號來測量神經(jīng)功能活動的功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging,fMRI)為研究人腦的功能和活動提供了一種有力工具，其可用于識別與疾病相關(guān)的腦網(wǎng)絡(luò)變化，并可能揭示疾病的病理生理學(xué)基礎(chǔ)[6]。近年來，對三重網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)探索，不僅對正常認(rèn)知過程的描述簡潔明了，而且對精神和神經(jīng)系統(tǒng)疾病也有了新的認(rèn)識。研究表明，三重網(wǎng)絡(luò)在精神分裂癥、抑郁癥、焦慮癥、癡呆和自閉癥等多種疾病中扮演著重要角色[7]。而且，三重網(wǎng)絡(luò)中的默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)(default mode network,DMN)、突顯網(wǎng)絡(luò)(salience network,SN)和中央執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)(central executive network,CEN)之間的異常交互作用是成癮的重要特征[8-9]。然而，三重網(wǎng)絡(luò)與AUD之間的相互關(guān)系尚不清楚。本研究利用獨(dú)立成分分析(independent component analysis,ICA)的方法，比較靜息狀態(tài)下AUD患者與健康志愿者之間三重網(wǎng)絡(luò)的功能網(wǎng)絡(luò)連接(functional network connection,FNC)的差異，為AUD患者神經(jīng)系統(tǒng)改變提供一定的影像學(xué)依據(jù)。

材料與方法

1.研究對象

酒精使用障礙組：搜集2019年9月-2020年6月本院32例AUD患者的病例資料，所有患者均為右利手，男性，且符合DSM-5中酒精使用障礙的診斷標(biāo)準(zhǔn)。納入標(biāo)準(zhǔn)：①年齡30～60歲；②飲酒時間≥10年，日均飲酒量大于150 mL(以42°白酒為標(biāo)準(zhǔn))；③密西根酒精依賴調(diào)查表(michigan alcoholism screening test,MAST)評分(總和法)≥6分；④尼古丁依賴檢測量表評分為0～5分。排除標(biāo)準(zhǔn)(伴有以下情況之一者將被剔除)：①患有高血壓、糖尿病和冠心病等疾??；②既往有頭顱外傷史或顱腦手術(shù)史，或有癲癇、腦血管病和腦腫瘤等神經(jīng)系統(tǒng)疾??；③有長期吸煙史，或除酒精之外的其它物質(zhì)成癮史；④有精神疾病史；⑤有MRI檢查禁忌證。

正常對照組：同期招募21例健康志愿者，要求性別、年齡、受教育程度和利手等人口學(xué)資料與酒精依賴組相匹配，無酒精及其它物質(zhì)依賴。排除標(biāo)準(zhǔn)同酒精使用障礙組。

本研究經(jīng)武漢大學(xué)人民醫(yī)院臨床研究倫理委員會批準(zhǔn)(2018K-C061)，所有受試者充分了解了試驗(yàn)內(nèi)容和磁共振檢查注意事項后，自愿參加本研究并簽署了知情同意書。

2.圖像采集

使用GE Discovery MR750w 3.0T磁共振掃描儀和8通道頭部線圈，采用配套的橡膠軟塞固定頭部。在掃描過程中，囑被試保持靜止、盡量不思考問題。首先行常規(guī)序列(T1WI、T2WI和T2-FLAIR)MRI掃描，由兩位影像診斷醫(yī)師進(jìn)行閱片分析，排除器質(zhì)性顱腦損害后，再進(jìn)行3D T1WI結(jié)構(gòu)像(用于將數(shù)據(jù)集空間標(biāo)準(zhǔn)化到標(biāo)準(zhǔn)圖譜)及靜息態(tài)fMRI數(shù)據(jù)采集。靜息態(tài)fMRI采用梯度回波平面成像序列，掃描參數(shù)：TR 2000 ms，TE 25 ms，翻轉(zhuǎn)角90°，視野240 mm×240 mm，層數(shù)40，層厚3.5 mm，層間距0.6 mm，矩陣64×64，掃描時間約8 min。矢狀面高分辨率3D T1WI掃描參數(shù)：TR 8.5 ms，TE 3.3 ms，翻轉(zhuǎn)角12°，視野240 mm×240 mm，層厚1.0 mm，層間距0.0 mm，矩陣256×256，體素大小1.0×1.0×1.0 mm3。

3.數(shù)據(jù)處理

預(yù)處理：基于Matlab R2019平臺(http://cn.mathworks.com/products/matlab/)，在SPM12(http：//www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/)運(yùn)行環(huán)境下采用DPABI(http://rfmri.org/dpabi)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，主要預(yù)處理步驟如下。①圖像格式轉(zhuǎn)換：采用DPABI自帶的工具，將所有被試者原始數(shù)據(jù)DICOM格式文件轉(zhuǎn)換為4DNIFTI格式；②剔除前10個時間點(diǎn)的數(shù)據(jù)，以免受到磁場不均勻以及被試者對環(huán)境的不適應(yīng)干擾的影響，最終每例患者保留后230個時間點(diǎn)進(jìn)行后續(xù)分析；③時間層校正：調(diào)整到同一時間點(diǎn)；④頭動校正：排除頭部運(yùn)動平移>3.0 mm或任意方向旋轉(zhuǎn)>3.0°的被試；⑤空間標(biāo)準(zhǔn)化：將所有被試的功能像利用DARTEL方法與結(jié)構(gòu)像匹配并歸一化到蒙特利爾神經(jīng)研究所(montreal neurological institute，MNI)標(biāo)準(zhǔn)腦空間，重采樣分辨率為3×3×3 mm3；⑥平滑：使用6 mm半高全寬(full width at half maximum,FWHM)的高斯核對標(biāo)準(zhǔn)化之后的圖像進(jìn)行平滑。

獨(dú)立成分分析：使用基于Matlab R2019a平臺的GIFT(http://mialab.mrn.org/software/gift/)軟件對預(yù)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行組水平獨(dú)立成分分析。獨(dú)立成分(independent component,IC)的數(shù)量根據(jù)最小描述長度標(biāo)準(zhǔn)來確定，采用主成分分析對數(shù)據(jù)進(jìn)行二次降維，最終將全腦分解為33個IC。在此過程中，ICA算法設(shè)置為Infomax，組ICA分析采用ICASSO算法(http://research.ics.tkk.fi/ica/icasso)，重復(fù)運(yùn)算100次，選擇平均簇內(nèi)相似度值大于80%的IC，得到所有被試的IC時間序列和空間圖，并將獨(dú)立于組的組空間圖轉(zhuǎn)換為Z分?jǐn)?shù)。最終從ICA得到的33個IC中，識別出SN、DMN和CEN的獨(dú)立成分(圖1和表1)。

圖1 fMRI顯示突顯網(wǎng)絡(luò)、默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)和中央執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)獨(dú)立成分組件。a)SN由IC21和IC22這2個獨(dú)立成分組成，DMN由4個獨(dú)立成分組成，分別為IC1、IC6、IC9和IC18，CEN由6個獨(dú)立成分組成，分別為IC8、IC10、IC12、IC14、IC25和IC28；b)三重網(wǎng)絡(luò)的各個獨(dú)立成分的詳細(xì)圖譜。

表1 酒精使用障礙組和健康對照組三重網(wǎng)絡(luò)的IC組件特征

4.統(tǒng)計學(xué)方法

使用SPSS 26.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。兩組受試者臨床資料(年齡、受教育程度、MMSE、MoCA)的統(tǒng)計分析：首先進(jìn)行樣本數(shù)據(jù)的正態(tài)性及方差齊性檢驗(yàn)，若均滿足則統(tǒng)計描述以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，組間比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)；若數(shù)據(jù)不滿足正態(tài)分布則采用非參數(shù)檢驗(yàn)，統(tǒng)計描述采用中位數(shù)(四分位數(shù)間距)。以P<0.05為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

靜息態(tài)功能網(wǎng)絡(luò)連接的統(tǒng)計分析：使用基于Matlab的GIFT軟件包(http://mialab.mrn.org/software/gift/)進(jìn)行功能網(wǎng)絡(luò)連接分析，將年齡、受教育程度作為協(xié)變量，對酒精使用障礙組和健康對照組的DMN、SN及CEN的靜息態(tài)功能連接程度進(jìn)行雙樣本t檢驗(yàn)，以P<0.05為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

結(jié) 果

1.臨床資料的比較

經(jīng)頭動校正，4例酒精使用障礙患者和2例健康對照被剔除，最終將28例酒精使用障礙患者和19例健康志愿者納入本研究。所有被試均為男性、右利手，兩組受試者的臨床資料詳見表2。兩組樣本的數(shù)據(jù)均符合正態(tài)分布和方差齊性檢驗(yàn)，兩組間年齡、受教育程度、MMSE和MoCA評分的差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。酒精使用障礙組的飲酒年限為25.14±10.60，MAST評分(總和法)為8.43±3.98，ADS評分為9.14±4.67。

表2 兩組受試者臨床資料的比較

2.靜息態(tài)功能網(wǎng)絡(luò)連接分析

與對照組比較，酒精使用障礙組CEN內(nèi)功能連接增強(qiáng)(P<0.05)，無功能連接減弱的區(qū)域。酒精使用障礙組CEN內(nèi)的IC8與IC14、IC10與IC28的功能連接增強(qiáng)，以前者較為明顯(圖2)。其中，IC8主要腦區(qū)為背外側(cè)額上回和額中回，IC10主要腦區(qū)為右側(cè)背外側(cè)額上回、額中回和角回，IC14主要腦區(qū)為額中回、三角部額下回和左側(cè)頂下緣角回，IC28主要腦區(qū)為左側(cè)額中回、頂下緣角回和右側(cè)緣上回。對照組與酒精使用障礙組之間DMN和SN內(nèi)各IC之間功能連接程度的差異無統(tǒng)計學(xué)意義(圖2)。

圖2 健康對照組與酒精使用障礙組功能連接差異具有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)的獨(dú)立成分組件示意圖。a)暖色線條(t>0)代表與健康對照組相比，酒精使用障礙組中功能連接增強(qiáng)的獨(dú)立成分。顏色越接近黃色，代表增強(qiáng)程度越高，無功能連接減弱的區(qū)域；b)橫軸和縱軸均代表獨(dú)立成分。暖色系區(qū)域代表酒精使用障礙組中相同顏色的IC之間功能連接較健康對照組增強(qiáng)(t>0)，無功能連接減弱的區(qū)域(冷色系)。

與健康對照組相比，酒精使用障礙組三重網(wǎng)絡(luò)中DMN與CEN、SN與CEN之間功能連接增強(qiáng)(P<0.05)，無功能連接減弱的區(qū)域。其中，酒精使用障礙組DMN的IC1與CEN的IC28之間功能連接顯著增強(qiáng)；其次，DMN的IC6與CEN的IC8之間功能連接增強(qiáng)；此外，CEN的IC8與DMN的IC9、IC18以及SN的IC22之間功能連接增強(qiáng)(圖2)。其中DMN的IC1主要腦區(qū)為前扣帶和旁扣帶腦區(qū)，IC6主要腦區(qū)為內(nèi)側(cè)額上回和后扣帶回，IC9主要腦區(qū)為內(nèi)側(cè)額上回，IC18主要腦區(qū)為楔前葉/后扣帶回；CEN中的IC8主要腦區(qū)為背外側(cè)額上回和額中回，IC28主要腦區(qū)為左側(cè)額中回、頂下緣角回和右側(cè)緣上回；SN中IC22主要腦區(qū)為腦島、左側(cè)前扣帶回和旁扣帶腦回。

討 論

成癮與大腦網(wǎng)絡(luò)之間的相互作用的改變有關(guān)，而不僅僅是與單個離散區(qū)域內(nèi)的功能改變有關(guān)。最近，Menon[7]提出了一種三重網(wǎng)絡(luò)模型，包括DMN、SN和CEN。DMN是任務(wù)負(fù)性網(wǎng)絡(luò)，關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)包括腹內(nèi)側(cè)前額葉和后扣帶回皮層，參與內(nèi)部自我心理過程，在神經(jīng)和精神障礙中DMN功能的改變與認(rèn)知功能受損和情緒調(diào)節(jié)障礙有關(guān)，并與皮層下區(qū)域和其它網(wǎng)絡(luò)之間有很強(qiáng)的相互作用，其中最顯著的是CEN和SN[10]；CEN是連接背外側(cè)前額葉和后頂葉皮質(zhì)的任務(wù)正性網(wǎng)絡(luò)，參與工作記憶、決策和目標(biāo)導(dǎo)向行為中信息的維護(hù)和操縱，與更高級別的認(rèn)知和外部注意力控制有關(guān)；SN定位于前島葉和前扣帶回皮質(zhì)，與注意力以及感知和情感過程有關(guān)，對于外部輸入和內(nèi)部大腦事件的檢測和映射非常重要，在DMN和CEN之間的動態(tài)交互中發(fā)揮著核心作用[11]。Li等[12]研究發(fā)現(xiàn)以SN為中心的"三重網(wǎng)絡(luò)模型"的跨網(wǎng)絡(luò)功能連接性在阿爾茲海默癥患者中顯著受損；Reese等[13]對可卡因成癮者的三重網(wǎng)絡(luò)靜息態(tài)功能連接進(jìn)行探索，結(jié)果顯示，可卡因成癮者CEN內(nèi)RSFC減低，DMN-SN之間的RSFC增強(qiáng)。既往研究強(qiáng)調(diào)了三重網(wǎng)絡(luò)的異常網(wǎng)絡(luò)內(nèi)和網(wǎng)絡(luò)間連接可能是包括成癮在內(nèi)的神經(jīng)精神疾病的基礎(chǔ)，但國內(nèi)尚未見針對AUD患者三重網(wǎng)絡(luò)的研究報道。

本研究結(jié)果顯示酒精使用障礙組CEN內(nèi)存在靜息態(tài)功能連接增強(qiáng)，這可能與神經(jīng)可塑性有關(guān)，以滿足認(rèn)知控制需求的增加，盡管對酒精相關(guān)線索的認(rèn)知控制仍然不足。Guo等[14]使用基于種子點(diǎn)的分析方法，顯示酒精依賴患者CEN內(nèi)的連通性增加。但Muller-Oehring等[15]的研究報道了相反的結(jié)果，即患者CEN的網(wǎng)絡(luò)內(nèi)功能連接減弱。這可能歸因于種子點(diǎn)的選取，Guo等選擇體素鏡向同位連接結(jié)果改變的腦區(qū)(包括額中回、小腦后葉)作為種子點(diǎn)，而Muller-Oehring選擇額上回，種子點(diǎn)的選取對于連接模式有很大影響。因此，本研究使用ICA而不是基于種子點(diǎn)的方法來識別三重網(wǎng)絡(luò)，消除了種子區(qū)域的某種任意選擇，同時考慮了所有體素之間的關(guān)系(而不是簡單的成對相關(guān))。同時，與基于種子點(diǎn)的方法相比，ICA的敏感度更高，可檢出研究對象之間的細(xì)微差異[16]。Jansen等[17]同樣使用ICA方法，識別CEN成分(包括背外側(cè)前額葉皮質(zhì)、頂葉皮質(zhì)和額下回)并進(jìn)行分析，結(jié)果顯示酒精依賴患者左側(cè)CEN內(nèi)部功能連接增強(qiáng)。本研究中患者組中CEN內(nèi)IC8與IC14之間功能連接顯著增加，主要涉及左側(cè)CEN，與Jansen等[17]的研究結(jié)果基本一致。此外，Camchong等[18]觀察到與健康對照組相比，短期或長期戒酒的酗酒者的CEN內(nèi)部也表現(xiàn)出更強(qiáng)的功能連接，且與行為有關(guān)，這可能是戒酒者的一種代償機(jī)制。本研究未發(fā)現(xiàn)SN和DMN內(nèi)功能連接改變。但有研究發(fā)現(xiàn)酒精依賴者除了在CEN內(nèi)功能連接增強(qiáng)外，SN、DMN、眶額葉皮質(zhì)、杏仁核-紋狀體網(wǎng)絡(luò)內(nèi)功能連接也出現(xiàn)了增強(qiáng)[19]。這可能與納入對象、年齡、實(shí)驗(yàn)設(shè)計等多種因素有關(guān)，還需進(jìn)一步探索。

同時，本研究結(jié)果表明與健康對照組相比，酒精使用障礙組DMN和CEN間功能網(wǎng)絡(luò)連接增強(qiáng)。Zhu等[19]研究表明酒精依賴患者包括后扣帶回皮層、楔前葉在內(nèi)的后DMN與左側(cè)CEN功能連接增強(qiáng)。而本研究結(jié)果顯示，除了上述腦區(qū)外，前扣帶回、內(nèi)側(cè)額上回在內(nèi)的前DMN也與CEN之間的功能連接增強(qiáng)。前默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)是認(rèn)知控制和錯誤監(jiān)測的重要區(qū)域，本研究結(jié)果可能表明了酒精使用障礙患者的認(rèn)知控制能力存在一定的改變。另一項研究進(jìn)一步使用機(jī)器學(xué)習(xí)驗(yàn)證了以上結(jié)果，并指出CEN和獎勵網(wǎng)絡(luò)的部特征可區(qū)分AUD與對照組，診斷符合率達(dá)87%[20]。Kamarajan等[21]同樣發(fā)現(xiàn)與對照組相比，男性AUD患者表現(xiàn)出跨越雙側(cè)前扣帶回皮層和前額葉以及雙側(cè)后扣帶回皮層和左側(cè)頂下小葉之間的高連通性。一項針對女性酒精依賴患者的任務(wù)態(tài)fMRI研究指出，在普通圖片刺激下，酒精依賴患者和對照組的神經(jīng)激活沒有顯著差異，都與DMN的核心區(qū)域高度一致，而在酒精相關(guān)圖片刺激下，除DMN外，酒精組還激活了CEN和SN，這些網(wǎng)絡(luò)的同時激活可能導(dǎo)致沖突[22]。這可能是由于不同神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)之間轉(zhuǎn)換出現(xiàn)了問題，即SN存在損傷。當(dāng)然，該研究僅分析了女性患者，男性酒精依賴患者是否有同樣的表現(xiàn)還需進(jìn)一步研究來證實(shí)。

此外，本研究結(jié)果還顯示酒精使用障礙組與健康對照組相比，SN與CEN之間的功能網(wǎng)絡(luò)連接增強(qiáng)。有研究發(fā)現(xiàn)酒精依賴患者突顯和左側(cè)執(zhí)行控制網(wǎng)絡(luò)間的功能連接較對照組明顯增加，表明酒精依賴患者靜息態(tài)腦網(wǎng)絡(luò)改變可作為大腦細(xì)微改變的潛在生物標(biāo)記[19]。本研究與Kohno等[23]的研究結(jié)果相似，其研究表明AUD患者的背外側(cè)前額葉與腦島之間的功能連接增加，沖動性與SN和CEN之間的高靜息態(tài)功能連接有關(guān)。進(jìn)一步證實(shí)在AUD患者中，執(zhí)行和突顯網(wǎng)絡(luò)及其相互聯(lián)系在整合認(rèn)知和動機(jī)過程以維持成癮方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。就結(jié)構(gòu)而言，研究發(fā)現(xiàn)AUD患者灰質(zhì)減少呈彌漫性，累及SN和CEN的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，且患者SN的腦島和前扣帶回區(qū)域的灰質(zhì)密度顯著減低，與注意力和工作記憶能力減退有關(guān)[24]。另有其它研究亦證實(shí)了AUD患者存在廣泛的灰質(zhì)和白質(zhì)改變，包括SN和CEN的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和纖維束[25]。結(jié)合本研究，這也可能提供了一些證據(jù)，表明SN和CEN協(xié)同工作，以代償由于酒精對腦結(jié)構(gòu)的破壞而導(dǎo)致的腦功能受損。但目前相關(guān)研究結(jié)果并不完全一致，如Galandra等[26]研究發(fā)現(xiàn)，與對照組相比，AUD患者在SN和CEN的前額葉區(qū)域顯示出更強(qiáng)的激活，但兩者的功能連接減低，具體機(jī)制仍需進(jìn)一步研究。

綜上所述，本研究創(chuàng)新性的對AUD患者的三重網(wǎng)絡(luò)改變進(jìn)行研究，為了解AUD患者神經(jīng)系統(tǒng)改變提供了新的見解。AUD患者三重網(wǎng)絡(luò)內(nèi)及網(wǎng)絡(luò)間功能連接發(fā)生了改變，對此一種可能的解釋是這是大腦的一種代償機(jī)制，用來解決酒精損害自我(內(nèi)部)代償之外的網(wǎng)絡(luò)功能。本研究尚存在一些局限性，包括樣本量較小，研究對象均為男性右利手AUD患者，對于性別、利手情況如何影響患者的腦功能尚不得而知。未來尚需要增大樣本量，并將動態(tài)功能連接、任務(wù)態(tài)功能磁共振成像等相結(jié)合，對AUD患者的成癮機(jī)制進(jìn)行更深入的探討。