文摘
客观的。探讨抑郁症的底层机制在哮喘患者中,脑岛的ReHo及其FC被用来探测抑郁哮喘(DA)之间的差异和抑郁哮喘(NDA)患者抑郁。方法。18哒病人,24 NDA患者和60名健康对照组(高碳钢)收到了静息状态功能磁共振成像扫描,抑郁症的严重性,哮喘控制评估。结果。DA病人显示增加俱乐部之间的左腹侧前脑岛(vAI)和左颞中回相比NDA和HC组。此外,相比之下,高碳钢,DA和NDA病人都表现出增加左vAI之间的FC和前扣带皮层(ACC),减少FC左vAI和两国之间的顶叶,并增加了FC之间正确的瓦,左壳核和尾状,分别。此外,增加俱乐部之间的左vAI和右ACC可以区分高碳钢DA和NDA病人,和增加之间的FC右vAI,左壳核和尾状可以从高碳钢独立NDA的病人。结论。本研究证实,异常vAI FC可能参与了哮喘的抑郁症的神经病理学。增加俱乐部之间左vAI和左MTG可以区分DA和NDA和HC组。
1。介绍
支气管哮喘是一种常见的慢性炎症性疾病,膨胀和缩小了航空公司,导致呼吸困难,咳嗽,收紧胸部。哮喘是显著相关的精神障碍(1),特别是抑郁症一直在哮喘病人(据报道普遍2- - - - - -4]。Adeyeye et al。5)表明,抑郁症是最重要的因素相关联的独立与哮喘有关的生活质量。和一个流行病学研究发现哮喘本身可能是自杀的一个独立危险因素(6]。炎症反应情绪恶化是反映在大脑功能变化在唤起对情绪刺激的反应(7]。
脑磁响应功能成像的发展(fMRI)一直是一个有用的技术探索哮喘和情感的神经生物学机制。Rosenkranz et al。8- - - - - -10)检测到的神经回路之间的交互情感和哮喘症状使用任务功能磁共振成像,和哮喘的研究结果一致表明,神经元表型可能被神经活动的大脑回路以前涉及情感管理,尤其是脑岛。
脑岛可能会影响神经内分泌调节炎症过程的反应压力,包括广泛的研究对HPA轴的影响及其生理反应(11]。作为“皮质中心”,脑岛携带信息的呼吸困难和重要神经结构有很强的联系在处理情感信息8,12- - - - - -14]。然而,据我们所知,只有一个研究探讨抑郁症的基础功能磁共振成像的方法在女性哮喘病人,抑郁的哮喘患者(DA)显示正确的脑岛(自发活动减少15]。此外,脑岛之间的功能连通性(FC)和其他大脑区域还不清楚。因此,我们选择了脑岛作为一个感兴趣的区域(ROI),探索其地区同质性(ReHo)和FC变化是否与抑郁症发生哮喘。我们假设DA和不消沉哮喘(NDA)患者脑岛会显示异常的自发活动和异常脑岛FC与健康对照组相比(高碳钢)。
2。材料和方法
2.1。参与者
消耗和数据筛选后,样本包括42个诊断为支气管哮喘患者nonacute攻击和60高碳钢。18岁的哮喘病人包括类固醇治疗患者(12)进入DA组和其他24例(18类固醇治疗患者)进入NDA集团根据测量表汉密尔顿抑郁量表的分数(HDRS-17)。没有统计差异DA和NDA患者(,)。所有参与者签署书面知情同意的形式,根据伦理委员会(中大医院,东南大学,南京,中华人民共和国)。临床试验注册号码chictr (coc) 15007442。
2.2。包含/排除标准
参与者都是至少18岁,右撇子,初中或更高的教育水平。哮喘病人被诊断为支气管哮喘与nonacute攻击。高碳钢是需要HDRS-17得分低于7。
参与者排除如果出现其他严重的生理疾病,精神疾病,和酒精或药物依赖;怀孕或哺乳期;和电子或其他金属设备,外科手术植入(如心脏起搏器、除颤器和支架)。
2.3。评估
2.3.1。HDRS-17
在当前的研究中,所有受试者接受HDRS-17评估研究。HDRS-17 [16]包含17个变量在五点量表测量,它是用来评估抑郁严重程度。参与者得分等于或高于7被认为可能有抑郁症。
2.3.2。哮喘控制测试(ACT)
所有哮喘病人完成自己行动。行为(17)包含5项总分安排从0到25。总分低于20个患者被认为无法控制哮喘。
2.4。大脑图像采集
成像进行3-Tesla扫描仪使用齐次鸟笼线圈。参与者被要求闭着眼睛,醒着的,而不是想在扫描过程中具体的事情。参与者躺仰着头紧密地固定带和泡沫垫以减少头部运动。一个gradient-recalled echo-planar成像(GRE-EPI)脉冲序列成立收购静息状态的图像。对于每个数据量,我们获得了36个连续轴向片与3.75毫米×3.75毫米降序平面分辨率commissure-posterior前连合线平行,3毫米切片厚度,利用静息状态成像和0毫米差距(TR = 2000毫秒,TE = 25 ms,翻转角度= 90°,收购矩阵= 64×64,视野= 240毫米×240毫米)。这次收购序列生成的240卷8分钟。
2.5。功能成像预处理
所有的图像数据被重建,由两名有经验的放射科医生检查。图像预处理进行了使用DPARSF软件(18]。前10时间点被丢弃的扫描仪校准和主题来适应环境。剩下的时间点是纠正时间片之间的差异和运动的影响(six-parameter刚体)使用引用卷中心的运行。头动校正后,参与者与头部的运动超过2.5毫米的最大位移在任何方向(x,y,或z)或2.5°角运动被排除。由此产生的图像空间归一化到一个标准的立体定位使用参仿射空间的方法和一个重新取样的EPI模板映像3×3×3毫米3体素。接下来的时间过滤(0.01赫兹< f < 0.08赫兹)应用于时间序列的体素减少低频漂移和高频噪声的影响。任何线性趋势被消除。
2.6。选择感兴趣的区域(ROI)
感兴趣的区域(roi)的脑岛被定义根据自动化解剖标记(AAL)模板19其他工具(http://www.resting-fmri.sourceforge.net)[20.]。然后,insula-ROIs重新取样3×3×3毫米3作为进一步的面具ReHo分析。
为了探索脑岛之间的FC和整个大脑,我们脑岛分为三个亚区为左、右引用先前的研究[21),包括腹前岛叶(vAI),背前岛叶(戴),和岛叶(PI)。双边脑岛亚区被定义在解剖学上,岛叶灰质在蒙特利尔神经学研究所(MNI) 152标准的大脑。各体素的脑岛次区域roi(转换为3毫米的分辨率)被用作种子在整个大脑FC分析哒,NDA, HC组。
2.7。ReHo分析
DPARSF软件被用来分析ReHo地图。个人ReHo地图生成的计算肯德尔系数(22)和合给定时间序列的体素与最近的邻国(压)27日voxel-wise的方式。ReHo地图标准化转换为标准zReHo地图然后用高斯平滑内核的6毫米(半宽度;应用,为了减少个体差异的影响在肯德尔和谐系数值。
2.8。FC分析
其他工具支持的FC分析(http://www.resting-fmri.sourceforge.net)[20.]。全球趋势,白质(WM)和脑脊液(CSF)中获得的平均时间序列整个大脑,WM,分别和CSF面具。对于每个insula-ROI,种子引用时间课程获得的平均时间序列所有体素的ROI。然后,皮尔森相关分析是进行种子参考时间进程和时间序列之间的各体素在大脑中立体像素明智。和一个费雪的z变换应用于提高正常的相关系数23]。六头运动参数和全球的平均时间序列信号,WM信号,与脑脊液信号不为随机效应模型介绍了消除可能的头部运动的影响,全球信号,WM信号,与脑脊液信号的结果。
2.9。统计分析
预测分析软件(PASW)统计18包采用(美国、IBM公司,纽约Armonk)完成分析。年龄、教育、和HDRS-17分数由单向方差分析(方差分析)。性别是通过卡方检验进行比较。疾病和行为时间分数由独立样本进行了分析t以及。值小于0.05被认为是显示统计学意义。
脑岛zReHo值及其条件FC比较也与其他软件处理。在团体使用分布进行统计检验,单向的协方差分析(ANCOVA),与年龄、性别和教育水平作为协变量。我们使用AlphaSim修正基于蒙特卡洛模拟算法为多个比较正确,使用以下参数zReHo:单一的体素值= 0.01,最大值宽度= 6毫米,61×73×61毫米3脑岛的面具,这产生了一个阈值的修正和集群大小> 375 mm3(https://afni.nimh.nih.gov/pub/dist/doc/manual/AlphaSim.pdfFC)和以下参数:单一的体素值= 0.01,最大值宽度= 6毫米,61×73×61毫米3灰质面具,这产生了一个阈值的修正和集群大小> 1431 mm3。事后的独立样本t以及内进行了FC面具显示显著差异从ANCOVA分析,获得与AlphaSim修正(单一的体素值= 0.01,最大值宽度= 6毫米,这产生了一个阈值的修正和集群大小> 216 mm3/ 135毫米3左和右vAI的职责)。
大脑区域表现出三组之间的差异进一步选为roi。意味着FC值中提取这些roi接受者操作特征(ROC)曲线进行进一步分析。此外,皮尔森相关系数是计算提取的脑岛亚区FC值之间在这些roi和DA患者的临床评估PASW 18.0,显著性水平是设定在(正反)。
3所示。结果
3.1。人口统计学和临床数据
如表所示1,DA病人显示显著降低分数法》(NDA患者相比)。没有明显差异的年龄,性别,教育和团体之间的持续时间。
3.2。脑岛ReHo结果
在最近的研究中,zReHo值的显著差异之间的脑岛哒,NDA,高碳钢也不见了。
3.3。脑岛亚区FC结果
在左脑岛,vAI显示显著的改变了整个大脑连接在DA, NDA, HC组(见表2和图1)。与NDA相比,DA病人显示减少之间的连接左右vAI左侧小脑后叶和顶叶,分别增加左vAI和左侧颞中回之间的连接(MTG)。此外,相比之下,高碳钢,DA病人表现出增加左vAI FC和左MTG和两国前扣带皮层(ACC)和减少左vAI FC和双边顶叶。与高碳钢相比,增加左vAI FC左小脑后叶和右ACC和减少左vAI FC双边顶叶NDA患者被发现。
正确的脑岛(见下表2和图1之间),减少FC右vAI,左壳核和尾状被发现在DA病人的价格相比NDA的病人。相比之下,HC、DA和NDA的病人,均显示增加右vAI FC与左壳核和尾状。
3.4。FC和尺度之间的相互关系
本研究利用偏相关分析探讨之间的关系意味着FC值roi(大脑区域显示三组之间的差异由ANCOVA)和临床评估。FC值之间没有明显的相关性被发现在roi和HDRS-17 ACT分数,分别在DA或NDA组。
3.5。ROC分析
均值之间FC值左vAI和左小脑后叶,左MTG双边ACC和双边顶叶提取,分别为进一步ROC分析(见表3和图2)。曲线下的面积(AUC)在FC左vAI和左小脑后叶为0.7 (从高碳钢最好),杰出的DA(表3,图2 (b)),而且它也从高碳钢分化NDA的AUC 0.82 ()(表3,图2 (c))。同样,FC之间左vAI和双边ACC也显著区分高碳钢DA和NDA组(表3,数据2 (b)和2 (c))。和俱乐部之间左vAI和左MTG显著区分DA NDA和HC组(表3,数据2(一个)和2 (b))。此外,FC对vAI之间和两只左壳核和尾状明显分化NDA高碳钢(表3,图2 (f)),没有区分哒NDA或哒和高碳钢(表3,数据2 (d)和2 (e))。
(一)
(b)
(c)
(d)
(e)
(f)
4所示。讨论
在目前的研究中,我们采用的方法ReHo测量脑岛的自发活动,以及调查之间的关系与整个大脑脑岛亚区FC哒,NDA,高碳钢。结果表明,与高碳钢相比,DA和NDA病人在自发脑岛的活动没有显著差异。然而,我们最好的知识,我们首次展示了哮喘病人显示改变脑岛FC与高碳钢。目前的研究发现,DA病人显示增加左vAI和左之间的FC MTG NDA和HC组相比,它可以单独哒病人从NDA和高碳钢。此外,当与高碳钢相比,DA和NDA病人都表现出左vAI和右ACC之间增加FC,减少俱乐部之间左vAI和双边顶叶,右vAI和左壳之间增加了FC,增加俱乐部之间vAI和右尾状。此外,增加左vAI和右ACC可以区分之间的FC高碳钢DA和NDA的病人。与增加的FC vAI左壳和正确的尾状可以从高碳钢独立NDA的病人。
在当前的研究中,相比之下,高碳钢,DA和NDA病人没有显示显著差异的ReHo脑岛,这是符合哮喘病人发现在我们之前的研究中,并没有表现出异常ReHo脑岛(24]。许多研究表明,脑岛与呼吸道疾病患者呼吸困难的感觉(11,25,26和健康受试者13),因为呼吸困难的感觉和一个有效的尺寸(27]。然而,Peiffer et al。28]探索dyspnea-related健康受试者的大脑活动,改变了脑岛的活动不是发现在呼吸困难。尽管前脑岛是一个关键的大脑区域参与消极情绪的经验(29日),许多功能磁共振成像研究抑郁症的没有报告异常脑岛的活动(30.,31日]。这些发现进一步支持我们的研究,显著差异的脑岛ReHo DA和NDA的患者之间没有发现。因此,脑岛的自发活动之间的关系与asthma-specific症状和情感需要进一步研究。
功能成像研究表明,MTG属于视觉识别电路,这是假定面部刺激发挥重要作用处理(32]。进一步,还调节语义加工、情感信息的处理和认知调节(33]。曹et al。33)报道,增加左MTG的自发的大脑活动可能导致情绪失调,从而增加了容易冲动和自杀行为主要抑郁障碍。增加灰质体积的MTG还发现抑郁症发病后期,这暗示,这将是一个解剖学依据情绪失调和受损的决策(34]。此外,神经影像学显示vAI连接到区域代表感官输入与情感体验(21,35]。在当前的研究中,ROC分析表明,增加俱乐部之间左vAI和左MTG作为一个独立变量表现良好在区分DA NDA和HC组。之前的研究也报道减少神经活动在抑郁障碍患者(MTG36];然而,类似的发现是没有找到哒病人。因此,增加左vAI和左之间的FC MTG哒病人会与情感失调有关。
Rosenkranz和戴维森(10]表明,ACC和脑岛的解剖预测暗示这些结构监测生理状态的变化,将这些信息与外部感官认知,情感信息和指导适当的行为和周边的生理反应。ACC和脑岛可能asthma-specific情感反应和传入的生理信号,这可能导致外围过程的失调(11]。在当前的研究中,DA和NDA病人显示增加FC之间左vAI和ACC与高碳钢。这是一致的发现冯Leupoldt和Dahme37,38)呼吸困难患者显示ACC的活动增加。此外,大活动perigenual ACC似乎反映了更大的反应性和与更大的气道炎症有关,一种更健壮的α淀粉酶反应,和一个更大的应激增加气道细胞的促炎细胞因子mRNA表达(39]。因此,增加FC左vAI和ACC之间哮喘病人可能与asthma-specific炎症和情绪有关。
顶叶主要负责感官信息的集成,触觉和感觉,以及空间识别和处理的语言和记忆(40]。Zhang et al。41探索健康受试者的大脑活动,经验丰富的实验引起的腰痛,发现这些主题的正确下顶叶显示自发活动减少。此外,他们认为,这些变化可能占识别、执行、和情感和记忆过程在剧烈的疼痛41]。患者的头痛、双边顶叶的脑灰质密度也降低(42]。在目前的研究中,哮喘病人显示减少FC之间左vAI和双边顶叶,类似于上面的发现。神经结构,促进呼吸困难和痛苦是共享的(27),我们推断,左vAI和两国之间的减少FC顶叶将认知在哮喘的基础。
壳核和尾状核被认为有助于感觉运动和认知活动,分别为(43]。正常的恐惧反应的功能磁共振成像研究健康受试者显示响应增强的核激活一个可怕的情况(44]。恐慌症,患者核还显示异常功能表明皮层下介导panic-related战或逃反应可能是异常(45]。此外,壳核发挥了至关重要的作用在控制呼吸信息皮层(46]。由于vAI与内脏运动的区域(21,35),因此,我们推测,右vAI和左壳之间的增加FC asthma-specific哮喘病人可能涉及的恐惧。此外,在目前的研究中,这增加了FC分化NDA来自高碳钢的患者。这进一步支持我们的推测。
以前的研究报道,尾状核具有较强的解剖与前额叶皮层,和尾状表明参与更多的认知任务(47,48]。例如,农业部长等。49)发现抑郁症患者显示提高尾状核和腹侧纹状体脑岛连接,建议这些病人可能要有更多的消极结果的行为规划和目标明确的认知。因此,增加对vAI之间的FC和右尾状在当前的研究中与hyperattention关联可能是哮喘的症状。
先前的研究的基础上,这些异常vAI FC参与asthma-specific症状包括炎症、认知、恐惧、hyperattention和情感。这些异常FC是否可以作为生物标记物预测抑郁哮喘需要进一步证明未来的大样本研究。
有一些限制在当前的研究中。首先,它是一个非随机研究样本量相对较小。因为所有的哮喘病人收到同样的药物治疗,antiasthma药物对大脑功能的影响需要进一步探索。第二,结果的普遍性可能减少了由于采样策略。第三,我们评估了抑郁症的严重性和哮喘控制水平在本研究;更多cognitive-related测试要求充分描述病人的认知形象。为了克服这些限制,研究在未来需要更大的样本量。
5。结论
当前的研究首次显示的证据改变vAI FC的抑郁症会参与抑郁症的神经病理学哮喘。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
作者感谢Huanxin陈教授(从认知和个性重点实验室,教育部;心理学院、西南政法大学、重庆400175年中国)帮助编辑语言。这项工作得到了国家自然科学基金(批准号81371488,Yonggui元),中央大学基础研究基金(东南大学,批准号2242016 k41053)和中国国家重点研发项目(2016 yfc1306702)。