Nature子刊：影像组学预测吸烟青少年戒烟后复吸 生科院袁凯课题组吸烟成瘾研究取得系列进展
文章来源：西电生科院
西安电子科技大学生命科学技术学院袁凯课题组在青少年吸烟成瘾方向取得重大研究进展，连续在Nature出版社旗下期刊《Neuropsychopharmacology》（中科院一区，IF：6.5）和神经影像领域排名第一的国际权威期刊《NeuroImage》（中科院二区，IF：5.4）发表相关研究论文，在青少年吸烟人群中，发现了全新的吸烟渴求影像学标记，并借助影像组学方法成功预测了12小时戒断诱发的复吸现象。
图1 前额叶-纹状体白质纤维束重建、可视化及计算流程
最新调查显示，目前我国青少年吸烟率达6.9%，尝试吸烟率高达19.9%，且吸烟率在逐年上升， 吸烟呈现低龄化的趋势。在2018年5月北京举办的“世界无烟日青少年控烟活动”的大会上，多位控烟领域专家呼吁禁烟工作要“从娃娃抓起”。众所周知，短时间戒烟后（12~24小时）的戒断症状会导致渴求的增加，极易诱发复吸，如何借助神经影像学技术寻找青少年吸烟渴求的神经影像学标记及对戒烟后的复吸现象进行预测，一直是成瘾领域的技术难点和关键临床问题。
基于上述需求，生科院袁凯课题组开发了一套基于弥散张量成像(DTI)的白质纤维束重建、可视化以及定量分析的计算平台（图1），将其应用于两个独立的青少年吸烟样本集上（分别采集于西安交通大学第一附属医院和内蒙古医学院附属医院），并进行了重复性验证，发现了新的青少年吸烟渴求的影像学标记，即腹侧前额叶-纹状体回路的白质纤维束弥散特性；除此以外，背侧前额叶-纹状体回路的白质纤维束弥散特性还可以作为吸烟青少年认知功能损伤的影像学标记。该项基于两独立样本集的重复性实验研究，具有较高的创新性和技术先进性，于2018年8月18日发表在神经影像学领域排名第一的期刊Neuroimage上 (Kai Yuan, et al., 2018a) 。
论文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1053811918307444。
图2 皮层-纹状体回路的白质连接强度预测吸烟者的复吸现象
针对如何通过影像组学的方法来预测复吸的临床问题，该课题组在成瘾的理论框架下，首先选取了与成瘾密切相关的 8个大脑皮层及2个皮下脑区（图2)，系统的构建并计算了上述脑区与成瘾最核心的脑区即纹状体的白质纤维束概率连接强度，揭示了青少年吸烟人群纹状体与额叶及前扣带回皮层较弱的连接强度；其次按照被试在12小时戒烟实验中是否能控制住吸烟行为，将其分为戒断者（实验过程中未吸烟）和复吸者（实验过程中吸烟）两组，并在戒断组中记录戒烟12小时前后渴求、情绪以及生理指标的变化；最后借助影像组学方法，发现戒断组中左侧纹状体与同侧腹外侧前额叶及眶额回皮层的白质纤维连接强度与戒断诱发的渴求变化率有关，左侧前额叶-纹状体回路的白质纤维束连接强度可以成功预测吸烟青少年12小时短期戒断后是否复吸，预测准确率为68.3%，该研究发现对于戒烟的早期监控和诊疗具有重大的临床意义。该项成果于2018年8月15日发表在Nature出版社旗下期刊Neuropsychopharmacology上 (Kai Yuan, et al., 2018b) 。
论文链接：
https://www.nature.com/articles/s41386-018-0182-x。
前额叶-纹状体回路在成瘾的中枢神经机制中一直扮演着非常重要的角色，本报道中的影像结果与该课题组先前的发现一致：左背外侧前额叶与纹状体回路在吸烟线索任务中的功能同步性与青少年吸烟人群的渴求加工密切有关(Kai Yuan, et al., Human Brain Mapping, 2017)；前额叶-纹状体回路在静息状态下的功能异常与青少年吸烟人群受损的认知控制能力有关(Kai Yuan, et al., Human Brain Mapping, 2016) ；值得注意的是，该课题组在网瘾青少年中也曾发现此大脑回路的异常(Kai Yuan, et al., Addiction Biology, 2017)，这一系列研究发现，为我们理解前额叶-纹状体回路在药物成瘾及网络成瘾中的关键作用提供了重要的影像学信息。上述研究是生科院袁凯副教授团队与内蒙古科技大学喻大华教授团队合作完成的，得到了国家自然科学基金面上项目和陕西省自然科学基金的支持。
主要参考文献(*通讯作者)：
Kai Yuan*, Meng Zhao, Dahua Yu, Manza Peter, D. Volkow Nora, Wang Gene-Jack, Jie Tian. Striato-cortical tracts predict 12-h abstinence-induced lapse in smokers. Neuropsychopharmacology. in press 2018. (中科院1区，IF: 6.5)
Kai Yuan*, Dahua Yu, Meng Zhao, Min Li, Ruonan Wang, Yangding Li, Manza Peter, Shokri-Kojori Ehsan, E. Wiers Corinde, Wang Gene-Jack, Jie Tian*. Abnormal frontostriatal tracts in young male tobacco smokers. NeuroImage. in press 2018. (中科院2区，IF: 5.4)
Kai Yuan*, Dahua Yu, Yanzhi Bi, Ruonan Wang, Min Li, Yajuan Zhang, Minghao Dong, Jinquan Zhai, Yangding Li, Xiaoqi Lu*, Jie Tian. The Left Dorsolateral Prefrontal Cortex and Caudate Pathway: New Evidence for Cue-Induced Craving of Smokers. Human Brain Mapping, 38(9): 4644-4656, 2017. (中科院2区，IF: 4.9)
Kai Yuan*, Dahua Yu, Yanzhi Bi, Yangding Li, Yanyan Guan, Jixin Liu, Yi Zhang, Wei Qin, Xiaoqi Lu, Jie Tian. The implication of frontostriatal circuits in young smokers: A resting-state study. Human Brain Mapping, 37(6): 2013-2026, 2016. (中科院2区，IF: 4.9)
Kai Yuan, Dahua Yu, Chenxi Cai, Dan Feng, Yangding Li, Yanzhi Bi, Jixin Liu, Yi Zhang, Chenwang Jin, Linling Li, Wei Qin, Jie Tian*. Frontostriatal circuits, resting state functional connectivity and cognitive control in internet gaming disorder. Addiction biology, 22(3): 813-822. 2017. (ESI高被引论文) (中科院2区，IF: 5.578)