基于多模态磁共振成像的功能性腹痛综合症脑网络机制研究

Functional abdominal pain syndrome (FAPS) can lead to long-term chronic pain to patients and over occupation of the medical resources. Due to the unknown pathogenesis, there is currently no effective treatment to patients with PAFS, which has caused a great concern of the international analgesic medicine. The brain-gut interaction and the results of pre-clinical studies suggested that abdominal pain was caused by abnormal central regulation of normal visceral input (i.e., the homeostatic afferent network or top-down regulation network is abnormal). However,the specific neural mechanisms is not clear. The development of neuroimaging provides an effective way for the study of this subject. In line with the current situation, we intend to adopt a case - control design, and use multi-modal neuroimaging to investigate abnormal nodes, abnormal effect connect and abnormal topological properties of brain network on two aspects of the structure and function. We also used task-state fMRI to detect the effect of cognitive and emotional factors on brain special domain and the nodes of resting-state brain network. At last, we perform correlation analysis to reveal the relationship between the results from network and clinical course and pain scale. It is hope that our findings could reveal the patterns of brain connectivity in the regions of pain regulation in FAPS, which in turn extend our understanding of the pathophysiology of FAPS, and provide new evidence for treatment for FAPS.

功能性腹痛综合症（FAPS）因对患者造成长期慢性疼痛和对医疗资源的过度占用，且发病机制不明、无有效治疗措施，已得到国际镇痛医学界的高度关注。"脑-肠"双向交互模型以及前期临床研究结果，推测FAPS疼痛是由正常内脏输入信号在脑内异常调节所导致，即内感受的中枢传入或调控网络存在异常，但具体脑内机制尚不清楚，神经影像学的发展为研究这一课题提供了有效途径。基于此，本项目拟采用病例-正常对照实验设计，运用脑结构、DTI和静息态fMRI，从结构和功能两方面揭示FAPS脑稳态传入/调控网络、固有网络、复杂网络的异常节点、效应连接和拓扑属性，同时采用任务态fMRI，探寻认知和情感因素对脑特殊结构域功能和静息状态下脑网络节点的影响；并将网络研究结果与临床病程、痛觉评估作相关分析。以期从结构和功能上探明FAPS脑痛觉异常网络调控模式，为理解FAPS的发病脑机制及治疗靶点的选择提供新的依据。

本课题的初步设计认为脑-肠的异常交互机制在功能性胃肠疾病中起着重要的作用，并与其症状的发生有着密切的关系。课题组建立了多种功能磁共振数据处理方法学，包括基于体素的形态学测量、基于纤维束示踪的空间统计分析脑白质结构分析方法；局部一致性，功能连接等静息态功能磁共振成像以及磁共振波谱的方法。借助多种功能成像技术，针对功能性胃肠疾病中的功能性消化不良（FD）展开研究，试图探讨FD患者脑功能紊乱的机制。首先，通过PET技术研究FD患者局部脑功能的异常与负面情绪的关系。发现负面情绪可能通过中枢神经系统影响患者的消化不良症状。其次，对FD患者的局部脑网络进行了研究，发现前扣带和丘脑出现局部一致性的异常，并且与消化不良症状显著相关。并且负性情绪也会通过大脑活动的调节与消化不良的症状同步发展，建立了FD疾病进程伴随负性情绪变化的影像学标记，描绘了中枢异常可能的发展轨迹。再次，在局部脑区异常基础上，对全脑功能网络进行了分析，发现患者边缘/旁边缘系统及前额区域的异常连接，这种异常连接与疾病严重程度和负性情绪变化相关。研究结果揭示了FD患者伴随负性情绪变化在复杂的大脑网络内拓扑信息情况，能够帮助理解大脑内部的工作机制。最后，我们对FD患者大脑形态学及白质微结构改变做了研究。发现FD患者多个脑区灰质密度出现异常。其中，后脑岛的灰质密度是与同侧的额下回灰质密度以及邻近于后脑岛的外囊纤维上FA值显著相关的。研究揭示了FD患者的结构异常可能是以后脑岛为中心的，这些异常的灰质和白质大多数都与焦虑和抑郁等负性情绪有关。综上，我们的研究结果为理解功能性胃肠疾病脑-肠轴中大脑的工作机制提供了生物学证据，也为评估疾病症状严重程度、治疗效果提供新的参考指标。同时，也带动团队将研究方法拓展至原发性痛经等其他疼痛相关疾病脑功能的研究中。