對近年來(lái)，多模態(tài)神經(jīng)影像技術(shù)的發(fā)展使得研究者們可以無(wú)損地研究活體人腦的結構和功能特征。特別是采用磁共振成像技術(shù)(結構磁共振成像、彌散磁共振成像和功能磁共振成像)，結合多種腦成像計算方法，可以獲取腦局部、腦連接及大尺度腦網(wǎng)絡(luò )結構和功能信息。這些方法被越來(lái)越多地應用于研究人腦結構和功能在發(fā)育和老化中的變化，特別是應用于探索各種重大神經(jīng)精神疾病的腦結構和功能異常；為理解重大神經(jīng)精神疾病的病理生理機制提供了新視角，同時(shí)，腦結構和功能的異常模式也可能能夠作為敏感特征用于腦疾病診療的影像標記物研究。我們將簡(jiǎn)要介紹多模態(tài)腦磁共振成像的計算方法，并綜述近年來(lái)此方法在抑郁癥中的應用，同時(shí)對其將來(lái)的發(fā)展方向進(jìn)行展望。
一、多模態(tài)腦磁共振成像計算方法
1．結構磁共振成像計算方法：
結構磁共振成像利用人體不同組織器官中氫質(zhì)子的弛豫特性不同來(lái)進(jìn)行成像。腦組織中，灰質(zhì)的T1弛豫時(shí)間明顯長(cháng)于白質(zhì)，而由于自由水含量較高，腦脊液的T1和T2弛豫時(shí)間都很長(cháng)。因此，不同的腦組織結構在結構磁共振成像上表現出不同的灰度特征。針對結構磁共振成像，最常用的計算方法是采用T1加權圖像進(jìn)行基于體素的形態(tài)學(xué)分析(voxel-basedmorphometry,VBM)。VBM方法首先利用圖像的灰度信息，借助先驗的解剖知識進(jìn)行組織分割，將腦影像分割為灰質(zhì)、白質(zhì)和腦脊液等組織；然后進(jìn)行空間標準化，將處于個(gè)體空間的腦組織配準到標準模板上，以消除個(gè)體腦組織的形態(tài)差異；最后使用適當半高全寬的高斯平滑核對腦組織圖像進(jìn)行空間平滑，以降低噪聲干擾并提高數據的正態(tài)性。由此可以獲得各個(gè)腦組織在每個(gè)體素上的密度信息，再經(jīng)過(guò)調制(modulation)對空間標準化進(jìn)行補償，即可在每個(gè)體素獲得腦組織的體積信息。此外，基于腦結構磁共振成像還可以進(jìn)行皮質(zhì)厚度分析，該分析方法首先對結構影像進(jìn)行分割，得到灰質(zhì)與腦脊液分界線(xiàn)及灰白質(zhì)交界線(xiàn)，然后基于分割信息重構出大腦皮質(zhì)表面和灰白質(zhì)交界面2個(gè)曲面，2個(gè)曲面對應頂點(diǎn)間的距離即為皮質(zhì)厚度。利用曲面信息還可以進(jìn)行其他形態(tài)學(xué)指標的計算，例如局部面積、曲率等。
2．彌散磁共振成像計算方法：
彌散磁共振成像是利用水分子布朗運動(dòng)特性進(jìn)行成像的方法。在沒(méi)有空間約束的情況下，水分子的彌散是各向同性的，而當水分子被限制在具有一定形狀的空間內時(shí)(如白質(zhì)纖維)，其彌散會(huì )受到約束，表現出空間的各向異性。各向異性彌散最簡(jiǎn)捷的表達方式即采用彌散張量D來(lái)描述各坐標軸方向(x,y,z)上的分子運動(dòng)。通過(guò)對彌散張量的對角線(xiàn)化可得到與主彌散方向和相關(guān)彌散方向對應的本征彌散系數λ1，λ2，λ3?；趶浬⑾禂悼梢栽诿總€(gè)體素上計算一些能夠反映白質(zhì)微觀(guān)組織的指標，如各向異性系數(fractionalanisotropy,FA)、平均彌散度(meandiffusivity,MD)、軸向彌散度(axialdiffusivity,AD)以及徑向彌散度(radialdiffusivity,RD)。這些指標中，FA越高通常表示該部位的白質(zhì)纖維等走向越一致，而較高的MD則常與脫髓鞘化等白質(zhì)損傷聯(lián)系在一起。指標可以通過(guò)空間標準化在體素水平進(jìn)行組水平的統計分析，也可以采用基于纖維束示蹤的空間統計(tract-basedspatialstatistics)方法在白質(zhì)纖維的骨架上進(jìn)行統計。這些彌散指標能夠間接反映白質(zhì)的微觀(guān)組織特性，但其生理意義并不十分明確。另一類(lèi)常用的計算方法是纖維追蹤(tractography)技術(shù)，利用該技術(shù)可以重建出感興趣區之間的白質(zhì)纖維連接通路，進(jìn)而獲取白質(zhì)連接的結構、形態(tài)、強度等信息。纖維追蹤技術(shù)目前主要有2種方法：第一種是確定性追蹤，主要采用的技術(shù)為連續示蹤纖維分配技術(shù)(fiberassignmentbycontinuoustracking,FACT)。該方法首先通過(guò)對彌散張量D解算，在每個(gè)體素上獲得一個(gè)最大的本征向量，從而確定該像素主方向。追蹤時(shí)，沿空間上某一體素的主方向出發(fā)，追蹤一段距離后，再以軌跡上新的一點(diǎn)為起點(diǎn)，重復進(jìn)行追蹤，直到滿(mǎn)足終止條件時(shí)停止追蹤。第二種是概率性追蹤方法，該方法多采用概率密度函數來(lái)計算每個(gè)體素中可能的多條纖維走向，再使用張量模型估算每個(gè)體素最大可能纖維束走形的方向。通過(guò)計算概率密度函數，評價(jià)體素的連接進(jìn)行追蹤。概率追蹤可定量計算腦內每個(gè)體素與給定種子體素的連接程度，生成腦區間纖維連接的概率分布圖，能在一定程度上解決纖維交叉問(wèn)題，但計算需求較大。
3．功能磁共振成像計算方法：
基于血氧水平依賴(lài)的功能磁共振成像技術(shù)是目前應用最廣泛的一種無(wú)損的腦功能成像技術(shù)，該技術(shù)利用了血液動(dòng)力學(xué)中血氧水平依賴(lài)性對比度增強原理來(lái)進(jìn)行成像，其優(yōu)點(diǎn)是無(wú)創(chuàng )且具有較均衡的時(shí)空分辨率，缺點(diǎn)是不能直接反映腦局部的電活動(dòng)且時(shí)間分辨率相比腦電較低。傳統的功能磁共振成像研究主要將其用于特定任務(wù)下大腦活動(dòng)的研究，觀(guān)察局部腦區的激活情況。最近，研究者們發(fā)現靜息態(tài)功能磁共振成像能夠反映大腦的自發(fā)活動(dòng)以及腦區之間固有的連接模式，對了解大腦工作機制及神經(jīng)精神疾病的病理機制有重要的研究?jì)r(jià)值?；陟o息態(tài)功能磁共振成像數據的計算方法可以歸結為兩大類(lèi)：一類(lèi)用于檢測腦區的局部活動(dòng)，如低頻振幅可以刻畫(huà)大腦局部自發(fā)神經(jīng)活動(dòng)時(shí)間序列在特定頻率段內其波動(dòng)的能量。局部一致性(regionalhomogeneity,ReHo)通過(guò)計算每一個(gè)體素與其周?chē)w素的時(shí)間序列的Kendall和諧系數(Kendallcoefficientofconcordance)來(lái)刻畫(huà)該體素局部范圍內相鄰體素在時(shí)間序列上的相似性。另一類(lèi)計算方法用于觀(guān)察腦區之間活動(dòng)信號的同步性，應用最廣泛的是基于種子點(diǎn)的功能連接(seed-basedfunctionalconnectivity)分析，即通過(guò)先驗知識，選取某一種子區域，提取其時(shí)間序列，然后計算該種子區域與全腦其他體素或其他感興趣區時(shí)間序列的相關(guān)性，并通過(guò)統計分析確定腦區與種子點(diǎn)的功能連接關(guān)系。該方法中種子點(diǎn)的選取非常重要，選擇方法不同可能會(huì )使結果具有較大的差異。
4．大尺度腦網(wǎng)絡(luò )計算方法：
以上的計算方法從腦局部和腦連接的層面刻畫(huà)大腦的結構和功能特征，然而，人腦是由多個(gè)神經(jīng)單元(神經(jīng)元、集群或腦區)相互作用構成的復雜網(wǎng)絡(luò )，而非數量巨大的離散解剖單元，這需要研究者從系統的層面對人腦結構和功能連接網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行構建、描述和驗證，即人腦連接組學(xué)(humanconnectomics)研究，人腦連接組學(xué)研究正在為深入探索人腦內部的工作機制及神經(jīng)精神疾病的病理生理機制提供全新視角。
在大尺度腦網(wǎng)絡(luò )計算方法中，首先需要定義腦網(wǎng)絡(luò )中的2個(gè)最基本的元素，即節點(diǎn)和邊。節點(diǎn)通常采用先驗的腦區圖譜來(lái)定義，隨著(zhù)計算水平的提升，一些研究也直接采用圖像體素作為網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)來(lái)構建網(wǎng)絡(luò )，以避免先驗解剖信息帶來(lái)的誤差。腦網(wǎng)絡(luò )中邊的定義也有多種，如在人腦結構網(wǎng)絡(luò )中，利用結構磁共振成像數據可以計算的腦區間灰質(zhì)形態(tài)學(xué)相關(guān)，利用彌散張量成像數據可以通過(guò)纖維追蹤，獲得腦區間的白質(zhì)纖維連接信息，并利用纖維的一些屬性，如纖維數目、各向異性、表觀(guān)彌散系數、纖維長(cháng)度等對其進(jìn)行加權。在功能網(wǎng)絡(luò )中，邊可以通過(guò)計算腦區間時(shí)間序列的皮爾森相關(guān)等方式獲得。定義了腦網(wǎng)絡(luò )中的節點(diǎn)和邊之后可采用圖論的分析方法對腦網(wǎng)絡(luò )的拓撲屬性進(jìn)行分析。
腦網(wǎng)絡(luò )的拓撲特征可以在3個(gè)層面來(lái)研究：首先，全局層面，集群系數和最短路徑長(cháng)度是網(wǎng)絡(luò )的兩個(gè)基本屬性，它們分別反映了網(wǎng)絡(luò )局部信息傳遞效率和全局信息整合能力，類(lèi)似的度量包括局部效率和全局效率。通過(guò)將腦網(wǎng)絡(luò )的這兩個(gè)度量與隨機網(wǎng)絡(luò )相比較，可以反映腦網(wǎng)絡(luò )對信息分離和整合的處理能力，即小世界特性。其次，子網(wǎng)絡(luò )層面，模塊化反映了網(wǎng)絡(luò )模塊結構程度，一個(gè)模塊是指網(wǎng)絡(luò )中內部連接密集但對外連接稀疏的節點(diǎn)集團，例如人腦的功能網(wǎng)絡(luò )具有模塊化組織結構，包括默認網(wǎng)絡(luò )、額頂網(wǎng)絡(luò )、注意網(wǎng)絡(luò )、感覺(jué)運動(dòng)網(wǎng)絡(luò )、視覺(jué)網(wǎng)絡(luò )、邊緣系統等模塊。最后，局部層面，局部層面的拓撲特征主要通過(guò)節點(diǎn)屬性來(lái)度量，圖論分析中具有大量的節點(diǎn)屬性度量方法，能夠反映節點(diǎn)的不同拓撲特征，例如節點(diǎn)的度定義為與節點(diǎn)直接相連的邊數，表示該節點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò )中連接的重要性；節點(diǎn)效率為網(wǎng)絡(luò )中一個(gè)節點(diǎn)與其他節點(diǎn)的最短路徑長(cháng)度的倒數和，它表示這個(gè)節點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò )中其他節點(diǎn)間的信息傳輸能力。節點(diǎn)中心度表示網(wǎng)絡(luò )中除該節點(diǎn)外任意兩節點(diǎn)間的最短路徑通過(guò)該節點(diǎn)的比例，表示這個(gè)節點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò )信息傳遞的重要性。具有較高節點(diǎn)度量的腦區在網(wǎng)絡(luò )中亦稱(chēng)為大腦的核心區域，主要位于內側額頂、外側頂葉、島葉等區域。研究者也發(fā)現大腦的核心區域相互之間具有更為稠密的連接，形成名為"富人俱樂(lè )部"(rich-club)的腦網(wǎng)絡(luò )核心結構，對腦網(wǎng)絡(luò )的全局通訊起到重要的支持作用。
二、抑郁癥的腦影像研究進(jìn)展
抑郁癥是最常見(jiàn)的精神障礙之一，以顯著(zhù)而
持久的情緒低落、興趣減退、思維遲緩、活動(dòng)減少為主要臨床特征。抑郁癥是世界各地的首要致殘原因，其自殺死亡率為15%~25%，為家庭和社會(huì )帶來(lái)巨大的負擔。近年來(lái)，國內外研究者采用多模態(tài)腦磁共振成像計算方法從各個(gè)角度對抑郁癥的腦結構和功能開(kāi)展了大量的研究，這些研究成果對理解抑郁癥的病理生理機制，探索抑郁癥早期診斷和療效評估的影像學(xué)標記物具有重要的意義。我們將從不同模態(tài)磁共振成像數據的角度綜述近幾年的研究成果。
1．結構磁共振成像：
結構磁共振成像能夠提供人腦的結構和解剖學(xué)信息，被廣泛用于抑郁癥灰質(zhì)形態(tài)異常的研究。Bora等對23篇重度抑郁癥的VBM研究進(jìn)行的Meta分析顯示，抑郁癥患者前扣帶皮質(zhì)喙部、背外側和背內側前額葉的灰質(zhì)顯著(zhù)減少，且后者在多次發(fā)作的抑郁癥患者中更為顯著(zhù)。在進(jìn)一步納入并發(fā)
焦慮癥或首次發(fā)病未用藥的患者的分析中發(fā)現海馬和杏仁核顯著(zhù)萎縮。Goodkind等對193篇包括抑郁癥、雙向障礙等在內的多種精神疾病的VBM研究進(jìn)行的Meta分析顯示，上述精神疾病的灰質(zhì)萎縮集中在背側前扣帶回和雙側的島葉，表明這些軸Ⅰ的精神疾病具有共同的損傷模式。而其中抑郁癥相較于其他疾病，在海馬的前部和杏仁核具有更大的灰質(zhì)萎縮。
Kong等發(fā)現未經(jīng)治療的抑郁癥患者右側背外側前額葉皮質(zhì)和左側額中回有顯著(zhù)的灰質(zhì)體積下降，而左側丘腦和右側島葉體積顯著(zhù)上升，經(jīng)過(guò)8周治療，左側額中回和右側眶額皮質(zhì)灰質(zhì)體積顯著(zhù)高于健康對照。Bouckaert等發(fā)現老年抑郁癥患者經(jīng)過(guò)電休克治療后，右腦半球的尾狀核、海馬、杏仁核、島葉以及顳上回后部的灰質(zhì)體積顯著(zhù)增加，尾狀核的灰質(zhì)變化與核心評估總分變化顯著(zhù)相關(guān)。
綜上，在抑郁癥患者的灰質(zhì)結構研究中，較為一致地發(fā)現前額葉、前扣帶、海馬、杏仁核等腦區的灰質(zhì)體積減少，老年抑郁癥患者海馬體積減少更顯著(zhù)，這與抑郁癥患者的執行功能和情緒控制等臨床表現相關(guān)聯(lián)，而
藥物和電休克治療能夠增加局部的灰質(zhì)體積，并且臨床表現的變化與腦區的灰質(zhì)變化相關(guān)。
2．彌散磁共振成像：
彌散磁共振成像技術(shù)是目前唯一可以在活體人腦上研究白質(zhì)微觀(guān)結構整合信息的技術(shù)，借助此技術(shù)，研究者們發(fā)現了抑郁癥腦白質(zhì)的結構異常，如在鉤束、丘腦前輻射、上側前腦內側神經(jīng)束等與獎勵環(huán)路相關(guān)的白質(zhì)纖維束的FA值顯著(zhù)降低。
在治療方面，Vasavada等采用TBSS方法研究氯胺酮治療對抑郁癥患者腦白質(zhì)結構的影響，結果發(fā)現對藥物起效的患者在扣帶束和胼胝體輻射線(xiàn)額部FA值比未起效患者高，在扣帶束RD值低。起效患者相比健康對照在胼胝體輻射線(xiàn)額部具有較低的FA值和較高的MD值，在扣帶束和胼胝體輻射線(xiàn)額部具有較高的RD值。Lyden等發(fā)現電休克治療后，抑郁癥患者在背側額葉到邊緣系統的環(huán)路，包括前扣帶，胼胝體輻射線(xiàn)額部和左側上縱束FA值升高，RD值和MD值下降，表明治療對該環(huán)路白質(zhì)纖維完整性的提升作用。
綜上，與結構磁共振成像的研究不同，在抑郁癥大腦白質(zhì)結構的研究中較為一致的發(fā)現是患者大腦額葉、頂葉、丘腦等區域的白質(zhì)纖維微結構的改變，這些白質(zhì)纖維涉及到額葉到邊緣系統的纖維束，獎勵環(huán)路等與執行和情緒相關(guān)的神經(jīng)環(huán)路。藥物和電休克治療能夠改善扣帶和胼胝體輻射性的白質(zhì)微結構組織。
3．靜息態(tài)功能磁共振成像：
靜息態(tài)磁共振成像技術(shù)及其計算方法近來(lái)被廣泛地用來(lái)研究人腦的局部自發(fā)活動(dòng)及腦區間的固有連接模式，該方法也被充分利用到抑郁癥的研究中。在腦局部活動(dòng)層面，抑郁癥患者在后扣帶回、前額葉、眶額皮質(zhì)、梭狀回和皮質(zhì)下核團等區域具有異常的低頻振幅值。Liu等研究顯示，經(jīng)過(guò)8次電休克治療，抑郁癥患者左側前扣帶皮質(zhì)膝下部的低頻振幅顯著(zhù)升高，并且低頻振幅在左側前扣帶皮質(zhì)膝下部和左側海馬的變化與抑郁癥的臨床評分變化具有相關(guān)性。Guo等研究顯示，難治性抑郁癥患者和非難治性抑郁癥患者與健康被試者在全腦存在廣泛的低頻振幅差異，包括在視覺(jué)識別環(huán)路，恐懼環(huán)路和默認網(wǎng)絡(luò )等，兩組患者的差異則主要位于視覺(jué)識別環(huán)路和默認網(wǎng)絡(luò )。
抑郁癥患者腦活動(dòng)的ReHo在一些腦區也表現出異常。最近對國內采用ReHo研究抑郁癥患者的10項研究的Meta分析顯示，內側前額葉皮質(zhì)ReHo的上升在多次發(fā)作未治療抑郁癥患者中是一個(gè)最為穩定的特征。其他在抑郁癥中異常區域包括左側額上回和梭狀回的ReHo升高，以及在左側小腦、中央后回、顳上回、右側楔葉和頂下回局部一致性下降。他們還發(fā)現左側輔助運動(dòng)區的ReHo在女性患者中顯著(zhù)下降，被試者年齡較大左側海馬旁回的ReHo顯著(zhù)上升，左側梭狀回ReHo顯著(zhù)下降。此外，右側島葉和左側額下回與病程相關(guān)，左側枕中回、距狀裂、頂下回、殼核和右側額中回、中央前回與癥狀嚴重程度相關(guān)。一項縱向研究顯示，經(jīng)過(guò)8周藥物治療后，患者左側背內側前額葉、右側島葉和雙側丘腦的ReHo顯著(zhù)降低，而右側額上回的ReHo顯著(zhù)升高。
在腦功能連接層面，Kaiser等對25篇基于種子點(diǎn)功能連接的抑郁癥研究進(jìn)行了Meta分析，在研究中根據先驗知識將種子點(diǎn)劃分到不同的功能網(wǎng)絡(luò )中，結果發(fā)現相比健康人，抑郁癥患者較高的功能連接位于額頂網(wǎng)絡(luò )的種子點(diǎn)與后頂葉皮質(zhì)，以及默認網(wǎng)絡(luò )種子點(diǎn)與內側前額葉皮質(zhì)、海馬和背外側前額葉皮質(zhì)；而較低的功能連接位于額頂網(wǎng)絡(luò )種子點(diǎn)與背側注意網(wǎng)絡(luò )的頂下小葉，情感網(wǎng)絡(luò )種子點(diǎn)與內側前額葉皮質(zhì)，以及腹側注意網(wǎng)絡(luò )種子點(diǎn)與楔前葉到枕葉和后扣帶皮質(zhì)。額頂網(wǎng)絡(luò )內降低的功能連接可能與認知控制有關(guān)，而額頂網(wǎng)絡(luò )與默認網(wǎng)絡(luò )間功能連接的增強以及額頂網(wǎng)絡(luò )與背側注意網(wǎng)絡(luò )間功能連接的降低可能反映了患者對參與外部世界的遲疑。同時(shí)，情感網(wǎng)絡(luò )與負責自上而下調控的內側前額葉皮質(zhì)功能連接的降低可能反映了對情緒的失調。Lui等[對難治和非難治性抑郁癥患者前額葉-邊緣-丘腦環(huán)路的功能連接差異的研究顯示，難治性抑郁癥組具有分布更廣的功能連接下降，特別是在前扣帶皮質(zhì)、杏仁核、海馬和島葉。綜上，抑郁癥的功能連接研究結果較為一致，主要表現為多個(gè)功能網(wǎng)絡(luò )的功能連接損傷，特別是情感網(wǎng)絡(luò )核心區域的功能連接，如前扣帶皮質(zhì)、杏仁核、海馬等。
4．動(dòng)脈自旋標記成像：
動(dòng)脈自旋標記成像是一種利用被試者自身的水分子作為示蹤劑測量灌注的磁共振成像方法，不需要注射釓造影劑或任何其他的外源性對比。該方法根據血流方向在成像平面上游使血液中水分子的自旋狀態(tài)改變(即磁化標記)，當標記的水分子流到成像區域后引起組織磁化率的變化，利用灌注前后同一部位的像相減獲得灌注加權的圖像，可以量化腦血流量的絕對值。采用動(dòng)脈自旋標記成像在抑郁癥中的研究發(fā)現抑郁癥患者默認網(wǎng)絡(luò )，特別是前額葉皮質(zhì)和前扣帶皮質(zhì)的灌注顯著(zhù)異常，而難治性抑郁癥患者相比非難治性患者在海馬及邊緣系統-紋狀體區域有更顯著(zhù)的灌注下降。這些研究發(fā)現的腦血流灌注異常區域與功能磁共振成像研究的發(fā)現較為一致，反映了抑郁癥患者腦功能異常的生理基礎。
5．磁共振波譜成像：
磁共振波譜成像是一種無(wú)創(chuàng )技術(shù)，可以通過(guò)檢測代謝物的共振頻率確定生化物質(zhì)的種類(lèi)、濃度和穩定同位素富集。這種成像技術(shù)可用于檢測大腦局部的N-乙酰天冬氨酸、谷氨酸、谷氨酰胺、γ-氨基丁酸、膽堿等物質(zhì)濃度以反映腦局部的代謝活動(dòng)。近年來(lái)，磁共振波譜成像已被廣泛地應用在抑郁癥的研究中，這些研究比較一致地發(fā)現抑郁癥患者前額葉和前扣帶皮質(zhì)具有降低的谷氨酸、谷氨酰胺-谷氨酸復合物、γ-氨基丁酸濃度和升高的膽堿、肌酸濃度，以及降低的N-乙酰天冬氨酸／肌酸和膽堿／肌酸比例，這些發(fā)現揭示了抑郁癥患者受損的關(guān)鍵腦區在分子水平的代謝異常。針對抑郁癥治療的磁共振波譜成像研究則發(fā)現患者前扣帶皮質(zhì)的N-乙酰天冬氨酸、谷氨酰胺-谷氨酸復合物、肌醇濃度在經(jīng)過(guò)抗抑郁藥或經(jīng)顱磁刺激治療后有顯著(zhù)提升[37,38]，左側內側額葉皮質(zhì)和右側海馬的N-乙酰天冬氨酸／肌酸比例顯著(zhù)上升，腹側前額葉區域白質(zhì)的膽堿／肌酸比例也有顯著(zhù)提高[41]，這些發(fā)現反映了抑郁癥治療對腦區結構和功能調控背后的分子水平機制。
6．大尺度復雜腦網(wǎng)絡(luò )：
Zhang等[42]的研究采集了30例首次發(fā)病未用藥的抑郁癥患者和63名健康對照者的靜息態(tài)功能磁共振成像數據，基于解剖自動(dòng)標記模板構建了90個(gè)腦區的大尺度功能網(wǎng)絡(luò )。在全局網(wǎng)絡(luò )屬性上，他們發(fā)現患者組和對照組的腦功能網(wǎng)絡(luò )都具有小世界屬性，然而抑郁癥患者的腦網(wǎng)絡(luò )具有降低的最短路徑和增高的全局效率，表現出向隨機網(wǎng)絡(luò )的偏移。但是隨后的一些基于靜息態(tài)功能網(wǎng)絡(luò )的研究也發(fā)現了相反的結果，例如Ye等發(fā)現抑郁癥患者的腦功能網(wǎng)絡(luò )局部效率增高，Meng等發(fā)現功能網(wǎng)絡(luò )的全局效率下降，表明抑郁癥患者的功能網(wǎng)絡(luò )向規則網(wǎng)絡(luò )的偏移。另外的一些研究沒(méi)有發(fā)現抑郁癥患者腦功能網(wǎng)絡(luò )全局屬性存在異常。在結構網(wǎng)絡(luò )方面，Long等利用彌散磁共振成像構建了白質(zhì)連接網(wǎng)絡(luò )，發(fā)現抑郁癥患者降低的特征路徑長(cháng)度、歸一化的集群系數；Singh等在灰質(zhì)形態(tài)學(xué)網(wǎng)絡(luò )中，發(fā)現了抑郁癥患者降低的集群系數，表現出偏向隨機網(wǎng)絡(luò )的特點(diǎn)。而B(niǎo)ai等在一項比較老年抑郁癥與輕度認知障礙的白質(zhì)網(wǎng)絡(luò )研究中則發(fā)現了抑郁癥患者降低的全局效率和增加的特征路徑長(cháng)度，顯示出向規則網(wǎng)絡(luò )偏移的特征。綜上，抑郁癥的功能和結構網(wǎng)絡(luò )全局特征的發(fā)現并不一致，這些差異很可能由多個(gè)原因引起，例如被試者的年齡，用藥情況；腦網(wǎng)絡(luò )構建時(shí)節點(diǎn)的定義，連接的定義等。
從模塊子網(wǎng)絡(luò )和局部節點(diǎn)的層面，Ye等發(fā)現抑郁癥患者腦功能網(wǎng)絡(luò )的模塊化系數相比健康對照顯著(zhù)上升。Peng等發(fā)現了抑郁癥患者腦功能網(wǎng)絡(luò )中模塊的重組現象，左側眶額和右側杏仁核等區域具有異常的參與系數和模塊內連接強度。Lord等也觀(guān)察到了抑郁癥患者腦功能模塊的重組，并且利用腦區的參與系數作為特征可以以99.31％的敏感性和99.34％的特異性將抑郁癥患者與健康對照區分開(kāi)。抑郁癥患者連接異常的子網(wǎng)絡(luò )在不同模態(tài)的研究中表現較為一致，大都集中在背外側額葉、背內側額葉，腹內側額葉、前扣帶皮質(zhì)，島葉、邊緣系統、海馬、杏仁核、顳葉等區域，這些區域的連接多是與情感控制和認知過(guò)程相關(guān)的腦區環(huán)路以及默認網(wǎng)絡(luò )內的連接，也包括所謂的"憎恨環(huán)路"。從局部腦區看，雖然在不同研究中發(fā)現抑郁癥患者的節點(diǎn)屬性有些升高有些降低，但從總體上說(shuō)，無(wú)論是結構還是功能，出現異常的腦區也集中在額葉、島葉、內側顳葉和皮質(zhì)下核團等核心腦區中，這些腦區的拓撲屬性也與患者的臨床資料存在關(guān)聯(lián)。Wang等在對有童年創(chuàng )傷和沒(méi)有童年創(chuàng )傷的抑郁癥患者的研究中基于體素構建了被試者的全腦功能網(wǎng)絡(luò )，發(fā)現2組患者相比健康對照在腹內側前額葉和前扣帶皮質(zhì)腹側區域的功能連接強度顯著(zhù)降低，有童年創(chuàng )傷的相比沒(méi)有童年創(chuàng )傷的患者在前額葉-邊緣葉-丘腦-小腦環(huán)路上的功能連接強度顯著(zhù)較低，并與童年創(chuàng )傷評分顯著(zhù)相關(guān)。
各種治療方法對抑郁癥患者的腦功能和結構網(wǎng)絡(luò )具有顯著(zhù)的調控作用。Wang等采用縱向實(shí)驗設計在8周前后采集了20例首次發(fā)病未用藥抑郁癥患者和20名健康對照的靜息態(tài)磁共振成像數據，其中抑郁癥患者接受艾司西酞普蘭治療，他們基于體素構建了全腦功能網(wǎng)絡(luò )，發(fā)現藥物治療對患者的背內側前額葉和雙側海馬的局部連接強度分別起到抑制和增強的調控作用，且腦功能改變與患者的臨床評分變化高度相關(guān)。Zeng等的研究發(fā)現經(jīng)過(guò)電休克治療，在首次發(fā)病未用藥抑郁癥患者的腦白質(zhì)連接網(wǎng)絡(luò )中，邊緣系統、顳葉和額葉間的連接強度發(fā)生改變，而杏仁核與海馬旁回間的連接強度變化與患者癥狀的減低顯著(zhù)相關(guān)。
三、小結和展望
多模態(tài)腦成像技術(shù)和計算方法目前已得到了國內外研究人員的高度重視，未來(lái)這一領(lǐng)域仍存在幾個(gè)值得關(guān)注的問(wèn)題和發(fā)展方向：首先，現階段的功能磁共振成像獲取的腦活動(dòng)信號時(shí)間分辨率較低，發(fā)展先進(jìn)的成像技術(shù)可以采集更高分辨率的多模態(tài)腦影像(例如，Multiband并行采集技術(shù))，為未來(lái)的研究提供更接近真實(shí)腦活動(dòng)的功能信號以及更豐富的腦局部解剖信息；其次，開(kāi)發(fā)基于高分辨率的多模態(tài)腦成像的新計算方法，從新的角度幫助我們理解大腦的組織特征和工作機制，例如最近的動(dòng)態(tài)功能連接和腦網(wǎng)絡(luò )分析方法可以在較短的時(shí)間尺度上觀(guān)察大腦功能活動(dòng)和功能網(wǎng)絡(luò )的波動(dòng)特點(diǎn)；第三，影像學(xué)計算方法的驗證仍需要進(jìn)一步的研究，包括對各類(lèi)影像學(xué)指標重測可測性的研究，各種因素對計算結果的影響，如頭動(dòng)等，以及對影像學(xué)指標生理基礎的探索，這是影像學(xué)計算方法在臨床轉化應用的關(guān)鍵因素；第四，多模態(tài)影像之間的融合技術(shù)是研究腦結構和功能關(guān)系的重要手段，了解腦結構如何約束功能，腦功能如何作用于結構，以及各種計算模型的提出和腦功能的模擬，將能夠幫助我們深入理解腦的工作和病理機制。
多模態(tài)腦磁共振成像計算方法在抑郁癥的應用研究表明，前額葉、前扣帶、海馬等多個(gè)部位的腦結構、功能及代謝異常與抑郁癥的發(fā)病、發(fā)展以及治療調控有著(zhù)密切的關(guān)系，多模態(tài)腦影像計算方法能夠敏感地檢測到這些腦結構和功能的異常，從系統水平理解抑郁癥的病理機制。未來(lái)的抑郁癥影像學(xué)研究值得關(guān)注以下幾個(gè)問(wèn)題：首先，目前影像學(xué)研究的樣本數普遍較小，使得研究的結果并不一致，建立多中心大樣本的抑郁癥數據庫將有助于獲得穩定的分析結果，加深對抑郁癥病理機制的理解；其次，抑郁癥與其他精神疾病(如精神分裂癥)以及抑郁癥亞型之間腦影像的共性和差異需要進(jìn)一步研究，這對抑郁癥及其他精神疾病的定義及診斷標記物探索具有重大幫助；最后，目前抑郁癥影像研究大多采用單一模態(tài)，迫切需要建立融合腦影像、臨床、生化、認知、基因等多維度信息的分析方法，進(jìn)而從系統到分子水平建立起抑郁癥的病理機制模型，為解決抑郁的早期預警、輔助診斷、刺激靶點(diǎn)優(yōu)化選擇以及藥物療效和腦調控評價(jià)等臨床問(wèn)題提供幫助。
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