开发创伤后应激障碍默认模式网络的神经影像表型：整合静息态、工作记忆与结构连接

摘要

本方案描述了用于研究创伤后应激障碍中默认网络的互补性神经影像学技术，包括静息态结构连接性、任务诱导失活以及结构连接性分析。联合使用这些协同方法可能有助于改进诊断以及对严重程度、预后和其他相关临床因素的评估。

摘要

用于研究默认模式网络（DMN）的互补性结构与功能神经影像技术，有望改善对精神疾病严重程度的评估，并为临床诊断过程提供更高的有效性。近期的神经影像学研究提示，DMN的功能活动可能在多种与应激相关的精神疾病（如创伤后应激障碍（PTSD））中受到干扰。

尽管默认模式网络（DMN）的具体功能仍在研究之中，但普遍认为其参与自我内省和自我相关信息的加工。在健康个体中，DMN在静息状态下表现出最高的活动水平，而在执行认知任务时活动减少，表现为去激活。 例如工作记忆。该网络包括内侧前额叶皮层、后扣带皮层/楔前叶、外侧顶叶皮层和内侧颞叶区域。

为了研究默认模式网络（DMN），已开发出多种功能性和结构性成像方法。这些方法具有前所未有的潜力，可进一步加深对该网络功能及其功能障碍的理解。功能成像方法，例如静息态功能连接评估和任务诱发的去激活评估，具有良好的潜力用于识别特定的神经认知和神经情感（功能）诊断标志物，并可能更准确或更特异性地提示疾病严重程度和预后。结构性成像方法，例如形态计量学和连接性的评估，可能提供病因学及长期转归的独特标志物。综合而言，功能与结构性方法提供了强有力的多模态、互补且协同的研究途径，有助于在与应激相关的精神疾病中建立有效的基于DMN的影像表型。本方案旨在整合这些方法，以研究创伤后应激障碍（PTSD）中DMN的结构与功能，并将研究结果与疾病严重程度及相关临床因素进行关联分析。

引言

神经影像学是一种具有空前潜力的工具，可用于评估神经精神病学中的诊断效度、疾病严重程度、预后判断及治疗反应。目前已有多种互补的神经影像技术，可用于表征关键脑系统的结构与功能，并有助于识别精神疾病人群中的神经影像表型。在这些系统中，默认模式网络（DMN）在过去十年的认知与临床神经科学研究文献中受到了广泛关注。

默认模式网络（DMN）是一种所谓的“静息态网络”，其主要前部节点为内侧前额叶皮层（MPFC），主要后部节点为后扣带皮层/楔前叶（PCC），并包括下外侧顶叶皮层和内侧颞叶区域。该网络的关键特征是在静息状态下表现出最高活性，即受试者处于清醒且警觉状态但未执行特定任务时；这种静息状态下的脑活动被称为脑功能的“默认模式”。¹默认模式网络（DMN）的静息态活动也具有高度同步性，这种特性被称为静息态功能连接。DMN的另一关键特征是在外部认知需求增强期间，其活动水平会降低。 在功能神经影像范式中表现为任务诱发的失活^2,3. 据推测，内部（即 静息状态）和外部（即 任务相关活动需求对于维持大脑健康功能至关重要^3-5.

以下部分简要概述了研究默认模式网络（DMN）的三种方法：功能连接与任务相关去激活，以及结构连接。这三种方法被描述为在临床样本（如创伤后应激障碍及相关精神疾病患者）中表征该网络的互补手段。

方案

符合条件的参与者需签署书面知情同意书，以参加本研究项目。研究过程遵循机构、国家及国际上关于人类福祉的指导方针。

1. 受试者筛选与诊断访谈

1. 在获得知情同意后，进行诊断性访谈以确认创伤后应激障碍（PTSD）的诊断及病情严重程度。注：这些评估工具包括《DSM-IV-TR 结构化临床访谈》（SCID）²⁴ 、《临床医师用 PTSD 量表》（CAPS）²⁵，以及用于评估认知状态的《Folstein 简易精神状态检查》（MMSE）²⁶ 。
2. 要求参与者填写与应激和情绪相关的自评量表。
   注：这些量表包括《生活应激事件清单-修订版》（LSC-R）²⁷、《儿童期创伤问卷》（CTQ）²⁸、《感知压力量表》（PSS）²⁹和《抑郁症状快速评估量表-自评版》（QIDS-SR）³⁰。
3. 为符合条件的参与者安排磁共振成像（MRI）检查，要求参与者在预定扫描时间前约1小时到达，以便回顾扫描所需的相关事项，例如MRI安全性说明和研究流程。
4. 在扫描前采集尿液样本，并根据需要进行妊娠检测和毒理学检测。

2. 培训参与者执行N-back任务

1. 首先进行0-back字母警觉性测试。....

结果

代表性结果基于采用相同成像方法在两组有童年创伤和虐待史但无创伤后应激障碍（PTSD）的个体样本中收集的数据^21,22。静息态功能连接性分析结果显示，其空间分布模式与默认模式网络（DMN）的主要节点一致（图1）^1-3,8，包括内侧前额叶皮层（MPFC）、后扣带皮层（PCC）、角回/下顶叶小叶以及中颞区。该空间分布模式的确认可作为初步的有效性检验，并为进一步的假设检验提供基础。

工作记忆期间的大脑活动模式如图2所示。图2a中的2-back任务成分图像显示，执行网络的激活增强，同时默认模式网络（DMN）内出现去激活。执行区域（如中额回、辅助运动区和下顶小叶）的激活以橙色和红色表示，与之并列的是DMN区域（即内侧前额皮层MPFC、后扣带皮层PCC和内侧颞叶区域）的去激活，以蓝色表示。该模式与既往n-back研究文献^11,41一致，可作为假设检验前的有效性验证。图2b展示了n.......

讨论

成功实施神经影像学方案的两个最关键步骤是准确捕捉静息态和工作记忆效应。

从概念上讲，静息态图像的采集过程较为直接。由于不需要执行任何任务，研究者通常将这些时间段内的脑活动描述为“静息”状态。然而，与神经影像学的其他领域相比，该领域相对较新¹，目前尚无明确共识来精确定义扫描仪中的“静息”状态。大多数实验方案（包括本方案）要求受试者注视屏幕上一个固定的十字。个体静息态扫描的持续时间在文献中差异较大，通常介于4至12分钟之间，且可采用睁眼或闭眼方式进行⁴²。在本方案中，共实施了两次4分钟的扫描，总计8分钟，要求受试者睁眼，注视黑色背景上的一个简单的白色固定十字。未来的研究若能采纳一种标准化的静息态数据采集方法，将极大促进不同研究之间的结果推广与比较。

在静息态数据采集过程中，另一个关键问题是头动的影响。近期研究已明确表明，静息态扫描期间的头动会导致后续功能连接分析中出现虚假相关性^43-45。因此，受试者在整个静息态扫描过程中必须尽可能保持不动。在方案开发过程中发现，高.......

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
3T TIM TRIO	Siemens		3T MRI
磁共振成像兼容脉搏血氧仪	Siemens	型号 # 07389567
功能神经影像分析软件	美国国立卫生研究院（NIH）	http://afni.nimh.nih.gov/	数据分析软件包
Eprime	Psychology Software Tools, LLC	http://www.pstnet.com/eprime.cfm	刺激呈现软件
Slicer	布莱根妇女医院	http://www.slicer.org/	概率纤维追踪软件