抑郁症的神经基础相关主导右半球:静息状态功能磁共振成像研究

文摘

背景。过去,研究左和右大脑半球偏侧性表明,抑郁症是由大脑的右半球,但这一理论的神经基础仍不清楚。方法。功能性磁共振成像的大脑进行了22个抑郁病人和15名健康对照组。的平均值的差异区域同质性(ReHo)两组比较,和这些大脑区域比较差的低频振幅。结果。结果表明,与健康受试者相比,抑郁症患者增加ReHo值在右颞回,右颞中回、颞下回,左颞中回、额中回,三角的一部分右额下回,轨道的一部分右额下回,优越的枕叶脑回,右枕中回,两国前扣带,和paracingulate脑回;减少ReHo值被正确的梭状回,左枕中回,左舌回、左顶叶除了supramarginal和角脑回。结论。结果表明,区域同质性主要发生在正确的大脑,和大脑的整体性能,右半球同步增强,而左半球同步削弱。ReHo异常的静息状态可以预测异常个体神经系统活动,反映了大脑的结构和功能的变化;异常显示与这个指示器的神经基础是大脑的右半球的现象对抑郁症有显性效应。

1。介绍

之前的研究揭示了左右脑半球和抑郁之间的联系,提供一个更好地了解抑郁症的神经病理学。Liotti并排简单反应任务和塔克的结果表明,左视野反应受损与抑郁情绪和健康的人在轻微的单极抑郁患者,而健康的人的视野与温和的单极抑郁患者的抑郁情绪和没有显示缓慢的响应时间查看材料(1]。相关脑电图研究情绪识别任务还发现,更高的右额叶活动与负面情绪和更高的左额活动与积极情绪(2]。健康受试者时引起的负面情绪,阿尔法右额叶的力量比左额叶的抑制,而在积极情绪的情况下,α力量的不对称在相关地区显示出相反的结果。这些发现表明,患者右额叶活动具有较强的负面情绪高于个人高左额叶的活动(3- - - - - -5]。上述研究结果讨论左右半球之间的关系和情感。右额叶活动是增强抑郁患者或健康受试者诱导经历抑郁情绪。

也有不同的信息处理之间的左半球和右半球。左脑信息处理的特点是序列,分析,和逻辑;由右半球平行处理的信息,全面和直观的6]。基于左和右大脑信息处理之间的差异,很多实验被设计来确定不同的半球认知功能的特点。速示视觉半部分技术(7)和两耳分听技术(8)被用来检查每个半球在视觉和听觉的效果处理。Bruder等人使用两耳分听和视觉半部分任务检测抑郁症患者的感知不对称。结果表明,抑郁症患者的感知不对称与右半球功能障碍的假说是一致的(9]。同样,在一项由Kaprinis et al ., 26双相情感障碍患者受到两耳分测试在躁狂阶段和后恢复;躁狂阶段表现出显著的左耳(右半球)优势,复苏后,病人转移到右耳优势。这些结果表明,狂躁症的一个特征是右脑的overactivation函数(10]。脑电图和神经影像学研究也被广泛用于抑郁症的半球偏侧性的研究。Flor-Henry等人使用脑电图分析左右半球之间的差异的主题在静息状态和语言和空间认知任务,结果表明,消极情绪和抑郁与相对较高的右脑额叶皮质的活动(11]。相关的神经影像学研究报道,单相抑郁症患者具有代谢下降左脑和右脑(代谢增强12]。抑郁症的严重程度呈正相关的代谢增强右半球(13]。高活动右额叶和相对较低的抑郁患者的左额叶的活动已在大多数调查,只有少数例外(14]。功能右半球可以使人克服消极情绪,防止抑郁的发展(15]。

Bruder等人系统地综述了左右脑不对称电生理学的证据(EEG和与事件相关电位)、行为(两耳分和视觉感知不对称),和神经成像(PET、MRI和NIRS)和讨论,左和右的个体差异在抑郁症患者大脑功能测量相关亚型的临床诊断抑郁症,焦虑症,临床反应抗抑郁药物或认知行为疗法16]。Bruder等人发现,抑郁焦虑障碍患者表现出额α不对称,而nonanxious抑郁症患者并没有显示出这种不对称(17]。金等人发现,额不对称明显与焦虑的程度,而不是抑郁的严重程度(18]。一些研究还发现,抑郁或以前抑郁个体的顶叶区域有一个相反的不对称与额叶(即。,右脑比左脑活动更少)相对于没有抑郁症的科目(19,20.]。然而,右顶叶的活动增加抑郁焦虑障碍患者或偏移量相对较少的右顶叶活动在青少年和成年人21]。α不对称患者的抑郁症和共病焦虑表明右侧比左侧顶叶有更多的活动,而“纯”抑郁症患者表现出更少的活动在右侧顶叶(16]。这表明顶叶的活动与抑郁和是否有共病焦虑。

先前的研究已经发现左、右大脑半球偏侧性异常活动或功能在抑郁症,但文献没有提供详细描述抑郁的神经基础与高右脑的活动有关。藏等人提出了一种区域同质性方法来理解大脑功能处于休息状态。异常与颞神经活动的变化相关联的地方,可以用来检测异常活动在整个大脑(22]。高ReHo值表明,同步振荡ALFF神经元的自发的强度直接相关的神经活动能量代谢在静止状态23]。香港等人相比的差异ReHo和低频振幅(ALFF)治疗前后脑区电休克疗法(ECT)老年重度抑郁症患者(MDD);结果表明,等可能影响大脑功能在MDD的老年患者在静息状态24]。姚等人相比,双相抑郁的ReHo (BD)、单相抑郁症(UD)和健康对照组(HC)在整个大脑。结果表明,左额集群(利物浦)有显著差异的三组主题和左颞集群(LTC)之间的显著差异BD和UD;楔片可以提供双相障碍患者神经抑郁的迹象和UD25]。彭等人研究了全脑功能磁共振成像的ReHo抑郁症患者和健康对照,结果表明,左侧丘脑的ReHo值,左颞叶、左侧小脑后叶,和双边枕叶在抑郁症患者明显低于健康受试者,暗示这些大脑区域的活动异常(26]。刘等人发现的ReHo值左脑岛和右小脑的MDD和高危患者MDD显著低于健康对照组(27]。郭等人研究了大脑区域的首次ReHo值,初始,短期和treatment-responsive抑郁症患者静息状态检测异常在MDD边缘皮层网络;结果表明,边缘皮层网络第一次,最初,短期,treatment-responsive MDD患者异常(28]。吴等人相比ReHo值难以静息状态功能磁共振成像的抑郁症(TRD),抑郁但不是难以(NDD),与健康对照组;结果表明,与健康对照组相比,ReHo值temporolimbic结构中的两个抑郁组大,ReHo值在额叶,顶叶,后梭状皮质和尾状小;TRD患者有更多比与NDD ReHo-modified大脑区域,展示使用ReHo作为研究的可行性和临床工具来监控持续脑功能障碍抑郁症(29日]。姚等人使用ReHo方法探索MDD患者在静息状态的大脑活动特点;结果表明,焦虑的严重程度呈正相关ReHo正确的脑岛;认知障碍的程度呈正相关,ReHo正确的额叶皮层、左前扣带回;晚严重性呈正相关ReHo正确的后扣带回和正确的脑岛;睡眠障碍的严重程度呈正相关,ReHo背内侧前扣带皮层;和绝望的严重程度呈正相关,右腹侧前扣带回和右腹股沟复活(30.]。梁等人研究了大脑活动模式的变化在双相情感障碍(BD)和单相抑郁症(UD)患者。结果显示一些重叠在ReHo UD和BD团体;然而,丘脑的显著差异BD可以协助检测功能缺陷和区分临床和病理生理学BD和UD的迹象31日]。

探索大脑右半球的高度激活的神经基础的抑郁,本文分析和比较ReHo值在整个大脑区域抑郁症患者和健康对照组之间提取低频波动的振幅(ALFF)的大脑区域显示显著差异在抑郁症患者和对照组之间ReHo措施来验证我们的猜想。

2。材料和方法

2.1。主题

共有22名抑郁症患者和15名健康对照组是从北京安定医院招募中国。所有参与者的诊断评估进行了使用DSM-IV-based迷你国际神经精神采访6.0(6.0迷你)临床训练和经验丰富的评价者(32]。生理报告进行MDD和HC组含有9个项目使用病人健康问卷调查表(phq - 9)。人口统计学和临床特点的受试者在表1。抑郁病人患有严重的焦虑(广泛性焦虑症 摘要)。排除标准如下:(1)患者抑郁史的躁狂发作或任何重大精神疾病在轴或轴II,(2)同时患有严重疾病或主神经系统障碍,(3)的历史意识丧失由于头部受伤,(4)滥用或依赖酒精或其他物质,和(5)MRI禁忌症。

2.2。核磁共振数据采集

功能磁共振成像数据收集由西门子三蒂姆3 t扫描仪。功能梯度进行扫描的数据平面回波脉冲序列。的主题是用海绵固定垫来减少磁头移动对实验结果的影响。在静息状态的扫描,闭上了眼睛,冷静,放松自己的身体。扫描参数如下:TR(重复扫描时间) ,TE(回波时间) ,视场(视野) FA(旋转角度) , 、gap(层间距) ,共33层的轴向图像覆盖整个大脑,和体素 。每个主题的扫描时间是860秒,860功能图像帧被收集,包含430个时间点和相应的大胆的信号。

2.3。图像预处理

图像预处理完成后在MATLAB平台上使用SPM12软件(维康基金会神经造影中心、伦敦、英国;http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/ext/)和其他工具包。消除不稳定的磁场扫描开始时,前十个时间点的数据被删除,只剩下420个时间点进行了处理和分析。图像预处理的主要步骤如下所述。(1)Slice-timing校正进行了正确的层时间消除造成的误差序列的开始扫描。(2)调整进行纠正的差异数据收集期间头部平移或旋转。如果对象的平移或旋转的程度在一定范围内,头部运动产生的工件和错误可能被调整。如果平移或旋转的程度太大,不能通过软件修正,消除实验对象被删除。在这项研究中,标准的翻译不到2.0毫米和旋转角小于2.0°;最终,四个主题被排除在外。(3)Coregistration进行,获得的图像在不同的时间在空间和时间对齐。 (4) Data were normalized, where different subjects’ fMRI images were registered to the MNI standard brain anatomical template to correct for individual differences in brain structure. The specific steps were as follows: first, the 3D structural image of each subject was matched with the functional image of the resting state, and then the 3D structural image was divided into gray matter, white matter, and cerebrospinal fluid. The parameters of the structural image for the standard template were written into the aligned functional image; at the same time, if the functional image needed to be resliced, the voxel size of the reslice was 3 × 3 × 3 mm³。(5)消除趋势进行删除产生的线性趋势上升的温度由于机器工作或改编的主题。(6)静息状态的大胆的信号是使用一个过滤器过滤频带为0.01至0.1。这个频率范围主要反映了神经细胞的自发活动。(7)执行平滑降低对象之间的空间结构上的差异,提高信噪比。的空间进行了归一化图像的半峰全宽4毫米高斯空间平滑,提高统计检验的有效性。(8)ReHo和ALFF计算,受试者的大脑数据计算后,上述处理步骤。应该注意的是,计算ReHo后进行了平滑。因为体素及其周围像素点的一致性将增加平滑后,ReHo分析必须首先计算每个体素的肯德尔和谐系数然后ReHo图应平滑,消除小错误的标准化,提高信噪比(使用4×4×4毫米高斯内核)。ALFF需要遵循平滑的计算步骤,然后每个体素的时间序列图像中应该使用傅里叶变换转换成频率范围内获得频率功率谱峰面积可以被视为的能量。 The power spectrum of the signal with a frequency range of 0.01–0.1 Hz was squared to obtain ALFF.

2.4。区域同质性(ReHo)分析

区域同质性是一个大脑成像方法基于功能磁共振成像数据。假设选择的体素的时间序列相似时间26邻体素,增加指标意味着当地的神经活动往往是同步的。相反,这个指标可以显示疾病随着时间的推移。ReHo肯德尔和谐系数的计算(KCC)。计算的公式如下: 在哪里代表肯德尔和谐系数的一个特定的点,范围从0到1,表明区域同质性的大胆的信号从弱到强,分别;表示时间点的数量,本文是420;代表特定体素和周围像素点的总数(27)7、19日,和摘要27岁;的总数是体素各体素的水平时间点;和是平均的 。KCC值越接近于1,越高的同步本地大脑的神经活动和神经活动更加有序。

2.5。低频波动幅度(ALFF)

电生理研究表明,低频振荡的产生可能是由于自发的神经活动。这种自发的神经活动的生理意义重大,这反映出有节奏的活动模式的大脑区域会产生相互作用与其相关的大脑区域。因此,我们有理由相信ALFF大脑特征可以作为一个指标。低频振荡(LFO)主要是观察与低频振幅和低频振幅范围为本研究选择0.01和0.1赫兹之间。低频振幅计算如下:

这个公式计算在给定的频率、振幅之和和系数对应于不同频率和吗是像素点的总数。在本文中,我们并没有直接分析整个大脑ALFF但提取低频振幅(ALFF)的大脑区域显示显著差异ReHo抑郁症患者和对照组之间的措施。差异组使用两个示例进行了测试测试。

3所示。结果

3.1。主题

22个抑郁症患者和15名健康受试者完成了功能磁共振成像扫描。一个病人由于不完整的数据和1健康主题被排除在外的功能成像时间点。4名患者被排除在外由于过度的头部动作,和1病人排除由于缺乏空间标准化的结果,离开16患者和14名健康受试者。

3.2。ReHo:抑郁症与健康受试者

的大脑ReHo数据抑郁组和健康对照组被两个示例分析测试(26,29日]。结果表明,与健康对照组相比,抑郁组的大脑的信号在静息状态明显不同。如图1和表2,ReHo值更高的抑郁症患者右颞回,右颞中回、颞下回,左颞中回、额中回,三角的一部分右额下回,轨道的一部分右额下回,优越的枕叶脑回,右枕中回,两国前扣带,paracingulate脑回,和值减少的梭状回,左枕中回,左舌回、左顶叶除了supramarginal和角脑回。在图1,彩色区域代表不同的大脑区域之间ReHo抑郁症患者和健康者;的差异包括ReHo大脑区域的增加和减少ReHo抑郁症的大脑区域。

multibaseline 3 d图(multifiducial映射给出了一个流畅的地图和空间定位的最佳估计),图2显示区域中的ReHo值抑郁症患者比健康对照组,和图3显示区域ReHo值是更大的比抑郁症患者在健康对照组。最后,低频振幅(ALFF)的大脑区域之间的显著差异ReHo措施抑郁组和健康对照组提取两个示例测试。结果如表所示3。抑郁组的ALFF更高的左侧颞中回,而其他大脑区域没有显著不同的控制。

4所示。讨论

在静息状态功能磁共振成像的研究中,我们使用区域同质性(ReHo)方法分析功能磁共振成像数据。这个指标可以衡量局部血氧的时间一致性等级相关信号,反映神经活动的时间一致性。结果表明,同步的异常有一些抑郁症患者的脑区静息状态。

与健康受试者相比,我们发现,抑郁组的ReHo价值高于右侧额中回、右侧额下回三角的一部分,和轨道右额下回的一部分;额叶区域显示最强烈激活(最高的峰面积是位于轨道额下回的一部分, )。额叶活动相关的抑郁病人的特点,包括功能异常,情绪调整,和认知控制(19]。到目前为止,额叶已被确认为最一致的与MDD相关的区域之一(33]。姚等人发现,重度抑郁焦虑障碍患者的ReHo价值减少在左额中回,但是没有发现异常在右侧额中回30.,34];然而,本文并没有完全排除抑郁患者的抗抑郁药物对大脑活动的影响可能会导致不同的结果与我们的论文。

ReHo值抑郁组的当前的研究增加右颞回,右颞中回、颞下回,左侧颞中回、颞中回。右颞回参与的感知情绪的面部表情35,36),左侧颞中回,与文本和语言处理。吴等人找到了与本研究结果一致。额外的相关分析表明,焦虑症状与功能障碍有关的颞叶脑区(30.,37]。例如,其他的研究也报道,ReHo价值减少抑郁患者在左颞上回和左颞叶26),这是与这项研究的结果不一致。论文的汉密尔顿焦虑量表 表明,抑郁症患者可能会有焦虑,但没有明显的或没有焦虑的症状;统计检验结果表明,之间没有显著差异,焦虑症状在抑郁症患者和健康者,和抑郁症病人有严重的焦虑,这表明差异的结果可能与焦虑。

抑郁组的ReHo价值更高的优越的枕叶脑回和右枕中回和低左舌回、双边前扣带皮层和paracingulate脑回。这些地区属于枕叶,大多数功能区域的枕叶视觉相关信号编码。枕中回参与视觉处理;正确的前扣带和paracingulate脑回,以及梭状回,作为边缘系统的一部分,是连接到杏仁核、眶额叶皮层、海马和参与的情感系统,左前扣带和paracingulate脑回负责决策过程。在一项由彭et al。26),重度抑郁患者的ReHo值没有焦虑减少双边枕叶,有增加和减少地区当前的研究;这种差异的原因,如前所述,可能与抑郁症是否患有焦虑。

抑郁组的ReHo价值减少左顶叶,除了supramarginal和角脑回;这个地区属于顶叶。脑电图的研究发现,抑郁症患者和共病焦虑显示α不对称这表明右侧比左侧顶叶有更多的活动,而“纯”抑郁症患者表现出更少的活动在右侧顶叶(16]。Bruder等人的使用行为,脑电图,和ERP测量方法表明可能有缺陷在抑郁症患者右顶叶的功能,尤其是在处理情感信息(16]。

低频波动的振幅(ALFF)也是常用的指标异常的大脑活动。在这项研究中,低频波动的振幅显著差异的大脑区域ReHo抑郁组和健康组之间的值是两个示例提取测试。结果表明,抑郁症组ALFF更高的左颞叶,而其他大脑区域组之间没有显著差异。ALFF的价值可以直接反映大脑的神经活动的强度,和ReHo是一种间接测量。ReHo是否增强或削弱表明神经活动在当地区域同步异常和该地区的协作能力是不正常的。虽然大脑的效率下降,它仍然能够完成其相应的生理功能。当地神经活动的同步异常超过一定限制将被表示为神经活动异常,而且,在这一点上,大脑不能完成其相应的生理功能。虽然异常区域同质性不能直接代表神经活动异常,一个地区的区域同质性异常神经活动必须异常,这意味着区域同质性可以预测个体的神经活动。从区域同质性的结果,我们发现异常主要发生在正确的大脑区域在抑郁症患者,和整个大脑同步性能增强减毒的左半球和右半球。基于这些结果,我们可以预测神经活动趋势在这些病人的大脑;即自发ReHo-enhanced大脑区域的神经活动在休息状态可能会增强。 In contrast, spontaneous nerve activity in the brain area with ReHo attenuation may be diminished. The amplitude of low-frequency fluctuation (ALFF) of the brain regions with significant differences in ReHo values between the depression group and the healthy control group increased in the left temporal gyrus, indicating that the spontaneous nerve activity in this region was enhanced, thus validating our hypothesis. Furthermore, according to this trend of right hemisphere enhancement and left hemisphere attenuation of ReHo values, we can predict that the spontaneous nerve activity in the resting state of the brain as a whole shows right hemisphere enhancement and left hemisphere attenuation.

相关研究表明,大脑的右半球的生理激活抑郁患者伴随着功能下降和缺陷。额外的生理活动在右半球是克服功能障碍。能够正确完成相应功能,右脑的抑郁患者必须增加其活动水平(但结果是徒劳的)。ReHo表明神经元活动的增加和减少干扰,表明相应的大脑区域的结构和功能发生了变化。异常主要发生在右半球,与先前的研究一致显示右半球在萧条的主导作用。区域同质性可以预测异常神经活动和反映大脑的结构和功能的变化处于休息状态。这个指标异常现象的神经基础,大脑的右半球主要影响抑郁。

数据可用性

由于这些数据涉及到个人,私人信息的病人和健康主题,有道德的限制。所有原始数据,本文将根据要求提供相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

这项工作是由中国国家自然科学基金(61602017和61602017),中国的国家基础研究计划(2014 cb744600),北京市自然科学基金(4164080),“Rixin科学家”基金会北京科技大学(2017 - rx(1) -03年,北京优秀人才培养的基础(2014000020124 g039),中国国际科技合作项目(2013 dfa32180),北京市科学技术委员会的特别基金(Z171100000117004和Z151100003915117),北京市政府特殊医院临床医学发展的资金支持(ZYLX201607)和北京市医院管理局提升计划(DFL20151801)。

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