精神分裂症幻听神经机制的多模态脑网络研究

Auditory hallucinations (AH) always caused delusions of reference or persecution, intense fear, and even produced impulse and attack actions in patients with schizophrenia, which brought serious harm for families and society. Recent neuroimaging studies showed that AH was involved with many brain regions, however, the structural and functional connectivity of these regions were not clear. The development of the brain networks provided new methodologies to explore the mechanism of AH. Our previous research found that the functional connectivity between auditory network and language network and salience network were aberrant in schizophrenia patients with AH. On the basis, we intended to set up a multimodal image database in schizophrenia patients with AH, schizophrenia patients without AH and healthy controls, which including structure magnetic resonance imaging(sMRI), diffusion tensor imaging(DTI) and functional magnetic resonance imaging(fMRI) during rest and task state. Based on graph theory, we construct complex networks by data of sMRI, DTI and restfMRI, and analysed topological properties of the networks. Based on independent component analysis (ICA) and dynamic causal modelling (DCM), we analysed the effective connectivity and evaluated modulation effect between networks which were active during the task of listening and inner speech. Besides, we explores the relationships between the aberrant of network and the severity and characteristics of AH. We will find the characteristic performance of multimodal brain networks in schizophrenia with AH, and the results will be helpful to interpret the neural mechanism of AH.

幻听常引起精神分裂症(SCH)患者出现关系/被害妄想、紧张恐惧，甚至出现冲动攻击等暴力行为，给家庭和社会带来严重的危害。近来影像学研究发现幻听涉及多个脑区，但各脑区间结构与功能的连接尚不清楚。脑网络组学的发展为探讨幻听的神经机制提供了新方法。申请人曾发现SCH伴幻听患者听觉网络、语言网络及突显网络间连接存在异常。本项目拟在既往研究基础上建立SCH伴幻听组、SCH不伴幻听组及正常对照组的多模态脑影像数据库，包括结构、弥散张量和静息态及任务态功能成像；利用图论技术构建多模态的脑复杂网络，分析幻听患者脑结构及功能连接的复杂网络拓扑特征；采用独立成分分析及动态因果模型结合方法分析幻听患者脑网络有效连接，评估执行听觉任务及内部语言任务相关脑网络之间的调控作用；分析多模态脑网络异常特征与幻听严重程度及临床性质的关系。本项目预期结果将发现SCH幻听多模态脑网络特征性表现，为进一步探索其神经机制提供线索。

本研究基于前期精神分裂症幻听现象学的临床数据及脑网络研究基础，建立幻听神经机制的工作假说如下：幻听是一种内部语言互动、对话过程中产生的障碍，患者无法识别在此过程中伴随的类似听觉的体验，而误认为是真实的声音。该现象背后的机制可能是社会认知功能、自我识别和监控功能出现异常。本研究招募伴言语性幻听的精神分裂症患者（AVH）、不伴幻听的精神分裂症患者（noAVH）及正常对照组(HC)，收集受试者人口学资料、临床资料及头部磁共振成像的影像数据。利用独立成分分析和动态功能连接分析技术，从100个成分中选取36个成分来定义7个幻听有关感兴趣的核心脑网络，包括默认网络、突显网络、社会认知网络、执行控制网络、听觉网络、左额顶网络、右额顶网络等，再利用滑动窗（窗宽30秒）及聚类分析（k-means）等技术确定大脑的状态数，利用方差分析及事后分析比较三组间动态功能连接相关指标的差异，包括状态的比例、状态持续时间、脑网络在不同状态的连接强度等。结果发现与noAVH组比较，AVH组在不同状态持续时间存在差异，在状态2持续时间短，在状态3持续时间长；AVH组社会认知网络和突显网络在不同状态下功能连接出现异常，具体表现为在状态1时左侧颞中回与左侧前扣带回连接减弱，在状态2时左侧颞极和右侧脑岛连接增强。上述结果验证了该研究的工作假说，提示精神分裂症幻听患者脑动态功能连接存在异常，社会认知网络和突显网络间动态功能连接异常可能参与幻听的产生。此外，本项目分别利用基于体素的灰质体积方法及基于体素节点中心度探讨精神分裂症经过单一抗精神病药物6周后脑结构和功能的变化，及上述变化与临床症状、认知功能的关系，发现患者组的内侧前额叶灰质体积进行性减少，且基线内侧前额叶灰质体积越大，预示着阳性症状改善更佳；还发现中央后回可能是抗精神并药物作用的重要脑区，上述结果为未来精神分裂症药物治疗的研究和评估疾病预后提供新的思路。