張海波 戴西勇 余金鳴 張建龍 王小廣 趙虎

我國是酒精消耗大國，飲酒所誘發(fā)的各類疾患及病死率不斷攀升，其背后衍生的健康及社會等問題不可小覷［1,2］。酒精使用障礙（alcohol use disorder，AUD）是一類以對酒精渴求、強迫性飲酒且失去抑制能力為特征的精神疾患，也可以說是一種慢性易復發(fā)的大腦疾患。長期過量飲酒可對人體多器官、系統(tǒng)造成損害，尤以神經系統(tǒng)受損為著，并表現(xiàn)出諸多的臨床癥狀。越來越多的神經影像學證據(jù)表明，長期大量飲酒對包括小腦在內的多個關鍵腦區(qū)造成結構性損害，并與特定的大腦區(qū)域網(wǎng)絡連接功能缺陷相關［3-6］，如默認模式網(wǎng)絡（default mode network，DMN）［7-11］、突顯網(wǎng)絡（salience network，SN）［12］、注意網(wǎng)絡（attentional network，AN）［13,14］等等，以DMN 研究最多。研究發(fā)現(xiàn)物質使用障礙者的DMN 功能連接模式存在異常，并且與物質渴求和復發(fā)相關［15,16］。大腦是一個整體，其每一項認知活動需要在各系統(tǒng)的有序協(xié)作下才能完成。先前的大多數(shù)研究主要集中在單個腦網(wǎng)絡水平上，大尺度的腦網(wǎng)絡功能連接研究相對較少［17,18］，全面探討腦網(wǎng)絡內及網(wǎng)絡間的功能連接，即在靜息狀態(tài)下分析大尺度腦網(wǎng)絡功能連接，將有助于理解AUD 神經生物學的相互作用，為其神經生理學機制提供新的見解。

本研究假設AUD 腦網(wǎng)絡內及網(wǎng)絡間功能連接存在異常。為了驗證上述假設，本研究采用基于血氧水平依賴（blood oxygenation level dependent，BOLD）的靜息態(tài)功能磁共振成像（rest-stating functional magnetic resonance imaging，rs-fMRI）方法研究AUD大尺度腦網(wǎng)絡功能連接，以期進一步闡明長期過量飲酒對腦網(wǎng)絡內和腦網(wǎng)絡間的相互影響，為探討其發(fā)病機制提供有價值的神經影像學依據(jù)。

資料與方法

1.研究對象

本研究共收集40 例酒精使用障礙患者，數(shù)據(jù)預處理過程中其中2 例影像數(shù)據(jù)部分圖像丟失，最后納入AUD 患者38 名，平均年齡（47.03±9.09）歲。納入標準為：（1）全為右利手、男性；（2）依據(jù)美國精神病協(xié)會2013 年出版的第5 版《精神疾病診斷與統(tǒng)計手冊》，所有患者都符合診斷標準；（3）密西根酒精使用障礙調查表（Michigan Alcoholism Screening Test，MAST），加權法后評分大于等于7分；（4）無MRI 檢查禁忌并能順利完成MRI 檢查。排除標準：（1）既往患有精神疾病史及家族史，如抑郁、雙相障礙等；（2）既往有頭部外傷和腦器質性疾??；（3）其他物質濫用和依賴史，但酒精除外；（4）患有慢性疾病，如高血壓、糖尿病、冠心病等；（5）其他MRI 檢查禁忌證（如心臟支架、人工耳蝸植入、大關節(jié)置換術）。

另外同期招募38 名年齡、文化程度相匹配的男性健康志愿者［平均年齡（47.71±5.29）歲］作為對照組。依據(jù)愛丁堡利手量表（Edinburgh Handedness Questionnaire，EHQ）［19］，被試者均為右利手。蒙特利爾認知評估量表（Montreal Cognitive Assessment，MoCA）［20］、簡易精神狀態(tài)檢查量表（Mini-Mental State Examination，MMSE）［21］均要求在MRI 數(shù)據(jù)采集前/后24 h 內完成。由中級職稱及以上醫(yī)師負責診斷AUD 被試及臨床量表數(shù)據(jù)收集。本研究經過廣東省中山市第三人民醫(yī)院倫理委員會的批準，且全部被試者均簽署了書面知情同意書。

2.MRI 數(shù)據(jù)采集

要求所有被試在MR 掃描前禁酒至少24 h。本研究數(shù)據(jù)在我院影像科Siemens 1.5 T 超導掃描儀上收集，8 通道頭部相控陣線圈，包括3D-T1WI結構像、rs-fMRI。掃描過程中，被試者采取仰臥位，泡沫軟墊充填于頭部與線圈之間以盡可能減少因頭動而產生的偽影影響，使用耳塞降低背景噪音。同時要求所有被試在該掃描過程中保持安靜，閉上眼睛，盡量不去思考問題，也不能入睡。首先進行顱腦常規(guī)掃描序列，包括T1WI、T2WI和T2FLAIR 以排除腦器質性病變，然后進行rsfMRI、3D-T1WI 掃描序列。

3D-T1WI 掃描參數(shù)：磁化強度準備快速采集梯度回波（magnetization-prepared rapid acquisition gradient-echo，MPRAGE）序列，重復時間2200 ms，回波時間5.12 ms，視野256 mm×256 mm，層厚1 mm，層間距0，層數(shù)176，反轉角15°，體素1 mm×1 mm×1 mm，耗時5 min 7 s。

rs-fMRI 掃描參數(shù)：單次激發(fā)回波平面成像（single short echo planar imaging，SS-EPI）序列，重復時間2800 ms，回波時間45 ms，翻轉角90°，視野224 mm×224 mm，層厚3.5 mm，層間距1 mm，層數(shù)32，獲得240 幅圖像，耗時11 min 18 s。由高年資的技師對掃描圖像質量進行初步判斷，只有圖像質量符合要求的被試方納入數(shù)據(jù)分析流程。

3.rs-fMRI 數(shù)據(jù)預處理及功能腦網(wǎng)絡構建

本研究的rs-fMRI 數(shù)據(jù)預處理在SPM12（http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm）和DPABI（http://www.restfmri.net）軟件包上進行。主要步驟如下：（1）格式轉換，DICOM 格式轉為NIFTI；（2）去除前10 個時間點的數(shù)據(jù)，主要是排除機器剛啟動等原因造成的前數(shù)個時間點數(shù)據(jù)不穩(wěn)定；（3）時間層校正（slice timing）；（4）頭動校正（realign），頭動的平移距離≤2 mm，旋轉角度≤2°；（5）空間標準化（normalize），T1WI像配準到其功能像的平均像上，并將變換后的T1WI 像分割成灰質、白質及腦脊液，再重采樣得到體素大小為3 mm×3 mm×3 mm功能像；（6）空間平滑（smoothing），使用半高全寬（full width half maximum，F(xiàn)WHM）高斯核進行平滑 處理，去線性漂移（detrend），低頻濾波（filter）（0.01～0.1 Hz），將信號中的高頻成分消除或抑制，以此減小圖像的噪聲，最后提取種子點ROI的平均時間序列。使用Schaefer2018_300Parcels_7Networks_order 定義的功能圖譜腦區(qū)作為種子點，建立一個300×300 的功能連接矩陣，反映大尺度人腦功能網(wǎng)絡。

Schaefer2018_300Parcels 是目前較為廣泛使用的功能連接圖譜，具有較為適中的ROI 數(shù)目，同時按照學者Yeo 等［22］將大腦劃分為7 大腦網(wǎng)絡結構，兼具了網(wǎng)絡模塊的劃分功能。在預處理數(shù)據(jù)的基礎上，由Schaefer2018_300Parcels 圖譜提取的時間序列形成相關系數(shù)矩陣，再經過Fisher R-to-Z變換，改善正態(tài)分布，形成功能連接Z 矩陣，用于組內的平均和組間差異的計算。

4.統(tǒng)計分析

使用SPSS Statistics 22 軟件進行統(tǒng)計學分析。兩組被試者的臨床資料（年齡、教育年限、飲酒年限、MAST、MMSE、MoCA）的統(tǒng)計學分析：首先采用Shapiro-Wilk 檢驗方法對樣本數(shù)據(jù)的正態(tài)分布情況進行檢驗，如果數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布，則統(tǒng)計描述以均數(shù)±標準差表示，組間比較采用獨立樣本t 檢驗；如果數(shù)據(jù)不符合正態(tài)分布，則采用非參數(shù)檢驗，統(tǒng)計描述以中位數(shù)。以P＜0.05 為差異具有統(tǒng)計學意義。根據(jù)Schaefer2018_300Parcels 圖譜的300 個腦區(qū)劃分成7 大腦網(wǎng)絡，然后對其平均時間序列兩兩進行Pearson 相關系數(shù)分析。

結果

1.人口統(tǒng)計學信息

AUD 組日均飲酒量（純乙醇質量）范圍100～336 g[（204.69±69.42）g]，飲酒年限4～43 年[（21.92±11.17）年]，主要為中高度白酒系列。兩組被試在年齡、受教育年限方面無顯著的統(tǒng)計學差異（P＞0.05），然而在MMSE 和MoCA 評分方面顯著偏低（P＜0.0001），即認知功能存在不同程度障礙（表1）。

表1 人口統(tǒng)計學信息和臨床量表得分結果分析（）

表1 人口統(tǒng)計學信息和臨床量表得分結果分析（）

注：數(shù)據(jù)描述為平均值±標準差；*：具有顯著性差異；-：無法獲取

2.功能連接

首先計算AUD 和HC 兩組的組內平均，根據(jù)Schaefer2018_300Parcels 圖譜的300 個腦區(qū)劃分成7 大腦網(wǎng)絡，分左右半球側別。雖然沿著對角線可見AUD 和HC 具有典型的網(wǎng)絡內強連接，但依然呈現(xiàn)不同的連接模式（圖1）。

圖1 AUD 組與HC 組組內功能連接差異圖（Schaefer2018_300Parcels 圖譜）。a)AUD 組組內功能連接差異圖；b)HC 組組內功能連接差異圖 圖2 AUD 組與HC 組組間功能連接差異圖。a)功能連接矩陣；b)環(huán)形連接圖；c)3D 立體呈現(xiàn)組間功能連接差異，功能連接減低（藍色）、功能連接增強（橙黃色）。環(huán)形連接圖中紫色長箭所示為網(wǎng)絡區(qū)域內連續(xù)的Cluster 序號排列。SMN：感覺運動網(wǎng)絡；DAN：背側注意網(wǎng)絡；SN：突顯網(wǎng)絡；DMN：默認網(wǎng)絡

組間差異比較提示AUD 呈現(xiàn)顯著的功能連接減低，特別是在感覺運動網(wǎng)絡（sensorimotor network，SMN）、背側注意網(wǎng)絡（dorsal attentional network，DAN）、SN 及DMN。此外，在AUD 內DMN與SN 之間的功能連接增強。這些結果分別用功能連接矩陣、環(huán)形連接圖及3D 呈現(xiàn)顯示（P＜0.05，連邊FDR 校正）（圖2）。

討論

本研究采用BOLD 的rs-fMRI 研究AUD 大尺度腦網(wǎng)絡功能連接，分析長期過量飲酒對腦網(wǎng)絡內和腦網(wǎng)絡間的相互影響，以期在腦網(wǎng)絡水平更好地理解AUD 神經生理學機制。結果發(fā)現(xiàn)AUD組和HC 組均具有典型的網(wǎng)絡內強連接，但呈現(xiàn)不同的連接模式。組間差異分析揭示AUD 呈現(xiàn)顯著的功能連接減低，特別是在SMN、DAN、SN 及DMN。此外，在AUD 內DMN 與SN 之間的功能連接增強。

空間位置不同的腦區(qū)通過白質纖維束相互連接、相互作用，構成了復雜的大腦網(wǎng)絡，正是基于這種相互作用來協(xié)調完成各項腦功能活動；而腦功能網(wǎng)絡是基于不同腦區(qū)間BOLD 成像序列在時間維度上的相關性來構建，同步的大腦區(qū)域活動通常被稱為網(wǎng)絡。通過大腦自發(fā)活動評估區(qū)域內和區(qū)域間水平的相關性，已被廣泛應用于物質成癮以 及其他腦功能疾病的研究［23,24］。Raichle 等［25］于2001 年提出了一種未知網(wǎng)絡，即在靜息狀態(tài)時活躍，而在任務態(tài)時呈負激活，并將其命名為DMN，主要包括后扣帶回、楔前葉、內側前額葉、內側顳葉、部分小腦等腦區(qū)［5］。雖然目前對大腦DMN的確切意義仍未完全明了，但一般認為其涉及自我參照、情景記憶的提取、對周圍環(huán)境的監(jiān)控、持續(xù)進行的認知與情感過程有關［26,27］。在DMN 中，處于靜息態(tài)下楔前葉、后扣帶回的代謝率較高，被認為是DMN 的重要節(jié)點，對整體DMN 的腦區(qū)功能協(xié)調與資源分配起著關鍵作用。本研究發(fā)現(xiàn)組間DMN 功能連接減低，這與先前的研究結果不謀而合［28,29］。DMN 的內部網(wǎng)絡連接改變，有學者提示可作為預測酗酒者酒精使用嚴重程度的潛在生物學標志物［30,31］。

筆者最近的一項基于體素的鏡像同倫功能連接研究也印證AUD 者局部鏡像同倫功能連接缺失腦區(qū)和其他區(qū)域間的連接遭到破壞，特別是參與DMN、SN、主要軀體運動和語言系統(tǒng)的腦區(qū)［5］。因為酒精的神經毒性效應會對大腦功能網(wǎng)絡中節(jié)點間的同步性造成破壞，腦功能連接的下調（如DMN 功能連接減低，腦功能分離）使患者對活性物質相關記憶和獎賞效應增強、自我監(jiān)測功能減弱，從而導致AUD 的發(fā)生，出現(xiàn)臨床癥狀及神經心理與行為障礙。本研究采用MMSE、MoCA 量表測評發(fā)現(xiàn)患者組的總分值明顯偏低，與對照組的差異具有統(tǒng)計學意義，提示本組AUD 患者存在較差的認知功能障礙［32］。另外，因本組患者長期大量飲酒，酒精持續(xù)性使用的累積效應可能會導致成癮相關環(huán)路與腦網(wǎng)絡結構的完整性受損［33］，這或許是AUD 發(fā)病機制和臨床癥狀的神經病理基礎。

除了組間DMN 功能連接減低以外，本研究還發(fā)現(xiàn)DMN 與SN 之間的功能連接增強，這與多數(shù)研究結果不一致。雖然郭靈紅等［34］、喻婷婷等［35］指出楔前葉、后扣帶回功能連接增強，這是DMN內部的功能連接增強，而不是DMN 外部的功能連接增強。Menon 等［36］提出的精神病學三重網(wǎng)絡模型，表明DMN、SN、中央執(zhí)行網(wǎng)絡之間的動態(tài)交互作用是大腦各種認知功能完成的基礎。又有研究指出SN 在具有共同節(jié)點的腦網(wǎng)絡靜息狀態(tài)和激活狀態(tài)間進行切換，例如可以控制DMN 到其他腦網(wǎng)絡的轉換［37］。功能連接增加可以理解為一種重要的功能代償機制，也認為是大腦遭受創(chuàng)傷后一種自我修復的神經機制，但大腦是一個高度分化、協(xié)調合作的中樞神經結構，各部分腦區(qū)的功能是既定的，損傷腦區(qū)鄰近的腦組織為了彌補缺失的功能表現(xiàn)出代償作用，但功能代償具有一定的限度，當超過其代償范圍則出現(xiàn)臨床癥狀及認知障礙。同時Park 等［38］指出AUD 楔前葉等腦區(qū)與對酒精的渴求相關，并認為這是因為楔前葉的情景記憶提取功能異常所致。酒精使用的情景相關記憶被激活，并在楔前葉內進行再加工，當AUD 患者接觸到酒精相關線索刺激時，因楔前葉的情景記憶提取功能障礙，將原屬于線索性質的酒精攝入刺激混淆為條件刺激［39］，從而導致飲酒行為，推測這可能是AUD 患者長期成癮及戒斷后復發(fā)的原因。大腦功能連接的減弱或增強，被認為是臨床癥狀和認知能力障礙的一種病理基礎，為探討AUD 發(fā)病機制提供了有參考價值的神經生理學依據(jù)。

雙側半球對注意功能的加工是不對稱的，正常個體的注意網(wǎng)絡向左側半球偏側化有利于定向功能［40］。fMRI 研究表明，AUD 患者具有更高的酒精線索誘發(fā)注意偏向［41,42］。同時一些神經心理學研究的結果表明，AUD 患者的注意損害與酒精使用復發(fā)者之間存在相關性，這可以作為戒酒成功的預測指標［43］。本研究發(fā)現(xiàn)DAN 功能連接減低，這與先前的研究結果較為一致［44,45］。DAN 又稱作視空間注意網(wǎng)絡或者任務正網(wǎng)絡（task-positive network，TPN），與DMN 相互拮抗，其主要功能是提供自上而下的注意定向。當DAN 激活時，人們往往處于一種高度專注的狀態(tài)來保證某項任務的完成。因此推測長期飲酒可能是通過抑制目標相關信息的加工能力和阻礙額頂葉回路來影響注意力［46］。

筆者也發(fā)現(xiàn)SN、SMN 功能連接減低，國內外的學者也得出了類似的結果。一項關于靜息態(tài)動態(tài)腦功能網(wǎng)絡連通性的研究表明，以突顯-感覺-運動網(wǎng)絡為特征的連通效率降低［47］。另外，Gorka 等［48］、Grodin 等［49］和Sullivan 等［50］指出酒精導致作為SN關鍵節(jié)點的前島葉、背側前扣帶回灰質體積減小、血流灌注減低以及兩者間的功能連接減低，推測這可能與情緒信息的檢查與評估、記憶功能障礙、個體行為沖動性有關，相互印證了SN 在物質使用障礙發(fā)生、進展、預后等過程中的重要作用。酒精之于SMN 影像的文獻相對較少，但少部分研究發(fā)現(xiàn)產前酒精暴露患兒導致SMN與DMN 的功能連接減低［51］，也與本研究相契合，提示可能是因為SMN 與SN、DMN、DAN 等腦網(wǎng)絡之間的功能連接異常來間接發(fā)揮酒精對大腦功能及認知的影響。

需要指出的是本研究也存在一定局限性：基于性別、酒精之于腦結構與功能的影響存在交互作用，且酒精對于女性大腦的影響可能會更大［52］，因此本研究只納入男性患者，沒有納入女性患者。筆者評估了AUD 靜息態(tài)下全腦功能連接模塊（組內及組間）改變，未涉及腦結構基礎；另外，有研究表明靜息態(tài)功能連接性具有隨時間動態(tài)變化的特點［53］，因此開展基于AUD 者動態(tài)腦功能連接方法的分析很有意義；最后，本研究使用的是Schaefer 2018_300 圖譜分割整個大腦皮層（劃分300 個區(qū)域），分割方案的差異可能會導致腦網(wǎng)絡參數(shù)的輕微變化［54］，對比其他分割方案是否具有相同的發(fā)現(xiàn)也值得進一步探討和驗證。

如上所述，本研究結果表明長期過量飲酒可能打破了腦網(wǎng)絡水平的層次結構，造成信息整合、傳輸網(wǎng)絡的改變和功能網(wǎng)絡的重組。AUD 患者腦功能網(wǎng)絡連接異常，提示腦功能分離，這些發(fā)現(xiàn)擴展了先前的研究，并在腦網(wǎng)絡視角下為探討其發(fā)病機制提供了神經影像學依據(jù)。