论著|精神分裂症和重性抑郁障碍与快感缺失有关的近红外光谱成像研究

摘 要

目的基于功能性近红外光谱技术（functional near-infrared spectroscopy，fNIRS）言语流畅性任务（verbal fluency task，VFT）探索精神分裂症（schizophrenia，SCZ）患者和重性抑郁障碍（major depressive disorder，MDD）患者与快感缺失有关的脑区激活差异。

方法纳入45例首发MDD患者、31例首发SCZ患者和45名健康对照（healthy controls，HC）。采用17项汉密尔顿抑郁量表（17-item Hamilton depression scale，HAMD-17）、阳性与阴性症状量表（positive and negative syndrome scale，PANSS）和斯奈思-汉密尔顿快感量表（Snaith-Hamilton pleasure scale，SHAPS）评估受试者的临床症状。所有受试者使用“白”“北”“大”3个汉字组词以完成VFT，同时进行48通道fNIRS检测，应用Matlab Homer2软件提取任务下氧合血红蛋白（oxy-hemoglobin，Oxy-Hb）浓度变化的信息。

结果3组在执行fNIRS-VFT任务时，与HC组相比，SCZ组患者在双侧额中回、额上回、额下回，右侧颞上回及左侧中央后回Oxy-Hb浓度降低（包括25个通道，P<0.05）；与MDD组相比，SCZ组在双侧额上回、左侧额中回及右侧颞上回Oxy-Hb浓度降低（包括6个通道，P<0.05）。一般线性模型结果显示，MDD组SHAPS评分与右侧额上回（通道26、42）的Oxy-Hb浓度呈负关联（β=-5.46, P=0.02；β=-5.01, P=0.01）。

结论首发SCZ患者和首发MDD患者双侧额中回和左侧额上回、额下回、中央后回激活异常，右侧颞上回和额上回激活异常或是SCZ的神经生物学标志物，右侧额上回激活异常或与MDD快感缺失有关。

关键词 

精神分裂症；重性抑郁障碍；快感缺失；言语流畅性任务；功能性近红外光谱；额颞叶；氧合血红蛋白

精神分裂症（schizophrenia, SCZ）和重性抑郁障碍（major depressive disorder, MDD）是常见的精神疾病，两者临床症状部分重叠，如快感缺失症状^[1]，既是MDD的核心症状，也是SCZ阴性症状之一^[2-4]。快感缺失与大脑奖赏回路结构和功能异常密切相关，前额叶是奖赏回路的重要脑区，参与决策和执行功能^[5-6]，同时，前额叶皮质激活减少也与言语流畅性受损相关^[7]。言语流畅性任务（verbal fluency task，VFT）能有效激活额颞叶皮质，SCZ患者和MDD患者在功能性近红外光谱成像技术（functional near-infrared spectroscopy，fNIRS）-VFT期间均有额颞叶激活水平下降^[8-9]，并出现认知功能损害。既往研究显示，MDD患者前额叶血流动力学变化介导其快感缺失与注意力损害^[10]。目前尚不明确快感缺失在SCZ和MDD是否有相似的神经病理学机制。因此，本研究基于fNIRS-VFT评估SCZ和MDD与快感缺失有关的脑激活差异，探索疾病相关潜在生物标志物。

1 对象与方法

1.1 研究对象 SCZ组和MDD组来自2021年12月至2023年12月在浙江大学医学院附属精神卫生中心（杭州市第七人民医院）住院或门诊治疗的SCZ患者和MDD患者。入组标准：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）SCZ或MDD诊断标准；②年龄18~55岁；③汉族；④首次发病且未服药；⑤小学及以上受教育程度。排除标准：①符合DSM-5其他诊断标准者；②患有严重躯体疾病。

健康对照（healthy controls，HC）组为同期在本地社区招募的健康志愿者。入组标准：①年龄18~55岁；②汉族；③小学及以上受教育程度；④无精神疾病及精神疾病家族史。排除标准：①患有严重躯体疾病；②既往有颅脑损伤且伴昏迷史。

本研究共纳入121例受试者，其中45例首发MDD患者、31例首发SCZ患者和45名HC受试者。本研究通过杭州市第七人民医院伦理审查委员会批准[批件号：（2021年）伦审第（061）号]。受试者均签署知情同意书。

1.2 研究方法

1.2.1 临床资料收集 由2名经过一致性培训的精神科医师，采用阳性与阴性症状量表（positive and negative syndrome scale, PANSS）、17项汉密尔顿抑郁量表（17-item Hamilton depression scale, HAMD-17）分别评估SCZ和MDD患者的精神病性症状和抑郁症状。所有受试者采用斯奈思-汉密尔顿快感量表（Snaith-Hamilton pleasure scale, SHAPS）自我报告快感缺失症状。

1.2.2 言语流畅性任务（VFT） 在独立且环境安静的房间内，受试者背对近红外装置屏幕，以自然舒服的姿势坐在座椅上，双手自然放于膝盖或座椅扶手，头部保持不动，目视前方。实验包括30 s任务前休息期，60 s任务期，55s任务后休息期。受试者在任务期分别用“白”“北”“大”3个汉字尽可能多地组词，每个字有20 s的组词时间；在休息期重复数“12345”，直至检查结束。测试者记录受试者使用3个汉字组词的正确数量。

1.2.3 fNIRS检测及数据处理 VFT同时，对受试者进行fNIRS检测。采用丹阳慧创医疗设备有限公司研发的fNIRS系统，光极帽包含15个光源发射器和16个探测器，光源发射730 nm、808 nm和850 nm3个波长的近红外光。光源和探测器之间的距离为3 cm，检测距离头皮2~3 cm处Oxy-Hb的浓度动态变化，相邻的光源和探测器之间构成一个通道，共48个通道。使用Matlab Homer2软件处理fNIRS数据，提取任务下48个通道的Oxy-Hb浓度变化信息。

1.3 统计学方法 数据采用R 4.2.2进行统计分析。患者临床信息及Oxy-Hb浓度变化符合或近似正态分布，采用独立样本t检验比较SCZ组和MDD组PANSS评分及HAMD评分。采用单因素方差分析比较3组受试者的临床信息及与VFT任务有关的脑区Oxy-Hb浓度变化，多重比较采用Bonferroni法校正。对Oxy-Hb浓度值进行Z score标准化，采用一般线性模型分别分析3组受试者在VFT任务下脑区Oxy-Hb浓度变化与SHAPS评分的关系，其中SHAPS评分作为因变量，Z score标准化后的Oxy-Hb浓度值作为自变量，结果采用错误发现率法（false discovery rate，FDR）校正。检验水准α=0.05，双侧检验。

2 结果

2.1 临床资料及VFT词语正确数 3组受试者年龄、性别差异无统计学意义（P>0.05）。3组受试者SHAPS（F=54.12，P<0.01）评分差异具有统计学意义，MDD组SHAPS评分高于SCZ组和HC组（P<0.01），SCZ组和HC组之间差异无统计学意义（P>0.05）。SCZ组和MDD组HAMD（t=8.46，P<0.01）、PANSS（t=-3.69，P<0.01）评分差异具有统计学意义，MDD组HAMD评分高于SCZ组、PANSS评分低于SCZ组（P<0.01）。见表1。

表1   一般资料的组间比较Tab.1   Comparison among three groups of general data

注：SCZ，精神分裂症；MDD，重性抑郁障碍；HC，健康对照；SHAPS，斯奈思-汉密尔顿快感量表；HAMD，汉密尔顿抑郁量表；PANSS，阳性与阴性症状量表。1）与MDD组比较，经单因素方差分析，两两比较Bonferroni检验，P<0.05；2）与MDD组比较，经独立样本t检验，P<0.05。

3组受试者在VFT测试中“白”（F=9.44，P<0.01）和“大”（F=5.15，P=0.01）词语正确数差异具有统计学意义。两两比较，MDD组“白”正确数高于SCZ组和HC组（P<0.01），SCZ组和HC组之间差异无统计学意义（P>0.05）；MDD组“大”正确数高于HC组（P<0.05），和SCZ组之间差异无统计学意义（P>0.05），SCZ组和HC组之间差异无统计学意义（P>0.05）。3组“北”词语正确数的差异无统计学意义（P>0.05）。见表2。

表2   言语流畅性任务中组词正确数Tab.2   Correct word count in word formation across three groups in verbal fluency task

注：SCZ，精神分裂症；MDD，重性抑郁障碍；HC，健康对照。1）与MDD组比较，经单因素方差分析，两两比较Bonferroni检验，P<0.05。

2.2 脑区激活水平比较 3组在执行VFT任务时，有8个脑区（25个通道）的Oxy-Hb浓度差异具有统计学意义（P<0.05），3组有统计学差异的8个脑区包括双侧额上回、额中回和额下回，右侧颞上回和左侧中央后回。与HC组相比，SCZ组在双侧额上回、额中回、额下回，右侧颞上回和左侧中央后回Oxy-Hb浓度降低，差异具有统计学意义（P<0.05）；与MDD组相比，SCZ组在双侧额上回、左侧额中回和右侧颞上回Oxy-Hb浓度降低，差异具有统计学意义（P<0.05）；MDD组与HC组相比，在双侧额中回，左侧额上回、额下回和中央后回Oxy-Hb浓度降低，差异具有统计学意义（P<0.05）。见图1和表3。

图1   3组受试者脑区激活图 　组间差异脑区的8个代表性通道，Chanel 2表示右侧颞上回，Chanel 9表示左侧额上回，Chanel 12表示左侧额下回，Chanel 23表示右侧额中回，Chanel 26表示右侧额上回，Chanel 29表示左侧额中回，Chanel 31表示右侧额下回，Chanel 33表示左侧中央后回。Chanel 2、Chanel 9：SCZ组与MDD组、HC组比较有统计学差异；Chanel 12、Chanel 26、Chanel 29、Chanel 33：SCZ组、MDD组与HC组比较有统计学差异；Chanel 23、Chanel 31：仅SCZ组与HC组有统计学差异。纵坐标为平均Oxy-Hb浓度变化，横坐标为任务的时间过程；MDD组为红色，SCZ组为蓝色，HC组为绿色。Fig.1   Brain region activation map of the three groups

表3   各通道Oxy-Hb值的比较Tab.3   Comparison of Oxy-Hb values for each channel in the three groups

注：SCZ，精神分裂症；MDD，重性抑郁障碍；HC，健康对照。表中仅呈现存在显著差异的通道。通道1、2为右侧颞上回；通道6、21、22、23为右侧额中回；通道7、8、26、40、42为右侧额上回；通道9、11、25、27、28、43为左侧额上回；通道10、29、30、32为左侧额中回；通道12为左侧额下回；通道31为右侧额下回；通道33、36为左侧中央后回。1）与HC组比较，经单因素方差分析，两两比较FDR检验，P<0.05；2）与MDD组相比，经单因素方差分析，两两比较FDR检验，P<0.05。

2.3 SHAPS评分与Oxy-Hb浓度变化的相关性 一般线性模型结果显示，在SCZ组，SHAPS评分与Oxy-Hb浓度无统计学关联（P>0.05）。在MDD组，SHAPS评分与右侧额上回（通道26、42）的Oxy-Hb浓度呈负关联（β=-5.46, P=0.02；β=-5.01, P=0.01）。在HC组，SHAPS评分与左侧额中回（通道32）的Oxy-Hb浓度呈负关联（β=-8.42, P=0.04）。

3 讨论

fNRIS是一种便携、无创的神经影像学工具，利用fNIRS能够观察到额颞叶血流动力学变化，即脑激活情况^[11-12]。本研究发现，SCZ和MDD患者与HC受试者相比，在双侧额中回和左侧额上回、额下回、中央后回均存在激活降低，提示精神疾病患者额颞叶激活异常。与既往研究结果^[13-14]一致，SCZ和MDD患者在前额叶和颞叶激活程度降低。张福旭等^[15]发现，MDD患者执行VFT时前额叶皮质及双侧颞区血流动力学反应降低。额叶主要参与记忆力、决策能力和执行能力，颞叶主要参与听觉信息、感觉与情绪处理^[16-17]；额颞叶功能异常与认知功能障碍有关^[18-19]。本研究结果显示SCZ和MDD患者的额颞叶区域血流动力学活动减少，表明两者与额颞叶功能异常相关，从而影响认知功能。

SCZ和MDD患者均表现出额颞叶激活降低，但两者的低激活模式存在差异。既往基于奖赏任务功能磁共振研究表明^[20]，SCZ和MDD患者在扣带回、额内侧回和额中回的激活有所不同，MDD患者在奖赏幅度增加时右侧颞上回的激活增强，而SCZ患者表现为右侧尾状核与左侧杏仁核、海马和壳核之间的功能连接增强。本研究发现，SCZ患者在右侧额上回和颞上回的Oxy-Hb浓度显著低于MDD患者和HC，提示右侧额上回和颞上回激活异常或是SCZ的神经生物学标志物。此外，与既往的研究结果一致，SCZ患者右侧前额叶的激活不足，且与注意缺陷有关^[19]。既往基于fNIRS-VFT研究也表明SCZ患者前额叶的血流动力学变化显著低于MDD患者，提示SCZ患者的执行功能受损更为严重^[8]。本研究结合既往研究结果提示，与MDD患者相比，SCZ患者在额颞叶有特异性激活模式，并与认知功能损害有关。

本研究一般线性模型结果显示，右侧额上回的血流动力学变化与MDD患者快感缺失严重程度显著相关，提示右侧额上回的激活异常或与快感缺失有关。该结果与既往研究结果^[10]一致。既往基于fNIRS-VFT的研究发现伴有快感缺失特征MDD患者额颞叶的激活程度更低，且快感缺失越严重，注意力越差，提示快感缺失可能通过影响前额叶活动而影响认知功能^[10]。相比之下，本研究未发现SCZ患者快感缺失的严重程度与额颞叶激活程度之间有显著相关性。然而，既往研究表明SCZ患者的快感缺失症状与额叶、颞上回、前扣带回和腹侧纹状体的激活异常相关^[21-23]。ZENG等^[24]在期待性奖赏阶段发现，SCZ患者右侧颞上回的激活降低。结果不一致可能与本研究中SCZ样本量较小有关。

快感缺失是一种跨诊断的临床症状，与大脑奖赏和厌恶环路的加工受损有关。SCZ和MDD的快感缺失症状可能具有不同的病理机制。既往研究发现，SCZ患者前额叶激活不足与动机性快感缺失有关，可能与SCZ患者享乐能力内在缺陷有关^[25]。MDD患者的获得奖赏能力受损与奖赏反应降低有关^[26-27]，而SCZ患者的动机缺陷可能与形成奖赏预期价值的适应性表征能力受损有关^[6]。目前关于SCZ和MDD快感缺失的fNRIS研究较少，本研究结果提示SCZ和MDD两者的快感缺失症状可能涉及不同的脑激活模式，该结果对未来探索相关的病理机制具有重要意义。

本研究也存在一些不足：首先，本研究为横断面研究，未来研究可以增加随访，观察不同时期患者脑激活的变化情况，并探讨不同治疗方案对脑激活的影响；其次，本研究样本量较小，未考虑临床症状和治疗对指标的影响，未来可以扩大样本量，进一步验证本研究的结果。

综上，首发SCZ患者和首发MDD患者双侧额中回和左侧额上回、额下回、中央后回功能异常。右侧额上回和颞上回功能异常或是SCZ的神经生物学标志物，而右侧额上回激活异常或与MDD快感缺失有关。

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DOI：10.3969/j.issn.1002-0152.2024.09.003