改变显著和默认模式网络中功能集成Euthymic儿科双相情感障碍

文摘

积累研究证明情感和认知失调euthymic时期儿科双相情感障碍(PBD)。然而,人类大脑功能集成的相对贡献的不安情绪和认知功能euthymic PBD病人仍不清楚。在这项研究中,16 euthymic PBD患者和健康对照组进行了静息状态功能磁共振成像。数据驱动的功能连通性分析被用来调查euthymic PBD功能连通性变化。与健康对照组相比,euthymic PBD表现出更大的全球功能连通性密度在左脑前叶和降低全球功能连通性密度在右颞交界处,左角回和双边枕小叶。一个遥远的功能连通性分析证明改变整合euthymic PBD突出和默认模式网络。相关分析发现,改变突出网络的功能连通性有关降低性能落后的数字广度测试,和修改默认模式网络的功能连通性与年轻的躁狂量表在euthymic PBD病人。我们的研究结果表明,干扰功能集成在突出和默认模式网络可能阐明与情绪相关的生理病理学PBD和认知失调。

1。介绍

双相情感障碍(BD)是一种慢性衰弱性精神病和日益诊断小儿年龄儿童(g . z [1])。此外,回顾性研究表明,症状与BD 55 - 60%的成年人在儿童或青少年时期开始2]。因此,重要的是要理解发展双相障碍的病理生理学研究儿科双相情感障碍(PBD)。大量证据表明,认知障碍和情绪不稳定性存在不仅心情期急性症状,也在PBD([心境愉快的时期3];g . z (1,4])。然而,人们很少知道PBD euthymic阶段的神经认知机制。

功能性磁共振成像(fMRI)已广泛用于调查euthymic PBD [5,6]。许多研究证明脑功能变化的双相障碍,如corticolimbic通路的变化在情绪事件(7,8]。最近,内在功能连通性(FC)基于静息状态功能磁共振成像已经被用来揭示脑功能网络稳定可靠,如默认模式网络(静),和突出网络(SN)与认知和情感9,10]。此外,改变功能连通性一直被认为是精神疾病的潜在生物标志物(11,12]。许多成像研究显示不一致的功能变化在不同的神经大脑网络表型BD患者由于异质性的分析方法(5,13]。然而,内在功能连通性分析提供了一个有用的方法来调查euthymic PBD患者的神经结构。

在当前的研究中,我们首先评估了全球功能连通性特征通过一个公正的数据驱动的方法。这些特性得到了从全球功能连通性密度(FCD),这可能是更敏感的检测功能改变的大脑中心的分布14,15]。然后,我们评估了遥远的功能连通性的大脑区域中,我们观察到全球FCD euthymic PBD患者明显不同。我们预测,euthymic PBD病人会表现出改变功能连通性,而这些变化可能导致的神经生理病理学PBD。

2。方法

2.1。参与者

本研究招募了16 PBD患者在临床缓解儿童和青少年精神病诊所的第二个中南大学湘雅医院(中国长沙,p . r .)从1月到7月,2012年。所有的病人都要求满足精神障碍的诊断与统计手册,第四版(dsm - iv)标准与当前缓解发作双相障碍。排除标准包括双相情感障碍的诊断亚型或当前复杂的情节。十六岁,sex-matched健康控制(HC)受试者招募通过广告在当地的公立学校。所有的参与者- 17岁,右撇子,汉民族。他们可以按照说明MRI扫描期间保持安静。包括额外的排除标准为所有参与者的存在主要感觉运动障碍,神经障碍的历史,电休克疗法的历史,全面的智商更低的分数( ),和标准fMRI禁忌症(例如,金属植入物,牵引器或括号和幽闭恐怖症)。这项研究是伦理委员会批准第二中南大学湘雅医院。书面知情同意了父母的所有参与者。

2.2。临床和心理评估

所有病人均由两名有经验的独立精神科医生诊断为学龄儿童情感障碍和精神分裂症现在和终身版本(K-SADS-PL)。当前心理状态评估使用年轻的躁狂量表(YMRS)和情绪和感受问卷(MFQ)。评估PBD对认知功能的影响,心理测量所有的参与者包括数字广度测试(DST),追踪标记测试(TMT)和Stroop颜色词测试(SCWT)。DST包括正向数字广度测试(DST-F)和反向数字广度测试(DST-B)评估注意力和执行流程。SCWT用于评估认知干扰和抑制的能力是由三个部分组成。参与者被要求名称SCWT-A一系列点的颜色,名字SCWT-B的墨字,名字的颜色词的含义不同于在SCWT-C墨水的颜色。TMT是常用的神经心理测试在临床实践和由甲方(TMT-A)和B部分(TMT-B)。TMT-A包含编号的圈子,而TMT-B包含更多的圆形和方形编号。参与者被要求连接这些数字。

2.3。图像采集和预处理分析

所有图像数据都使用西门子收购了3 t西门子三个扫描仪(西门子、德国慕尼黑)。减少头部运动,我们固定的受试者的正面用泡沫垫。轴向t1解剖图像获得使用一个被宠坏的梯度召回序列,生成176片(重复一次 ,回声的时间 ,翻转角度 , , ,和视野 )。静息状态功能图像收集利用回波平面成像(EPI) [ , , , , ,和片 ),生成30片。功能扫描持续了510年,共有255卷。静息状态的扫描过程中,受试者被要求躺闭着眼睛,没有入睡,不去想任何事情。为了确保磁场稳定,前五卷被丢弃。

所有图像数据预处理使用神经科学信息工具箱(NIT) [16]。预处理过程包括片时间校正、调整和空间归一化( )。我们排除了主题与超过头部运动(超过2毫米翻译或2°旋转运动)。线性回归分析是利用协变量删除几个讨厌的时间进程的所有体素的大脑功能数据。这些共包括12头运动参数(6头参数和它的导数),白质信号,脑脊液信号,和全球的信号。然后,颞通带滤波(0.01 - -0.08赫兹)的时间课程上进行功能数据去除低频漂移和高频生理噪声降到最低。

2.4。全球功能连通性密度分析

对于每一个话题,全球FCD地图获得使用皮尔逊的个人预处理时间的线性相关。Tc,阈值的相关系数是用于确定重要的两个像素点之间的联系。全球FCD值在给定的体元被定义为体素与重要的连接的数量在整个大脑与给定的体素。全球FCD地图反映每体素功能连接的总数。

我们选择一个动态阈值的范围从0.4到0.8,0.05的步骤,以获得更加可靠和健壮的发现。总9 Tc阈值被用于我们的研究。应对变化在全球所有FCD主题,每个全球FCD地图被除以平均值在规范化压在一个给定的主题。FCD地图,我们创建了九归一化映射为九Tc阈值为每个主题。空间平滑半极大6毫米高斯核的宽屏(应用)被用来减少大脑的功能解剖学上的差异在主题。

集团全球FCD地图进行了分析使用一个示例- - - - - -测试( ,罗斯福纠正)。对于每一个全球FCD地图对于每一个阈值,Tc,我们进行了两个示例 - - - - - -测试比较euthymic PBD和HC组,控制了年龄,性别和教育。

识别健壮的差异之间的全球FCD euthymic PBD和HC组,我们只包括集群表现出显著差异至少4连续Tc FCD值比较。然后,这些集群被用作感兴趣的区域(roi)后续功能连通性分析。

2.5。功能连通性分析

FC分析,标准化的功能图像进一步处理使用空间平滑使用6毫米高斯内核的应用。然后,执行一般回归分析减少麻烦的反射信号,如前所述。后过滤(0.01 -0.08赫兹),FC分析通过计算平均时间之间的皮尔逊相关系数的过程中每个ROI和体素在整个大脑。一个费雪 - - - - - -转换为相关系数。因此,个人 - - - - - -分数FC地图被定义为每个ROI和主题。一个示例 - - - - - -测试在euthymic PBD, HC组。然后,我们两个示例执行 - - - - - -测试来检测之间的差异FC地图euthymic PBD和HC组的面具从工会组内的一个示例测试结果FC地图( ,罗斯福纠正)的两组,控制了年龄,教育,和性别的影响。

2.6。功能连通性之间的相关性分析和临床和心理测量

我们用偏相关分析探讨临床和心理测量和FC特征之间的关系包括每个ROI的全球FCD和ROI的FC地图,控制了年龄的影响,教育多年,和性别。

3所示。结果

没有显著差异在性别、年龄、教育年,智商,MFQ, TMT, DST-F分数euthymic PBD和HC组( )。SCWT, YMRS DST-B分数显示,两组之间的显著差异( )。表1详细显示了这些临床数据和神经心理测量。

3.1。全球功能连通性密度分析

我们说明了分布全球FCD九Tc的euthymic PBD和HC组(图1)。几乎所有Tc阈值,我们发现最高的全球FCD楔前叶,角形脑回,顶叶小叶,枕叶皮层,颞皮层、额上回、和小脑,而集群区域增长规模较小的Tc阈值增加。地区的模式表现出最高的全球FCD相似的先前的研究。

我们做了两个示例 - - - - - -测试比较的数据euthymic PBD组和HC组为每个阈值( , )。我们总结了所有差异造成的全球FCD九Tc阈值获取稳定的团体之间的差异(图2)。与HC组相比,euthymic PBD集团增加全球FCD在左脑前叶连续5 Tc阈值比较(从0.4到0.6)。我们还发现显著降低全球超过一半的FCD阈值在四个集群euthymic PBD组相比,HC组。这些集群包括正确的角回、左侧颞顶联合区颞顶联合区的部位,两国中间枕叶皮质区(MOG)。总的来说,我们确定了五个集群全球FCD euthymic PBD组显著改变。这些区域被定义为感兴趣区域(roi)在随后的FC分析(表2)。

3.2。功能连通性分析

对于每个ROI,我们评估了一整个大脑FC地图每组使用单样本t检验( ,FDR-corrected, )。图3显示了这些连接模式的FC地图euthymic PBD和HC组。在两组中,区域显示正相关与左前岛叶包括双边脑岛、背侧前扣带皮层,双边部的颞顶联合区的补充运动区,中间和双边前额叶皮层,曾被认定为突出网络在先前的研究。正确的supramarginal回显示正相关与双边supramarginal皮层,正确的前额叶皮层,前扣带皮层,楔前叶。左角,被确认为默认模式网络的一个节点,用楔前叶呈正相关,后扣带皮层,双边腹内侧前额叶和顶叶皮层和小脑的双边颞上回和小腿II。在两组中,双边的种子与枕叶皮质区MOG呈正相关,楔片叶,距状回和舌回。

两个示例的结果 - - - - - -试验表明,四种roi euthymic PBD之间表现出显著差异,HC组( , )(图4)。与HC相比,euthymic PBD表现出降低了FC左前岛叶和右前脑岛和增加FC在左脑前叶和右颞顶联合区的之间。在FC地图左角的种子,euthymic PBD表现出增加FC颞中回和减少双边角和楔前叶FC。双边之间的减少FC MOG和middle-inferior枕叶皮质区和楔片也确认euthymic PBD组(表3)。

3.3。相关性分析的结果

相关分析显示之间的负相关关系在FC左前岛叶和左部的颞顶联合区的DST-B ( , )euthymic PBD组。左角和右之间的功能连接角YMRS分数负相关( , )euthymic PBD组(图5)。

4所示。讨论

在这项研究中,我们演示了改变内在FC euthymic PBD使用静息状态功能磁共振成像的大脑。我们观察到增加全球FCD在左脑前叶和减少全球对右颞顶联合区的FCD,左边角和双边枕小叶euthymic PBD病人。功能连通性分析基于ROI显示明显改变整合euthymic PBD突出和默认模式网络。我们的研究结果表明,静息状态FC基于数据驱动的方法可能是有用的评估euthymic PBD患者的病理生理学改变。

使用全球FCD分析,我们观察到显著增加全球功能连通性在左脑岛和减少全球对右颞顶联合区的功能连通性euthymic PBD患者相比,控制。前脑岛和部的颞顶联合区的确定为关键地区参与显著的网络,这是与监控、检测和调节突出刺激从内部和外部环境17]。这种集成突出网络可能发挥作用的基本认知和行为功能,及其变更被发现与蚀变精神病症状的精神病(18,19]。与之前的研究一致,异常情绪处理,以及认知障碍,如注意力、加工速度、工作记忆,euthymic PBD特征(4,20.]。在这项研究中,我们观察到受损的神经心理功能,包括降低分数CWSW DST-B和更多的完成时间TMT-A euthymic PBD患者相比,控制。这些测量通常用来检验认知功能,并成功完成这些测试需要合理分配注意力,灵活性,和工作记忆21,22]。脑岛被认为是一个关键在调解中心面向动态交互的注意力和内部自身认知(23]。部的颞顶联合区的,位于顶叶的腹部前部分的小叶和后颞上沟,被认为注意力转向有目的的认知处理或理解他人的心理状态(24- - - - - -26]。最近的任务功能磁共振成像研究表明,双相障碍患者表现出更少的活动,改变了FC地区在突出网络在情绪集成任务(7]。我们进一步分析整个俱乐部之间的分析显示增强的FC左脑岛和两国之间的部的颞顶联合区的和减少FC euthymic PBD患者脑岛。我们发现DST-B之间的负相关和FC左侧岛叶和左部的颞顶联合区的euthymic PBD。考虑脑岛和部的颞顶联合区的关键作用的认知和情感过程,我们的发现表明,突出网络内的修改功能集成euthymic PBD可能导致的潜在机制受损的患者更高层次的认知过程。

越来越多的证据表明,许多神经精神障碍(静息被破坏6,27,28]。静,它包含ventral-middle前额叶皮层,双边角形脑回,楔前叶(海报扣带皮层),和双边颞回,与自我参照和内省状态(29日]。左角回一再卷入情景和语义认知,并与其他静角脑回的连接区域可以作为一个连接器中心全球一体化的信息(30.]。我们观察到增加全球FCD在左角回euthymic PBD病人。进一步FC分析显示,左角回显示增加FC右颞皮层和减少FC楔前叶和正确的角形脑回。在这里,我们看到一个俱乐部之间的负相关双边角回和YMRS euthymic PBD。换句话说,两国之间的低FC角回差的精神状态。楔前叶参与内省过程,比如自我参照和情感处理与减毒活动向外部事件(29日]。因此,我们建议改变相互作用区域的静息可能会损害euthymic PBD病人心理过程。

euthymic PBD病人表现出减少全球FCD双边撤走,这可能成为潜在的功能性基础赤字在视觉处理31日]。几个任务功能磁共振成像研究发现异常在MOG PBD患者的情绪面对处理任务(32,33]。我们之前的研究还发现MOG功能活动减少,与认知的性能在PBD病人(w . [34])。因此,我们推测,MOG的减少FC可能损害知觉在自我参照加工euthymic PBD病人。

我们的研究必须注意的一些局限性。首先,参与者的样本量相对较小,本文提供的更大的样本将有助于确认的结果。第二,我们的示例包括euthymic PBD I型和II型患者。尽管我们认为可能有差异FC PBD亚型,这将是很难排除整个亚型BD根据我们的研究设计。最后,大多数的PBD扫描时患者服用精神药物。一些研究表明,药物治疗可能影响功能神经影像学的措施(35]。未来的研究将使用勘察设计澄清医学的贡献和亚型的PBD改变PBD病人的神经影像学特征。

5。结论

总之,我们证明了euthymic PBD展出增加全球FCD在左脑前叶和减少全球FCD在左角和双边枕小叶。功能连通性分析显示不同的改变整合euthymic PBD突出和默认模式网络。改变了功能集成与改变euthymic PBD情感和认知过程。这些发现表明,干扰功能集成在突出和默认模式网络可能有潜在影响的生理病理学PBD。

数据可用性

功能磁共振成像数据用于支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

作者的贡献

作者的贡献包括概念和研究设计(潍坊曹、清焦和光明路),数据收集或收购(Weijia高,燕阴和Linyan Su),统计分析(东崔小娟,王、陈Haoran),解释结果(潍坊曹,释永信郭,剑锋秋),起草手稿工作或修改它至关重要的知识内容(潍坊曹、清焦和Haoran陈),和批准的最终版本发布和协议的完整性和准确性负责工作的所有方面(所有作者)。

确认

我们感谢所有的参与者在这个研究。这项工作得到了中国国家自然科学基金(资金81371531清焦;潍坊曹81901730),教育部科学技术工程山东省(潍坊曹J18KA262),高级培养计划山东第一医科大学和山东医学科学院(2017 gcc11潍坊曹),山东省泰山学者计划(TS201712065剑锋秋),和关键的科学研究项目“十二五计划”的医学研究军队(BWS11J063 GL)。

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