论著|青少年非自杀性自伤患者静息态功能磁共振研究

【引用格式】盛莹莹，雷洪俊，欧薇，等. 青少年非自杀性自伤患者静息态功能磁共振研究[J]. 中国神经精神疾病杂志，2022，48（10）：602-608.

【Cite this article】SHENG Y Y,LEI H J,OU We,et al. Research on rs-fMRI in adolescents with non-suicidal self-injury[J]. Chin J Nervous Mental Dis，2022，48（10）：602-608.

DOI：10.3969/j.issn.1002-0152.2022.10.005

青少年非自杀性自伤患者静息态功能磁共振研究^☆

盛莹莹  雷洪俊  欧薇  彭娟

遵义医科大学管理学院

遵义医科大学第二附属医院影像科 

摘 要

目的  探讨非自杀性自伤（non-suicidal self-injury，NSSI）青少年静息态功能磁共振成像下脑功能特征。

方法  采用病例对照研究设计，纳入NSSI青少年患者23例（NSSI组）与健康青少年18名（healthy control，HC组），进行静息态功能MRI扫描，分析NSSI组与HC组低频振幅（amplitude of low frequency fluctuation, ALFF）有差异的脑区，以差异脑区为种子点计算全脑功能连接（functional connectivity, FC），并分析NSSI组差异脑区的ALFF值与青少年非自杀性自伤行为评定问卷及汉密尔顿抑郁量表评分相关性。

结果  与HC组比较，NSSI组ALFF升高的脑区包括双侧杏仁核（x=-27，y=3，z=-24，t=2.492，P<0.05，FDR校正；x=27，y=3，z=-12，t=2.746，P<0.05，FDR校正）、右侧背外侧额上回（x=15，y=21，z=45，t=4.051，P<0.05，FDR校正）。以双侧杏仁核作为种子点分别计算全脑FC，与HC组比较，NSSI组左侧杏仁核与右侧前扣带回（t=3.352，P<0.05，FDR校正）、左侧前扣带回（t=2.843，P<0.05，FDR校正）、右侧丘脑（t=3.026，P<0.05，FDR校正）、左侧丘脑（t=2.352，P<0.05，FDR校正）FC强度增高，与左侧眶部额上回（t=-2.181，P<0.05，FDR校正）、左侧眶部额中回（t=-3.378，P<0.05，FDR校正）FC强度减低。NSSI组左侧杏仁核ALFF值与汉密尔顿抑郁量表评分呈正相关（r=0.627, P=0.004）。

结论  NSSI青少年静息态下多个脑区存在神经元异常活动，左侧杏仁核与多个脑区的FC存在异常，这可能是NSSI神经病理发病机制。

关键词 非自杀性自伤；自残；青少年；神经影像；功能磁共振；低频振幅；功能连接非自杀性自伤（non-suicidal self-injury, NSSI）是指个体不以结束生命为目的，刻意、重复损害自己身体组织的行为^[1]。最常见于青少年早期^[2]。静息态功能磁共振成像（resting-state functional magnetic resonance imaging，rs-fMRI）是测量静息状态下脑部自发神经活动的技术，是脑功能研究的重要研究方法。既往关于NSSI的rs-fMRI研究大多集中在脑功能连接（functional connectivity，FC）差异。如关于13~21岁NSSI女性的研究发现杏仁核-额叶连接性低下是NSSI女性中普遍存在的缺陷，可能提示其调节负面情绪困难，以及依赖自我伤害作为缓解策略^[3]。另有研究发现12~17岁NSSI青少年接受4个月心理治疗后，有50％的患者NSSI行为减少，并且杏仁核-前额叶的FC较治疗前增强^[4]，再次证实杏仁核与前额叶的连接通路可能是NSSI发病的关键性结构。由于FC并不能度量脑自发活动的局部属性，具有一定的局限性。而低频振幅（amplitude of low frequency fluctuation，ALFF）分析特定区域的振荡现象指数，可以反映该区域自发神经活动的强度^[5]。因此本研究应用ALFF联合FC分析方法，探讨NSSI患者脑神经元自发活动及脑功能连接异常，全面客观地显示对NSSI有意义的脑功能特征。

1 对象与方法

1.1 研究对象 采用病例对照研究设计。收集2019年10月至2020年12月就诊于遵义医科大学附属心理门诊首发未治疗青少年NSSI患者。纳入标准：①符合《精神障碍诊断与统计手册第5版》（Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders, 5th Edition, DSM-5）中NSSI行为的定义，经2位副主任医师及以上职称精神科医师确诊；②年龄13~18岁，小学及以上文化程度，男女不限，右利手；③首次发病，从未进行过抗抑郁或抗精神病类药物、经颅磁刺激及电休克等治疗。排除标准：①既往有颅脑外伤、严重躯体疾病或其他精神疾病；②存在MRI检查禁忌证。共收集30例NSSI患者，因扫描过程中头动幅度过大，剔除7例，最终有效病例23例。健康对照（healthy control，HC）组来自同期广告招募。纳入标准：①既往无任何伤害自己的行为，或达不到DSM-5非自杀性自伤的诊断标准；②年龄、文化程度、性别、利手与NSSI组相匹配；③既往无精神疾病且近4周内未服用安眠、镇静、麻醉等药物。排除标准：①既往有颅脑外伤、严重躯体疾病；②存在MRI检查禁忌证。共纳入18名对照。本研究通过遵义医科大学附属医院医学伦理委员会审查（批件号：KLLY-2019-093）。所有被试者知晓研究的主要内容，并签署知情同意书。

1.2 研究方法

1.2.1 临床评估 采用自编问卷对研究对象一般情况进行收集，包括性别、年龄、受教育程度等资料。NSSI组受试者，由经过量表一致性培训的副主任或以上职称医师进行症状评估：询问患者及家属了解其成长的生活环境、个人经历、有无留守、与父母分离等情况；采用汉密尔顿抑郁量表（Hamilton depression scale，HAMD₂₄）评估患者抑郁症状严重程度；采用青少年非自杀性自伤行为评定问卷^[6]评估患者自伤行为情况，该问卷包含行为问卷和功能问卷，功能问卷分为利己社交、自我负强化和情绪表达3个维度。1.2.2 fMRI数据采集 MRI数据采集由遵义医科大学第二附属医院影像科完成。使用GE Signa HDxt 3.0 T磁共振成像系统，海绵固定头部，耳塞减少噪声，嘱受试者闭眼、平静呼吸、保持头部静止不动，尽量不伴有系统性的思维活动。3D-T₁结构成像采用快速自旋回波序列（fast spin echo, FSE）采集，重复时间（time of repeat, TR）为7800 ms，回波时间（time of echo, TE）为3 ms，翻转角（flip angle, FA）为15°，视野（field of view, FOV）为240 mm×240 mm，矩阵（matrix）为512×512，层数为146层，层厚为1 mm，间隔为1.5 mm，扫描时间为5 min 45 s。血氧水平依赖（blood oxygenation level dependent, BOLD）成像采用平面回波序列成像（echo planar imaging, EPI）采集，TR为2000 ms，TE为30 ms，FA为90°，FOV为240 mm×240 mm，矩阵为64×64，激励次数（number of excitation，NEX）为1，层数为33层，层厚为4 mm，层间隔为0 mm，采集210个时间点，扫描时间为7 min。1.2.3 图像预处理 使用MATLAB 2018b平台运行的DPARSF软件（http://rfmri.org/DPARSF）、SPM12（http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/software/spm12）对所有受试者的原始图像进行预处理。将DICOM格式转化为NIFTI格式；为避免受试者在开始检查时对环境不适应的影响，移除前10个时间点图像；依次进行时间层校正、头动校正、空间标准化、空间平滑、去线性漂移以及去除协变量处理。1.2.4 ALFF与FC提取 提取0.01~0.10 Hz频段下每个体素信号振幅的平均值，即ALFF值；用每个体素的ALFF值除以全脑信号振幅平均值，再经过Fisher-Z变换成频域功率谱，之后计算功率谱峰下面积平方根，即得到每个体素标准化的ALFF值。以ALFF值组间有统计学差异的脑区为种子点作为感兴趣区，计算种子点内所有体素平均时间序列，并与全脑每个体素的时间序列做Pearson相关分析，计算出相关系数（r值），利用Fisher-Z转换将r值转化成接近于正态分布的Z值，最终得到种子点与全脑的FC分析结果，即FC值。1.3 统计学方法 采用SPSS 26.0分析一般资料，两组比较年龄采用独立样本t检验，性别及成长环境采用χ²检验，教育程度采用独立样本Mann-Whitney U检验。运用DPABI软件，以年龄、性别以及头动参数作为协变量，对两组ALFF和FC数据进行双样本t检验，错误发现率（false discovery rate, FDR）方法进行多重校正，检验阈值设定为P<0.05，采用Pearson相关分析NSSI组具有组间差异脑区的ALFF值与HAMD₂₄评分及非自杀性自伤问卷各维度评分的相关关系。检验水准α=0.05。

2 结果

2.1 一般资料 NSSI组与HC组性别（χ²=0.519，P=0.427）、年龄（t=0.718，P=0.478）、受教育程度（Z=1.076，P=0.499）、成长环境（χ²=0.388，P=0.455）比较，差异无统计学意义。见表1。表1   NSSI组和HC组人口学及临床资料2.2 低频振幅结果 与HC组比较，NSSI组ALFF值升高的脑区包括左侧杏仁核（x=-27，y=3，z=-24，t=2.492，P<0.05，FDR校正）、右侧杏仁核（x=27，y=3，z=-12，t=2.746，P<0.05，FDR校正）、右侧背外侧额上回（x=15，y=21，z=45，t=4.051，P<0.05，FDR校正），差异有统计学意义。其他脑区ALFF值未发现组间差异有统计学意义（P>0.05）。见图1。图1   NSSI组与HC组ALFF值差异脑区图 NSSI组与HC组相比，ALFF值升高的脑区为双侧杏仁核及右侧背外侧额上回（红色区域），右侧色块为t值大小示意图。2.3 功能连接结果 以双侧杏仁核分别作为种子点进行全脑功能连接分析。与对照组比较，NSSI组左侧杏仁核与右侧前扣带回（t=3.352，P<0.05，FDR校正）、左侧前扣带回（t=2.843，P<0.05，FDR校正）、右侧丘脑（t=3.026，P<0.05，FDR校正）、左侧丘脑（t=2.352，P<0.05，FDR校正）FC强度增高；与左侧眶部额上回（t=-2.181，P<0.05，FDR校正）、左侧眶部额中回（t=-3.378，P<0.05，FDR校正）FC强度减低，差异有统计学意义。左侧杏仁核与各脑区FC强度组间未见统计学差异（P>0.05）。见表2与图2、3。表2   以种子点进行全脑FC分析NSSI组与HC组有统计学差异的脑区

注：Peak点，差异脑区激活点；MNI，蒙特利尔神经研究所坐标系。

图2   NSSI组与HC组FC值差异脑区图 以左侧杏仁核为种子点，与HC组比较，NSSI组右侧前扣带回、左侧前扣带回、右侧丘脑、左侧丘脑FC强度增高（红色区域），右侧色块为t值大小示意图。图3   NSSI组与HC组FC值差异脑区图 以左侧杏仁核为种子点，与HC组比较，NSSI组左侧眶部额上回、左侧眶部额中回FC强度减低（蓝色区域 ），右侧色块为t值大小示意图。2.4 差异脑区与症状评估量表相关性 NSSI组左侧杏仁核ALFF值与HAMD₂₄总分呈正相关（r=0.627, P=0.004），其它脑区的ALFF值与HAMD₂₄及青少年非自杀性自伤行为评定问卷各维度评分均无统计学相关性（P>0.05）。

3 讨论

青少年处于大脑发育的关键时期，易发生情绪失控和冲动行为，NSSI则是情绪失调的结果^[7]。有研究发现调节情绪的脑区主要包含杏仁核、扣带回、丘脑、伏核、壳核、眶额皮质及前额叶皮质等^[8]，本研究结果涉及的异常脑区与其结果有多个重合。杏仁核是情绪记忆的核心脑区，主要掌管情绪的产生、识别及调节^[9]。OSUCH等^[10]发现NSSI青少年在杏仁核处显示出更高的BOLD信号。QUEVEDO等^[11]也发现NSSI患者杏仁核、海马回、海马旁回BOLD活化程度较高。以上研究证实杏仁核的激活可能与青少年产生自伤密切相关。背外侧额上回（dorsolateral prefrontal cortex，DLPFC）的激活可以产生冲动行为^[12]。BERTSCH等^[13]发现当有自伤行为的患者表现出发怒倾向时，其DLPFC的激活增强。而另外一项任务态fMRI研究表明，具有NSSI行为的女性在多源冲突任务（multi-source interference task, MSIT）期间表现出DLPFC激活减少^[14]。DLPFC与NSSI行为的关系有待于进一步验证。本研究发现NSSI组左侧杏仁核与右侧前扣带回、左侧前扣带回、右侧丘脑、左侧丘脑FC强度增高，与左侧眶部额上回及眶部额中回FC强度减低。前扣带回皮质（anterior cingulate cortex, ACC）的FC与抑郁情绪有关^[15]，尤其和杏仁核之间的高度连接性构成杏仁核-扣带回环路，参与调控情绪^[16]。目前，多项研究认为ACC与抑郁症的发生、发展关系密切^[17-18]。丘脑作为大脑中高级感觉中枢，是重要的感觉传导中继站。丘脑与ACC关系密切，主要参与情感和记忆的调节。抑郁症患者的丘脑和初级体感皮质之间的功能连接性增强，导致患者认知功能障碍、学习能力下降、愉悦感及满足感丧失^[19]。郑俊杰等^[20]发现丘脑-杏仁核的连接异常可能是导致情感缺陷的关键性脑区。本研究中NSSI青少年同样伴有情绪、认知等障碍，杏仁核和丘脑连接通路可能标志着NSSI神经影像学特征，有待于进一步探究。眶额皮质（orbitofrontal cortex, OFC）与杏仁核组成的环路是负性情绪加工的重要通路^[21]。有研究认为杏仁核与OFC之间的功能连接强度减弱，导致负性情绪调节不佳^[22]。TAKAHASHI等^[23]研究发现嗅沟是OFC上前脑发育的潜在标志，嗅沟深浅与冲动的严重程度和情感的不稳定性呈负相关，而伴有自伤史的边缘性人格障碍患者往往右嗅沟明显较浅。由此可见，OFC可能是产生自伤行为的一个敏感脑区。目前研究显示，抑郁症状越严重，情绪调节往往越困难，发生NSSI行为的风险越高^[24]，说明NSSI行为、情绪及抑郁症状三者紧密相连。本研究通过HAMD₂₄评估自伤青少年抑郁症状来判断其抑郁症状严重程度，结果显示NSSI组左侧杏仁核ALFF值与HAMD₂₄评分呈正相关，提示杏仁核的神经元活动异常对NSSI或者抑郁症病情评估的重要性，可能是其发病的潜在影像学标志物。总之，本研究选取首次发病的NSSI青少年入组，可避免药物及不同年龄段对rs-fMRI数据的影响，应用ALFF联合FC分析方法，得出NSSI青少年存在异常脑区及功能连接的异常。不足之处在于本研究样本数量过小，对研究结果造成一定影响，并且为横断面研究，未对病程、病情严重程度、合并抑郁情绪等关系进行考察。未来研究还需加大样本量，细化症状特点，动态观察大脑功能变化，以做到多维度探讨NSSI神经影像学机制。

1. PLENER P L, KAESS M, SCHMAHL C, et al. Nonsuicidal Self-Injury in Adolescents[J]. Dtsch Arztebl Int, 2018, 115(3): 23-30.

2. 冉杭林, 赖顺凯, 严舒雅, 等. 青少年非自杀性自伤行为相关脑功能机制影像学研究进展[J]. 中国神经精神疾病杂志, 2021, 47(3): 186-189.

3. WESTLUND SCHREINER M, KLIMES-DOUGAN B, MUELLER B A, et al. Multi-modal neuroimaging of adolescents with non-suicidal self-injury: Amygdala functional connectivity[J]. J Affect Disord, 2017, 221: 47-55.

4. SANTAMARINA-PEREZ P, ROMERO S, MENDEZ I, et al. Fronto-Limbic Connectivity as a Predictor of Improvement in Nonsuicidal Self-Injury in Adolescents Following Psychotherapy[J]. J Child Adolesc Psychopharmacol, 2019, 29(6): 456-465.

5. 李海静, 佘生林, 邝启杰, 等. 静息态脑功能低频振幅预测早期精神分裂症患者视觉信息处理速度研究[J]. 中国神经精神疾病杂志, 2021, 47(2): 93-97.

6. 万宇辉, 刘婉, 郝加虎, 等. 青少年非自杀性自伤行为评定问卷的编制及其信效度评价[J]. 中国学校卫生, 2018, 39(2): 170-173.

7. 钟怡, 杨亚婷, 张叶蕾, 等. 童年创伤对青少年抑郁症患者非自杀性自伤行为的影响[J]. 中华精神科杂志, 2020, 53(6): 520-526.

8. MORAWETZ C, BODE S, DERNTL B, et al. The effect of strategies, goals and stimulus material on the neural mechanisms of emotion regulation: A meta-analysis of fMRI studies[J]. Neurosci Biobehav Rev, 2017, 72: 111-128.

9. INMAN C S, BIJANKI K R, BASS D I, et al. Human amygdala stimulation effects on emotion physiology and emotional experience[J]. Neuropsychologia, 2020, 145: 106722.

10. OSUCH E, FORD K, WRATH A, et al. Functional MRI of pain application in youth who engaged in repetitive non-suicidal self-injury vs. psychiatric controls[J]. Psychiatry Res, 2014, 223(2): 104-112.

11. QUEVEDO K, MARTIN J, SCOTT H, et al. The neurobiology of self-knowledge indepressed and self-injurious youth[J]. Psychiatry Res Neuroimaging, 2016, 254: 145-155.

12. BROWN R C, PLENER P L, GROEN G, et al. Differential Neural Processing of Social Exclusion and Inclusion in Adolescents with Non-Suicidal Self-Injury and Young Adults with Borderline Personality Disorder[J]. Front Psychiatry, 2017, 8: 267.

13. BERTSCH K, ROELOFS K, ROCH P J, et al. Neural correlates of emotional action control in anger-prone women with borderline personality disorder[J]. J Psychiatry Neurosci, 2018, 43(3): 161-170.

14. DAHLGREN M K, HOOLEY J M, BEST S G, et al. Prefrontal cortex activation during cognitive interference in nonsuicidal self-injury[J]. Psychiatry Res Neuroimaging, 2018, 277: 28-38.

15. RZEPA E, MCCABE C. Decreased anticipated pleasure correlates with increased salience network resting state functional connectivity in adolescents with depressive symptomatology[J]. J Psychiatr Res, 2016, 82: 40-47.

16. LI L, XU Z, CHEN L, et al. Dysconnectivity of the amygdala and dorsal anterior cingulate cortex in drug-naive post-traumatic stress disorder[J]. Eur Neuropsychopharmacol, 2021, 52: 84-93.

17. LAI C H. Promising Neuroimaging Biomarkers in Depression[J]. Psychiatry Investig, 2019, 16(9): 662-670.

18. LAI C H. Fronto-limbic neuroimaging biomarkers for diagnosis and prediction of treatment responses in major depressive disorder[J]. Prog Neuropsychopharmacol Biol Psychiatry, 2021, 107: 110234.

19. KANG L, ZHANG A, SUN N, et al. Functional connectivity between the thalamus and the primary somatosensory cortex in major depressive disorder: a resting-state fMRI study[J]. BMC Psychiatry, 2018, 18(1): 339.

20. 郑俊杰, 张燕, 赵靖平, 等. 早发青少年精神分裂症患者皮质下脑结构协变连接异常的研究[J]. 中华精神科杂志, 2017, 50(6): 439-444.

Research on rs-fMRI in adolescents with non-suicidal self-injury

SHENG Yingying  LEI Hongjun  OU Wei  PENG Juan  

Department of Mamagement, Zunyi Medical University

Abstract:

Objective

This study aimed to explore the brain function characteristics of adolescents with non-suicidal self-injury (NSSI) of resting-state functional magnetic resonance imaging (rs-fMRI).

Methods

Case-control study design was used to enroll 23 adolescents with NSSI (NSSI group) and 18 healthy adolescents (healthy control group, HC group) for rs-MRI scanning. The brain regions with significant differences in amplitude of low frequency fluctuation (ALFF) between the NSSI group and the HC group were analyzed. Differential brain areas were taken as the seed points to analyze functional connectivity (FC) of the whole brain. Pearson correlation analysis were carried out for the differential brain areas and adolescent non-suicidal self-injury behavior assessment questionnaire and 24-item Hamilton Depression Scale (HAMD24) in ALFF analysis.

Results

Compared with the HC group, ALFF values were increased in the brain areas in the NSSI group included bilateral amygdala (x=-27, y=3, z=-24, t=2.492, P<0.05, FDR corrected; x=27, y=3, z=-12, t=2.746, P<0.05, FDR corrected) and right dorsolateral superior frontal gyrus (x=15, y=21, z=45, t=4.051, P<0.05, FDR corrected). The bilateral amygdala was used as the seed point for the whole brain functional connection analysis. Compared with the HC group, FC intensity of left amygdala and right anterior cingulate cortex (t=3.352, P<0.05, FDR corrected), left anterior cingulate cortex (t=2.843, P<0.05, FDR corrected), right thalamus (t=3.026, P<0.05, FDR corrected), left thalamus (t=2.352, P<0.05, FDR corrected) in the NSSI group increased, and the FC intensity of left amygdala and left orbital superior frontal gyrus (t=-2.181, P<0.05, FDR corrected), left orbital middle frontal gyrus (t=-3.378, P<0.05, FDR corrected) decreased in the NSSI group. The ALFF value of the left amygdala in NSSI group was positively correlated with HAMD₂₄ score (r=0.627, P=0.004).

Conclusion

There are abnormal neuronal activity in many brain regions of NSSI adolescents under resting state and the abnormal FC between left amygdala and multiple brain regions may be the neuropathologic mechanism of NSSI.

Keywords: 

Non-suicidal self-injury；Self-harm；Adolescent；Neuroimaging；Functional magnetic resonance imaging；Amplitude of low frequency fluctuation；Functional connectivity

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初审：肖雅妮

审核：邢世会

审定发布：张为西