脑外科专家 顾建文教授

    精神创伤最严重的后果之一就是导致创伤后应激障碍( post-traumatic stress disorders, PTSD)。PTSD最先由美国精神病协会于1980年在DSM-?? 进行首次定义。PTSD作为一种精神创伤性事件后高发的、后果严重的精神疾病, 其发病率高达20%, 约1 /3的患者终生不愈, 1 /2以上的患者常伴有物质滥用和其他精神障碍, 其自杀率是普通健康群体的6倍 。因此,如何减少PTSD 对人类健康的损害与社会资源的巨大消耗, 已越来越成为政府和科学界重点关注的科学前沿问题。近10年来, 快速发展的医学影像学技术, 尤其是脑功能影像技术为PTSD的脑结构及功能研究提供了新的手段, 国内外学者应用先进功能影像技术对PTSD 进行研究并取得了不少重要的成果, 本文就关于PTSD脑功能成像研究方面的进展进行综述。

   国内外科学界PTSD脑灰质结构研究进项研究，利用正电子发射断层扫描( positron emission tomography, PET)、单光子发射计算机体层扫描( sing le-pho ton emission tomography, SPECT )、磁共振波谱( magnetic resonance spectroscopy, MRS) 以及功能核磁共振( functional magnetic resonance imaging, FMRI) 等先进功能影像技术对PTSD进行研究并取得了不少重要的成果, 发现PTSD患者有不同程度的脑结构与脑功能的病理性损害 。目前研究认为, PTSD是因为创伤后应激反应导致大脑功能和结构累积损害超过一定限度, 中枢神经系统对应激信息的记忆过程出现了障碍, 使条件化的恐惧反应难于抑制或过分抑制所致 。与PTSD最相关的脑区包括前额叶、杏仁体和海马结构, 前额叶又包括前扣带回区、胼体下皮质及内侧额叶固有部分。结构MRI研究发现PTSD 患者额叶皮质体积减少, 前扣带回区的体积明显小于对照组, 如Yamasue等发现PTSD患者的前扣带回区明显小于正常人群,并有研究报告PTSD症状的严重程度与前扣带回区的体积呈负相关 。

   有关PTSD海马结构及功能改变的研究结果还很不一致,大多数研究认为PTSD 患者海马体积减小, 海马NAA /Cr比值下降。如Yehuda等发现PTSD病人海马体积显著减小, 国内熊亚敏等也发现不同类型创伤后PTSD患者双侧海马容积均较对照组明显缩小, 有研究发现PTSD 患者左侧海马的NAA /Cr比值明显低于正常对照组。海马负责长期的陈述记忆并将新的记忆归档, PTSD 病人海马体积减少及生化组成结构的改变可以解释患者的陈述性记忆的缺乏 。可是也有与此不一致的结果, 对于急性短期创伤的PTSD以及配偶暴力所致的女性PTSD 就没有发现海马结构及功能有改变 。有关PTSD海马功能研究的结果就更加混乱, 早期功能影像学研究报告PTSD海马激活降低或不能激活, 但后期研究发现PTSD海马在休息状态时激活增加, 海马在base line状态就比对照组有更多的血流, 而且海马血流量与PTSD 症状的严重程度呈显著正相关 。

PTSD脑功能研究现在比较一致的结论是, 在给予与创伤有关刺激时PTSD患者大脑额叶前内侧皮质激活减低, 杏仁核激活相对增加 。大多数FMR I研究显示在给予与创伤有关刺激时或在给予相关任务时, PTSD额叶内侧皮质激活减低或不能激活。MRS研究也显示前扣带回区NAA /C r比值下降, 提示可能有神经细胞受损。Lanius等报道在唤起创伤记忆刺激脑功能激活时,PTSD患者ACC 与前额叶、顶叶区域之间的脑功能激活相关性与对照组有显著差异。ACC 在脑的情感调制过程中起到帮助患者注意到自身或环境的作用, 而PTSD患者的ACC 功能被削弱, 这可以帮助我们了解PTSD 的患者的一些临床症状。但也有少数研究结果与此相反, 发现PTSD额叶内侧皮质激活增加,或增加与减低都存在, 这可能与患者是否产生分离状态 。PET扫描脑血流研究显示在恐惧环境下PTSD患者杏仁核的活动显著增强, 而大脑皮层区和其他非边缘皮质区发生明显的去活动状态, 且扣带前部不能被激活, 表明了杏仁核的高反应性。功能MR I也证实杏仁核和前旁边缘区对创伤性刺激的反应性增强, 而前扣带回和视前区的反应性降低(这些区域与恐惧反应有关)。PTSD 症状的严重程度与额叶内侧皮质激活强度呈负相关, 而与杏仁核激活强度呈正相关。利用FMRI研究与战争相关的PTSD 患者发现, 在相应的情绪刺激下,其扣带前份嘴部皮质的血流减弱 , PTSD 患者的脑干、双侧岛叶、右侧豆状核和左侧海马等部位的脑血流与闪回(一种对创伤的再体验症状)强度呈正相关, 而双侧前额背外侧皮质和颞叶中部皮质区等部位的脑血流则与其呈负相关。另外Lan ius等发现PTSD患者丘脑、扣带回前部和中央前回的活动明显减弱, 表明这些脑结构也参与了PTSD的神经元环路。

 PTSD脑白质结构研究 以上研究还主要集中在PTSD患者脑内灰质结构及其功能方面, 由于技术方面的原因没有对PTSD 脑内白质结构引起重视。现在可以应用磁共振扩散张量成像技术( diffusion tensor imaging, DTI) 对脑内白质纤维束结构及功能进行研究, 为PTSD的研究开创了又一个新的领域。DT I技术是目前唯一的可以在活体状态下无创地跟踪脑内白质纤维束并反映其解剖连通性的方法, 在研究人脑连通性研究方面显示出巨大的潜力, 可以用于检测各种神经和精神疾病的脑白质纤维束的完整性, 对有序排列的白质纤维束进行定位, 并定量分析表观扩散系数、部分各向异性、相对各向异性值等。应用扩散张量纤维追踪技术( diffusion tenso tomography, DTT) 还可以对脑内白质纤维束进行三维立体成像, 对各纤维束的体积、行程及纤维数量等进行定量分析。有人通过DT I技术对参加伊朗和伊拉克战争的战士中的17个PTSD患者研究发现, PTSD患者前额叶, 包括前扣带皮层, 前额叶皮层以及后角回的白质区域有FA 值降低。Andrea等对受虐儿童中的PTSD 患者研究发现中后胼胝体区白质结构存在FA 的降低, 胼胝体区白质是两半球大脑之间连接的重要通路, 而中后胼胝体白质包含在调制情绪刺激和多种记忆功能处理的环路中。              

    目前有关PTSD静息状态下脑功能连接的研究还很缺乏,Rest-Mf R I技术通过采集静息状态下血氧依赖的磁共振信号的变化, 发现某些区域有同步低频震荡( low frequency fluctuation ,LFF) , 波动范围在0. 01~ 0. 08 H z。自从利用FMRI发现不同脑区的血氧水平依赖信号( BOLD)信号中存在着LFF的相关性以来, 探索人脑的功能连接成为脑功能成像领域的一个热点。由于静息态FMR I能够无创地度量人脑内部自发活动的组织模式, 已经成为认知神经科学领域和神经精神疾病领域一个重要的研究方向。人脑在清醒静息状态下某些区域呈现较强的活动状态, 这些区域形成一个连通的功能网络; 而在有认知任务的状态下, 又会表现出负激活状态。上述区域包括扣带回后部( PCC ) 以及邻近的楔前叶、前扣带回腹侧( vACC) 、内侧前额叶(MPFC)、角回等, 这些区域构成的网络被称为默认网络。除了默认网络以外, 研究发现人脑静息态下相关脑区间还存在广泛的功能连接, Law rie等 定义功能连接为空间上的远距神经生理事件之间的时间相关性。目前功能连接也已经发展为功能磁共振研究脑功能状态和认知活动的一个重要方法,并广泛应用于临床研究中, 已报道的疾病包括AD、癫痫、ADHD、精神分裂症、抑郁症等十几种。静息FMRI技术可以在活体状态下无创地反映脑自发活动, 在研究PTSD脑功能连接方面显示出巨大的潜力和优势。但目前国内外这一方面的研究屈指可数, Lan ius等发现静息状态下, 后扣带回( PCC )与前扣带回膝部( PACC) 以及右侧扁桃体之间的连通性和现时的PTSD症状有关, 而与右侧扁桃体的连通性可以预测未来的PTSD症状。Daniels等 采用工作记忆任务, 发现相对于正常对照组, PTSD组后扣带回( PCC) 、内侧前额叶(M PFC )与默认网络脑区之间具有更强的连通性, 即PCC与右侧额上回、m PFC与左侧海马旁回之间的连通性增强。综上所述, 目前有关PTSD 脑功能成像研究已经取得了一定成果, 但也还有一些问题有待深入研究。PTSD患者相关脑区结构的形态变化是PTSD的易感因素( 在PTSD前就存在)还是PTSD的结果(在PTSD 后发生)? 哪些结构改变可作为PTSD的生物学标记? PTSD脑功能区之间的相关性尤其是静息状态下的功能连接与健康对照组有何差异? PTSD脑静默状态功能网络连接改变与解剖连接之间是否具有显著相关? 加强这方面的探索将有助于推进对PTSD 发病机制的进一步认识, 为PTSD的早期发现、早期干预及治疗追踪等提供客观有效的形态学指标。总之, 随着医学影像技术的发展和PTSD 脑功能成像研究的进一步深入, 脑功能影像学必将在PTSD 的早期诊断及指导临床康复治疗方面发挥越来越重要的作用。