学术研讨 | 青春期前期精神病理学的潜在神经认知功能连接和激活模式改变

长沙7喜 2021-04-10

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导读

基于精神疾病的临床分类系统（如DSM诊断），往往存在不同的临床表现却具有较高共病率的情况。而精神疾病的高共病率可能与精神疾病间存在共同的大脑功能异常模式有关。鉴于精神疾病的病理学特征通常首发于青春期前期，因此研究这一重要发育时期的多种精神障碍在功能神经回路上的相关性至关重要。本研究使用青少年大脑认知发展研究（Adolescent Brain Cognitive Development Study , ABCD）的基线数据，探究跨疾病精神病理学维度之间共同以及其独特的神经影像标志物。

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Altered Neurocognitive Functional Connectivity and Activation Patterns Underlie Psychopathology in Preadolescence

作者：Briana Lees, Lindsay M. Squeglia et al.

回答什么问题

研究跨诊断精神病理学维度(内化性、外化性、思维障碍、一般精神病理特征)与

1）静息态功能连接的变化

2）工作记忆任务的特定神经认知过程的改变(任务态)的关联性。

如何回答

1.被试

被试来自于青少年大脑认知研究(ABCD)的基线阶段，共11,875名，年龄为9-10岁，分别来自全美21个分中心附近的学校。

2.精神病理学指标

由被试父母完成计算机版情感障碍和精神分裂症问卷（KSADS-5）来明确被试过去及现在的精神疾病诊断。该问卷已经被证明具有良好的心理测量特性。5831名（49.7%）被试至少符合一种精神障碍的诊断，其中2975名被试存在共病，即符合一种以上诊断标准。

3.静息态

被试均在3T磁共振扫描仪（MAGNETOM Prisma、Discovery MR750、Achieva）中进行脑部功能磁共振（fMRI）扫描及数据采集。扫描过程要求被试睁开双眼、盯着十字，进行4次5分钟扫描。皮层脑区提取的感兴趣区域（ROI）被划分为8个神经认知网络，分别为带状盖网络(cingulo-opercular network,CON)、扣带顶叶网络(cinguloparietal,CPA), 默认模式网络(default mode network,DMN)、背侧注意网络(dorsal attention network,DAT)、额顶控制网络(frontoparietal network,FTP)、后压颞叶皮层网络(retrosplenial-temporal network,RST)、突显网络(salience network,SN)、腹侧注意网络(ventral attention network,VAT)，以及4个感觉网络，分别为听觉网络(auditory network,AUD), 手部感觉运动网络(sensorimotor hand network,SMH)、嘴部感觉运动网络(sensorimotor mouth,SMM)、视觉网络(visual network,VIS)。此外，提取9个皮下结构(小脑、丘脑、尾状核、壳核、苍白球、海马、杏仁核、伏隔核、腹侧间脑)。

对于每个被试，每个ROI分别与其他ROI的时间序列做相关，对相关值进行Fisher Z转换。生成三种网络相关分析：1）网络内部相关：网络内两两ROIs的平均相关值；2）12个网络间相关：两两网络之间的平均相关值；3）网络-双边皮下结构相关：网络内各个ROI与特定皮下结构的平均相关值。

4.任务态

使用情绪n-back任务。被试需要分辨刺激与之前呈现的第二个刺激（2-back）相同还是开始时呈现的目标刺激（0-back）相同。刺激刺激包括房子、情绪面孔和中性面孔。无论刺激的类型，2-back和0-back条件的对比差异作为工作记忆的测量。提取34个皮层脑区和9个皮下结构。平均左、右半球每个区域的BOLD活动水平以产生单一的双侧值。

5.数据分析

首先，使用验证性因子分析比较不同模型的拟合效果，选取最适合的高阶模型提取各维度（外化性、内化性、思维障碍、一般精神病理学特征）的因子得分（见图1）。

* 图1

其次，在没有控制其他维度的情况下，使用线性混合模型分别探究各维度的因子得分与静息态功能连接和任务态神经激活模式的关联。其后，在事后分析中进一步明确三个较低维因子（外化性、内化性、思维障碍）各自的神经生物标志物，即探究某一低维因子独特性时，需要控制另外二者的影响。上述线性混合模型中设置协变量为种族和性别，随机效应由家庭单位和fMRI扫描站点控制。

*高维度特征指一般精神病理学特征；

*低维度特征指外化性(注意缺陷/多动障碍、对立违抗性障碍、行为障碍）、内化性（重度抑郁症，广泛性焦虑障碍，创伤后应激障碍，惊恐障碍，分离焦虑、社交焦虑）、思维障碍（幻觉，妄想，强迫症，双相情感障碍）；

用什么证据回答

1.高维和低维精神病理学特征的共同静息态功能连接模式改变（图2）

* 图2

控制性别、种族后，高维与低维精神病理学特征共有的功能连接模式包括DAT(full-model R2s = .14, partial R2s = .001)和RST (full-model R2s = .14, partial R2s = .002)的网络内功能连接减弱、FPT和VAT(full-model R2s = .15, partial R2s = .001)网络间功能连接增强（图2 A-D），以及DAT和杏仁核的功能连接增强（图2 E-H）。

2.各低维精神病理学特征特有的静息态功能连接模式改变（图3）

* 图3

在控制性别和种族后，外化性病理特征的独特性在于SAL和VAT网络间功能连接性增强(full-model R2 = .12, partial R2 = .001)，以及SMM和AUD(full-model R2 = .12,partial R2 = .001)、SMH和VIS(fullmodel R2 = .21, partial R2 = .001)、COP和VIS (full-model R2 = .07, partial R2 = .00002)网络间连接性减弱（图3A）。内化性病理特征与DMN和COP(full-model R2 = .18, partial R2 = .0002)网络间连接性降低显著有关（图3 B）。对性别、种族和其他维度进行调整后，思维障碍病理特征与网络内或网络间连接性的关联无统计学意义。

探究网络与皮下结构的功能连接强度的结果显示，外化性病理特征与CPA和尾状核(full-model R2 = .10, partial R2 = .0001)、SMH和尾状核(full-model R2 = .18, partial R2 = .001)、SMH和苍白球(full-model R2 = .04, partial R2 = .001)、VAT和壳核(full-model R2 = .03, partial R2 = .001)的功能连接减弱显著相关。（图3C）内化性病理特征与COP和壳核(full-model R2 = .12, partial R2 = .001)的功能连接减弱相关，而思维障碍病理特征与COP和壳核(full-model R2 = .12, partial R2 = .0003)的功能连接增强相关。（图3D，E）

3.高维和低维精神病理学特征间共同的神经激活模式改变（图4）

* 图4

在控制性别和人种后，所有精神病理学维度都与情绪N-back任务中额中回尾部激活减弱有关(full-model R2s = .004, partial R2s = .001)。

4.各低维度精神病理学特征独有的神经激活模式改变（图5）

* 图5

外化性病理学特征的独特性在与喙部前扣带回(full-model R2 = .02, partial R2 = .0004)、尾部前扣带回(full-model R2 = .01, partial R2 = .0001)、脑岛(full-model R2 = .02, partial R2 = .0001)、伏隔核(full-model R2 = .004, partial R2 = .0001)、壳核(full-model R2 = .05, partial R2 = .00005)和苍白球(full-model R2 = .004, partial R2 = .00004)激活增强有关。内化性和思维障碍病理特征的独特性关联均未通过FDR修正。

结论