创伤后应激障碍脑网络连接模式的多模态磁共振成像研究

Evidence from studies suggests that post-traumatic stress disorder (PTSD), as a mental disorder, is believed to manifest from dysfunction in the functional network. Complex integrations in functional systems accompanied with the dysregulation of regional neurocircuit (medial prefrontal cortex-hippocampus-amygdala) are thought to be one of the theoretical models of PTSD. But we currently know very little about the patterns of brain functional connectivity in PTSD, and the neuroimaging findings are quite different. In line with the current situation, the current project aims to: (1) investigate the specificity of the medial prefrontal cortex-hippocampus-amygdala dysregulation model to PTSD versus non-PTSD, model the relationship within the three nodes, and build the regional network of effective connectivity; (2) detect the abnormal spontaneous brain activity and the disruption of intrinsic network in PTSD during resting state; (3) explore the large-scale structural and functional brain networks based on the graph theory, and detect the characterization of the brain connectivity networks in PTSD using multi-modal neuroimaging techniques. This study may reveal the specific patterns of brain connectivity in the regions of functional evaluation and cognitive impairment in PTSD. Studying brain connectivity may extend our understanding of the pathophysiology of PTSD, and obtain the neuroimaging biomarkers in early diagnosis of the disorder.

研究表明创伤后应激障碍（PTSD）是一种脑功能网络异常的精神障碍。患者脑功能系统间复杂的交互作用伴随局部神经环路（内侧前额叶-海马-杏仁核）的功能失调，是PTSD的神经环路理论模型之一，但目前对PTSD脑网络连接模式的认识尚不充分，神经影像学研究结果存在较大差异。针对以上现状，本项目拟开展如下工作：(1)探明前额叶-海马-杏仁核环路的功能失调是否为PTSD特异性基础假说，对三个关键节点的连接关系及其因果效应进行分析，构建PTSD局部神经有向网络。(2)探寻静息态下PTSD自发脑活动模式以及脑内在固有网络相对非PTSD患者的异常模式。(3)基于图论的复杂网络方法构建结构和功能大尺度网络，提供PTSD多模态脑网络连接神经影像表征。本研究可探明PTSD认知损伤及功能评价相关脑区的特定网络连接模式，从网络层面尝试为PTSD的病理生理机制及早期识别提供影像学靶标。

研究表明脑网络是PTSD脑功能损害的病理生理学基础。功能磁共振成像（fMRI）技术为PTSD脑网络的研究提供了手段。课题针对PTSD神经环路受损假说，采用了包括功能连接、局部一致性、独立成分分析、Granger因果连接等fMRI分析技术，对PTSD脑网络的性质及改变特征进行观察分析。1）基于局部一致性分析的fMRI技术发现PTSD患者相比正常被试边缘系统和前额叶脑局部连接功能具有分离趋势，并且可以确定PTSD脑网络中功能改变的重要特异节点。2）采用静息态fMRI技术，发现PTSD患者存在特异的脑认知网络损害，如默认网络功能、背侧注意网络和自我参考网络功能发生损害,为PTSD脑认知功能损害的机理提供了影像学证据和解释。3) 基于Granger因果检验对PTSD杏仁核效应连接网络的研究发现杏仁核与全脑其它脑区间的效应连接存在广泛异常, 与患者的症状严重程度相关。4）发现PTSD可以导致全脑大尺度功能网络性质的改变，更全面地刻画了PTSD脑网络的改变特征。5) 开发并检验了部分fMRI数据分析新方法，为其在PTSD及其他临床应用方面提供技术保障。本研究可探明PTSD 认知损伤及功能评价相关脑区的特定网络连接模式，从网络层面尝试为PTSD 的病理生理机制及早期识别提供影像学靶标。通过国家自然科学基金的资助，项目组已基本完成了项目计划书的内容。研究结果主要以论文发表形式表现，包括SCI收录文章10篇（总IF=25.6，被引70次）。在此方向已培养博士后1名，博士及硕士研究生各3名。