薛 婷，陶占龍，唐 俊

（內(nèi)蒙古科技大學(xué) 理學(xué)院，內(nèi)蒙古 包頭 014010）

前言

吸煙已成為當(dāng)今社會(huì)最嚴(yán)重的公共衛(wèi)生問(wèn)題之一，全世界每年有超過(guò)600 萬(wàn)人死于煙草導(dǎo)致的相關(guān)疾病[1]。《2018 中國(guó)成人煙草調(diào)查內(nèi)容摘要》顯示，中國(guó)吸煙總?cè)藬?shù)高達(dá)3.08 億，其中22.2%的吸煙者于18 歲之前開(kāi)始吸煙（http：//www.chinacdc.cn）。已有研究表明，吸煙行為習(xí)慣主要形成于青少年時(shí)期，青少年階段是否吸煙與成年后尼古丁成癮有著緊密聯(lián)系；吸煙者初次吸煙的年齡越小，成年后尼古丁成癮的可能性越大[2-3]。由此，針對(duì)青少年階段吸煙展開(kāi)研究，對(duì)于理解尼古丁成癮的神經(jīng)機(jī)制及制定控?zé)熣呔哂兄甘疽饬x。大腦神經(jīng)元在靜息狀態(tài)下存在自發(fā)活動(dòng)[4]，靜息態(tài)功能磁共振（resting state functional magnetic resonance imaging，rs-fMRI）信號(hào)中的低頻振蕩振幅（amplitude of low-frequency fluctuation，ALFF）能夠反映神經(jīng)元的活動(dòng)強(qiáng)度?；诖?，本研究擬采用ALFF 方法考察青少年吸煙者靜息狀態(tài)下大腦的局部神經(jīng)活動(dòng)異常，以期為煙癮成癮的神經(jīng)機(jī)制提供科學(xué)依據(jù)。

1 對(duì)象與方法

1.1 研究對(duì)象

本研究得到內(nèi)蒙古科技大學(xué)包頭醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)的批準(zhǔn)與監(jiān)督，實(shí)驗(yàn)流程符合赫爾辛基宣言倫理學(xué)準(zhǔn)則。參加本研究的所有被試均為在校大學(xué)學(xué)生。在詳細(xì)了解實(shí)驗(yàn)過(guò)程后，所有被試及其監(jiān)護(hù)人簽署知情同意書(shū)。

青少年吸煙被試的選取依據(jù)《美國(guó)精神疾病診斷與統(tǒng)計(jì)手冊(cè)》（第五版）尼古丁依賴診斷標(biāo)準(zhǔn)，主要納入標(biāo)準(zhǔn)為：（1）吸煙者吸煙行為持續(xù)兩年以上，且每天吸煙根數(shù)大于等于 10 根；（2）過(guò)去 6 個(gè)月內(nèi)無(wú)戒煙行為；（3）無(wú)其他藥物濫用史。非吸煙對(duì)照組的納入標(biāo)準(zhǔn)為：（1）吸煙總數(shù)不超過(guò)5 根；（2）所在宿舍及家人無(wú)人吸煙。所有被試均符合以下標(biāo)準(zhǔn)：（1）無(wú)腦腫瘤等腦器質(zhì)性疾?。唬?）無(wú)其他藥物濫用史；（3）無(wú)精神疾病史；（4）無(wú)磁共振掃描禁忌癥（如帶有心臟起搏器等）。共有19 名青少年吸煙者及25 名健康非吸煙者符合篩選條件，詳細(xì)的人口統(tǒng)計(jì)學(xué)信息見(jiàn)表1。所有被試均為男性，且均為右利手。所有被試在靜息態(tài)掃描前進(jìn)行了常規(guī)MR 檢查，均未發(fā)現(xiàn)腦組織病變。

表1 青年被試人口統(tǒng)計(jì)學(xué)數(shù)據(jù)

1.2 數(shù)據(jù)采集

實(shí)驗(yàn)采用飛利浦公司3.0T 磁共振掃描儀，用泡沫墊固定頭部，以減少被試頭動(dòng)，同時(shí)使用耳塞以盡可能降低噪音。靜息態(tài)功能磁共振成像采用梯度回波-平面回波成像（gradient echo-echo planar imaging，GRE-EPI）序列掃描，掃描參數(shù)為：TR 2 秒，TE 30 毫秒，矩陣 64×64，F(xiàn)OV 220 毫米，翻轉(zhuǎn)角90 度，掃描時(shí)間6 分鐘。掃描過(guò)程中要求所有被試保持全身不動(dòng)且統(tǒng)一保持閉眼狀態(tài)[5]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用rs-fMRI 數(shù)據(jù)處理助手（DPARSF）軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，具體包括：（1）剔除掃描序列的前10 個(gè)時(shí)間點(diǎn)數(shù)據(jù)，以消除縱向磁化弛豫不穩(wěn)定帶來(lái)的影響；（2）時(shí)間層校正，使不同時(shí)間點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)校正到同一時(shí)間點(diǎn)；（3）頭動(dòng)校正，以減少由被試頭動(dòng)所致的運(yùn)動(dòng)殘差。在此過(guò)程中，剔除所有水平頭動(dòng)＞2mm 及旋轉(zhuǎn)頭動(dòng)＞2°的被試數(shù)據(jù)。本實(shí)驗(yàn)所有被試數(shù)據(jù)均符合標(biāo)準(zhǔn)；（4）空間標(biāo)準(zhǔn)化，將所有圖像配準(zhǔn)到EPI 標(biāo)準(zhǔn)模板，以從空間上對(duì)齊所有圖像，并將圖像體素重切為 3mm×3mm×3mm；（5）空間平滑，采用4mm 半高全寬（full width at half maximum，F(xiàn)WHM）的高斯核濾波器對(duì)圖像進(jìn)行空間平滑以提高圖像信噪比；（6）去線性漂移及0.01-0.08Hz 帶通濾波，以消除呼吸心跳等生理性低頻噪音及磁共振機(jī)器自身的高頻噪音。

靜息態(tài)的ALFF 分析采用DPARSF 軟件進(jìn)行計(jì)算。具體步驟如下：（1）對(duì)每個(gè)體素的時(shí)間序列進(jìn)行快速傅里葉變換，將時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)換為頻域信號(hào)以得到功率譜；（2）對(duì)功率譜進(jìn)行開(kāi)方運(yùn)算，得到信號(hào)的振蕩幅度；（3）計(jì)算0.01-0.08Hz 內(nèi)每個(gè)體素的功率譜平均值：（4）對(duì)全腦所有體素的功率譜平均值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，即得到ALFF 值。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

采用SPM 軟件對(duì)青少年吸煙組及非吸煙組的ALFF數(shù)據(jù)進(jìn)行雙樣本t 檢驗(yàn)，將經(jīng)過(guò)FWE（family wise error）校正得到連續(xù)體素＞40 個(gè)體素、P＜0.05 的腦區(qū)定義為有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異的區(qū)域。

2 結(jié)果

較健康非吸煙組，青少年吸煙組的枕葉（Occipital Lobe）、顳上回（Superior Temporal Gyrus，STG）及額中回（Middle Frontal Gyrus，MFG）區(qū)域的ALFF 值顯著增加;而在顳下回（Inferior Temporal Gyrus，ITG）及額葉腸回（Rectal Gyrus）的 ALFF 值顯著降低（FWE 校正，P＜0.05）（圖1）。

圖1 青少年吸煙組和非吸煙組ALFF 差異腦區(qū)

3 討論

青少年階段是成年煙癮成癮的重要發(fā)展階段，已有研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)青少年吸煙者的大腦神經(jīng)元活動(dòng)出現(xiàn)異常[6]。本研究采用低頻振蕩振幅方法檢測(cè)青少年吸煙者大腦局部神經(jīng)元活動(dòng)異常。結(jié)果表明，青少年吸煙組較非吸煙組靜息狀態(tài)下大腦局部神經(jīng)元活動(dòng)強(qiáng)度出現(xiàn)異常，主要表現(xiàn)為枕葉（Occipital Lobe）、顳上回（Superior Temporal Gyrus，STG）、額中回（Middle Frontal Gyrus，MFG）活動(dòng)強(qiáng)度的增加及顳下回（Inferior Temporal Gyrus，ITG）及額葉腸回（Rectal Gyrus）的活動(dòng)強(qiáng)度降低。

對(duì)尼古丁成癮者大腦結(jié)構(gòu)的研究發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期吸煙可導(dǎo)致額葉、顳葉及枕葉的灰質(zhì)體積及密度發(fā)生改變[7-9]。進(jìn)一步的戒斷研究表明，尼古丁成癮者能否持續(xù)戒斷與這三個(gè)腦區(qū)的灰質(zhì)體積密切相關(guān)[10-11]?；趶浬埩砍上窦夹g(shù)的研究則發(fā)現(xiàn)長(zhǎng)期吸煙可影響腦白質(zhì)的完整性，如導(dǎo)致雙側(cè)額葉區(qū)的FA 值升高等[10]?；诰植恳恢滦裕╮egional homogeneity，ReHo）方法的rs-fMRI 研究亦發(fā)現(xiàn)吸煙者的前額葉區(qū)域的ReHo 值顯著降低[12-14]、左側(cè)顳上回的ReHO 顯著增加[15]。一項(xiàng)針對(duì)成年尼古丁成癮者的研究發(fā)現(xiàn)，尼古丁成癮者的ALFF 值在顳下回、枕葉腦區(qū)降低，并且降低的ALFF 值與吸煙的年限顯著相關(guān)[16]。顳葉主要參與記憶和情感相關(guān)的神經(jīng)活動(dòng)[17]，額葉則是中腦-邊緣系統(tǒng)-多巴胺神經(jīng)環(huán)路的重要節(jié)點(diǎn)，參與多種高級(jí)認(rèn)知活動(dòng)，如執(zhí)行功能、情緒加工、決策等[18]，對(duì)煙癮的有效抑制控制依賴于上述功能的協(xié)同工作來(lái)實(shí)現(xiàn)。大量研究表明，吸煙可導(dǎo)致額葉區(qū)域的大腦結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生變化，進(jìn)而影響決策行為[19-20]。本研究發(fā)現(xiàn)的額葉區(qū)域ALFF 值異常變化進(jìn)一步驗(yàn)證了該區(qū)域在尼古丁成癮神經(jīng)機(jī)制的重要作用。

綜上，青少年吸煙行為與成年后尼古丁成癮密切相關(guān)，研究吸煙行為對(duì)青少年大腦功能的影響有助于有效制定尼古丁成癮預(yù)防手段。借助于低頻振蕩振幅方法，本研究揭示了青少年煙癮者的靜息態(tài)腦功能神經(jīng)元局部活動(dòng)強(qiáng)度在額葉、顳葉及枕葉區(qū)域發(fā)生變化。本實(shí)驗(yàn)為探討尼古丁成癮的神經(jīng)機(jī)制提供了影像學(xué)資料。