反复创伤压力下消防员恐惧网络的功能连接改变

Original: 杨晓飞思影科技 2019-06-30

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韩国天主教大学的研究人员在The British Journal of Psychiatry发文探究人类大脑如何对重复性创伤应激作出反应或进行补偿，通过对静息态数据进行功能连接分析表明，脑岛与恐惧网络内部其它脑区的功能连接与消防员的反复创伤性应激相关，其中脑岛与杏仁核的功能连接可能是反复创伤性应激的风险因子，而脑岛与vmPFC的连接则可能有助于减少反复创伤性应激。

研究方法：

被试：包括98名伴有反复创伤性体验，但无任何精神疾病的消防员和98名无任何创伤性事件体验的非消防员健康被试。首先进行临床评估，通过体格检查，生命体征，心电图和临床实验室测试来筛查被试，另外要求参与者携带其目前正在服用的药物处方或副本来评估药物的使用，结构化临床访谈测量精神状态，社交关系则用社会网络指数进行评估，测量被试的惯用手，创伤性评估使用修订版的事件影响量表（IES-R）。

图像采集：所有数据均在韩国首尔的Evha脑研究所的Philips Achieva 3T核磁机上获取，静息态数据采用梯度回波平面成像序列（回波时间(TE)=21ms,重复时间(TR)=2000ms,翻转角（FA）=76°,视野（FOV）=22×22 cm²，矩阵=64×64，体素大小=3.44×3.44×3.44mm³，38层）采集。每个被试扫两次，每次扫描包含200张图像。在每次扫描前，被试都会被告知如果他们醒着就按一个键，接着被告知闭上眼睛，不能睡着，什么也不要想。所有被试在扫描完后都表示他们在扫描期间没有入睡。

在采集静息态数据前先采集了T1加权像（TE=3.4 ms，TR=7.4 ms，FA=8°，FOV=22×22 cm²，矩阵=256×256，体素大小=0.86×0.86×0.86mm³），以使被试习惯于扫描仪内部的环境和噪声。另外还采集了T2加权像(TE90 ms, TR 3000 ms, FA 90°, FOV 22 × 20.1 cm²,matrix 240 × 240, voxelsize 0.92 × 0.92 × 0.92 mm³)和流体衰减反转恢复像(TE338 ms, TR 8000 ms,FOV 25 × 25 cm², matrix 576 × 576, voxel size0.43 × 0.43 × 0.43 mm³)。

采用静息态功能核磁共振成像检测恐惧网络的功能连接，恐惧网络包括背前扣带皮层，脑岛，杏仁核，海马和腹内侧前额叶皮质（vmPFC）

功能连接分析：静息态数据采用SPM12和CONN工具包进行分析，功能像分析步骤包括头动矫正，时间层矫正，空间标准化到MNI模板，体素体积统一为2× 2 × 2，结构像分析步骤包括分割，空间标准化到MNI模板。为了减少噪音，头动过大及大脑活动异常的数据被排除，功能像的异常值采用伪像检测工具（ADT）来筛查。计算整个时间序列的平均信号值并进行Z转换，将平移和旋转超过0.9mm或平均强度差超过5个标准差的体素定义为异常值，两组被试的异常值数量及头动数据并无显著差异。通过使用基于解剖学成分的噪声校正方法(aCompCor)去除生理和其他虚假噪声源，通过线性回归去除来自白质和脑脊液的信号，最后，将时间带通滤波器（0.008-0.09Hz）应用于剩余时间序列。

使用维克森林大学的PickAtlas将种子兴趣区（ROI）定义为以MNI坐标为中心的6mm半径球体，ROI包括大脑背侧前扣带回(dACC：−1,10, 46), 左前脑岛(left anterior insula ：−35, 14, 5), 右前脑岛(right anterior insula ：36, 16, 4) 以及腹内侧前额叶皮质vmPFC(−3, 39, −2)。为探究皮质下结构，采用哈佛- 牛津Atlas获取杏仁核和海马的双侧种子mask（见图1）。对每个种子内所有体素的时间序列进行平均，然后计算每对ROI之间的双变量相关系数，并使用Fisher变换将其转换为z分数。

图1：恐惧网络的种子区域。显示为(a)背侧前扣带回(b)脑岛(c)腹内侧前额皮质(d)杏仁核(红色)和海马(蓝色)。皮质种子(a,b, c)被定义为半径为6毫米的球体，而杏仁核和海马区的双侧种子mask(d)取自哈佛大学牛津脑图谱。

样本量估计：基于先前的静息态fMRI研究评估效应量，该研究报告了与健康人相比，没有创伤后应激障碍的退伍军人的默认网络（Cohen’sd = -0.90）中的功能连接较低。考虑到消防员所经历的创伤性应激可能不如退伍军人的那么极端，本研究预估效应量为前人研究的一半（Cohen’sd = -0.45），选择0.8的效力及0.05的α，最后确定每组被试最少为79人。

统计分析：人口学变量分析采用T检验，卡方检验及Fisher检验。恐惧网络的所有ROI之间的功能连接的组间差异采用协方差模型来分析，其中协变量为年龄和性别，当错误发现率（FDR）校正的P< 0.05时，结果被认为具有统计学差异。

采用多元线性回归分析检测恐惧网络中改变的功能连接是否与消防员组中创伤性症状的严重程度相关，其中总IES-R得分为因变量，功能连接值作为自变量，年龄、性别为协变量，并评估独立变量之间的多重共线性。

在火灾现场时，消防员经常暴露于一氧化碳和其他可能对大脑产生不利影响的化学危害，以前的研究表明，长期接触燃烧的化学副产品可能会增加消防员患帕金森病的风险，为了评估慢性接触化学危害的潜在影响，研究者重复了多元线性回归分析，将每周派遣频率作为额外的协变量。

当双侧检验P < 0.05，结果被视为有统计学意义。所有的统计分析均使用Stata13.1，脑影像结果的可视化则采用BrainNet Viewer。

结果：两组被试的年龄、性别、教育背景、利手、吸烟史、饮酒史均无显著差异，虽然消防员组比非消防员组的BMI值显著更高（P= 0.01），但两组的超重人数无显著差异。此外，消防员组比非消防员组有更多的人具有亲密伴侣（P= 0.01）（？？），然而两组的社会网络指数并无显著差异。消防员的平均就职年限为13.7年，IES-R分数为18.6（见表1）。

表1被试的人口与临床信息

相比非消防员组，消防员组的脑岛与恐惧网络内部其它几个区域（包括双侧杏仁核，双侧海马和vmPFC）的功能连接显著增强（见图2）。

图2：消防队员(n= 98)与无创伤经历的非消防队员(n= 98) 在恐惧网络功能连接的分组比较：

(a)恐惧网络包括dACC、脑岛、杏仁核、海马和vmPFC。消防员的脑岛与双侧杏仁核、双侧海马和vmPFC的功能连接更强(FDR校正P< 0.05)。

(b)柱状图显示了脑岛功能连接均值和95%置信区间组间的显著差异。dACC，背侧前扣带皮层，vmPFC，腹内侧前额叶皮层。

且在消防员组中，脑岛-杏仁核功能连接与创伤性相关症状的严重性呈显著正相关，而脑岛-vmPFC功能连接与反复的创伤症状程显著负相关（见图3）。

图3：散点图和回归线表明消防队员的总IES-R评分与岛叶功能连接之间的关系(n= 84)。

(a)总IES-R评分与杏仁核-脑岛功能连接的关系。

(b)左侧脑岛-vmPFC功能连接与总IES-R评分的关系。

(c)总IES-R评分与杏仁核-脑岛与左侧脑岛-vmPFC功能连接差异的关系。

即使将每周的派遣频率作为协变量考虑进去，以上异常的功能连接结果与创伤性相关程度严重性的关系仍保持不变。

一句话总结：脑岛与恐惧网络内部其它脑区的功能连接在反复的创伤应激中扮演着重要角色。具体而言，脑岛与杏仁核，vmPFC的功能连接可能分别是重复创伤应激的风险和保护因子。