家族性与散发性精神分裂症脑功能网络的差异

具有阳性家族史的精神分裂症被称为家族性精神分裂症(familial-schizophrenia, PFS)，家族性精神分裂症被认为是更多由遗传因素引起的，而具有阴性家族史的精神分裂被称为散发性精神分裂症(sporadic -schizophrenia, PSS)，散发性精神分裂症被认为是更多由环境因素引起的。前人的研究表明，家族性精神分裂症和散发性精神分裂症临床症状存在一定差异[1, 2]；此外，结构磁共振研究表明，与健康对照组和散发性精神分裂症患者相比，家族性精神分裂症患者具有更低的丘脑灰质密度[3]。但是，两种精神分裂症脑功能网络是否存在差异呢？本文主要根据参考文献[4]整理而成，文献[4]采用静息态磁共振技术，主要对家族性精神分裂症和散发性精神分裂症患者的脑功能网络及其拓扑结构进行了研究，以揭示两者之间的脑功能差异。笔者在这里对这篇文章的分析方法和结果进行剖析，希望各位朋友从中有所启发，对大家的研究有所帮助。

研究方法

  1. 医院搜集26个PSS患者，26个PFS患者以及26个对照组，采集静息态fMRI。

  2. 被试的fMRI数据采用SPM8软件进行标准的预处理流程，预处理后的数据采用GRETNA软件构建AAL 90个ROI脑区之间的功能连接矩阵。具体来说，就是计算90个AAL脑区BOLD信号两两之间皮尔森相关系数，对于每个被试得到一个90*90的皮尔森相关系数矩阵。

  3. 对于得到的功能连接矩阵，研究者采用图论的分析方法，计算每个功能连接矩阵的如下拓扑参数：聚类系数（clustering-coefcient）Cp,特征路径长度（characteristic-path length）Lp,归一化的聚类系数γ，归一化的特征路径长度λ，小世界系数（small-worldness）δ，网络的全局效率（global effciency）Eglob,以及局部效率（local effciency）Eloc等参数。

  4. 最后研究者采用network-based statistics (NBS)的分析方法，研究不同被试组之间存在显著差异的子网络。

研究结果

  1. 与健康被试组HC相比，家族性精神分裂症(PFS)患者表现出显著降低的归一化聚类系数γ，小世界系数δ和局部效率Eloc；而与PSS患者相比，PFS同样表现出显著降低的Eloc，具体结果如图1所示。

    图1

  2. 与HC相比，PFS在如下脑区表现出显著增加的节点中心度（nodal centralities）：right mid-cingulatecortex (MCC), middle occipital gyrus (MOG)；而在以下脑区表现出显著降低的节点中心度：bilateral middle frontal gyrus (MFG), left insula (Ins), calcarinegyrus(Cal), caudate (Cau), putamen (Put) 和 Heschl’sgyrus (HG), and right thalamus (T)，具体如图2所示。

    图2

  3. 与健康被试HC相比，PSS在如下脑区表现出显著增加的节点中心度（nodal centralities）：bilateral supplementary motor area(SMA), medial part of the superiorfrontal gyrus (SFGm), left parahippocampal gyrus (PH), right cuneus (Cun) 以及 MOG；而在以下脑区表现出显著降低的节点中心度：left olfactory cortex(Olf), Ins, Cal, right MFG, paracentral lobule (PCL) 和Put，具体如图3所示。

    图3

  4. 与PSS相比，PFS患者在如下脑区表现出显著增加的节点中心度：right superior parietal gyrus (SPL), supramarginal gyrus (SMG) 和 PCL；而在以下脑区表现出显著降低的节点中心度：left Cau,left HG, rightorbital part of inferior frontal gyrus (IFG_Orb), SMA 以及 Th.具体如图4所示。

    图4

  5. 研究者采用NBS方法，与HC相比，PFS患者表现出如图5A所示的功能连接强度显著降低的子网络；而PSS患者表现出如图5B所示的功能连接强度显著降低的子网络。

    图5

  6. 最后，研究者对计算的脑功能网络指标与临床数据评分PANSS进行相关分析，结果如图6所示。结果表明，对于PFS患者来说，归一化聚类系数γ和小世界系数δ与PANSS 阴性评分呈现显著负相关；对于PSS患者来说，PCL.R脑区的节点效率与PANSS阴性评分呈显著负相关，而Cal.L脑区的节点中心度与PANSS阳性评分呈现显著相关。

    图6

总结

本篇研究论文结合静息态fMRI功能连接和图论的分析方法来揭示两类精神分裂患者（PSS和PFS）脑功能网络的差异，结果显示，与PSS患者相比，PFS表现出显著降低的局部效率Eloc，并且在如下脑区表现出显著增加的节点中心度：right superiorparietal gyrus (SPL), supramarginal gyrus (SMG) 和 PCL，而在以下脑区表现出显著降低的节点中心度：left Cau,left HG, right orbital part of inferior frontal gyrus(IFG_Orb), SMA 以及 Th。结合前人的研究，这些结果表明，PFS和PSS之间除了有临床表现和脑结构的差异，而且在功能网络上也存在显著差异，这可能主要是由于两种精神分裂症是由不同的因素造成的。

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