首发精神分裂症及其高危人群大脑灰质容量差异与基于脑网络的模式识别研究

摘要

目前，我国的精神障碍（包括自杀）占全部疾病负担的20％。其中，精神分裂症属于精神障碍的一种，但由于其发病率较低且极少导致直接死亡，因此，它的危害性被严重低估了。实际上，精神分裂症的高致残率，对家庭和社会影响极大，而且容易复发。因此，对精神分裂症的早期甄别以及治疗，才能有效地缓解这个难题。当前，部队也同样面临精神障碍问题的困扰。在国防部的组织下，全国征兵心理检测技术中心每年组织实施征兵心理检测工作，大量前来应征的青年将必须通过该中心开发的技术软件的检测，结果“合格”后才能入伍。检测的一项重要内容就是筛查应征青年有无精神障碍和不适障碍，比如精神分裂症，若有这类问题，需要阻止他们进入部队。本研究的目的就是采取脑影像的方法，从甄别精神分裂症及其高危人群入手，重点研究以上人群的脑结构和脑网络异常特点，以期发现他们与正常人的大脑结构以及连接模式的差异，从而可以减少问卷应答时的掩饰性等问题，更直观、客观的甄选精神分裂症患者及高危人群。研究的意义是在心理检测的基础上，主要采用的方法有基于体素的形态学分析（voxel-based morphometry，VBM）、FIRST、SIENAX等分割提取分析技术以及模式识别技术，对患者以及高危人群脑影像数据进行分析，进行相对客观的早期甄别和筛查，并杜绝精神分裂症和高危人群进入部队，以此提高部队的管理水平和战斗力，减少不必要的看护、治疗等军费开支。
　　由于幻听是精神分裂症的一类常见的阳性症状，发生率达到60%-80%，为了排除被试的异质性，比如妄想等，所以幻听被试也被纳入该研究。本研究分为四个实验。实验一，精神分裂症患者及其高危人群与正常对照灰质体积差异研究。本研究所说的高危人群，是指精神分裂症的正常一级亲属，并且平均年龄25左右的兄弟姐妹。实验一采用基于体素的形态学分析技术对三组的灰质容量进行比较，得出存在差异的脑区。进一步采用 FIRST、SIENAX等分割提取分析技术，提取三组被试的深部核团，比如丘脑、尾状核等的灰质容量，分析对比三组被试在以上具体核团的容量差异情况。实验二，精神分裂症幻听组、非幻听组与正常对照组之间灰质体积差异研究。幻觉是精神分裂症的常见阳性症状之一，我们进一步对精神分裂症患者进行分组，研究是否幻听对灰质容量的影响。同为精神分裂症患者，在灰质容量方面和正常组相比，是否存在显著差异？实验三，精神分裂症与正常对照组基于脑网络连接的模式识别研究。当前的针对精神疾病的诊断标准都是基于患者的自述，精神科医生结合患者所述症状及其自身经验，参考诊断标准，从而判定疾病种类。这种诊断模式已经引起了一些人的质疑。另外，由于疾病导致的脑结构的改变，会不会引起脑网络的变化呢？因此，我们进行了该实验。采用多元模式识别技术，对两组被试进行自动化区分。并且，我们也尝试去区分幻听和非幻听的患者。实验四，高危人群与正常对照组基于脑网络连接的模式识别研究。在平时的生活中，我们不能轻易的发现高危人群和正常人的区别。如果这类人“侥幸”通过全国征兵心理检测技术中心的检测，一旦进入部队，将会给部队的日常训练、管理、安全等工作带来一系列不稳定因素。如何对可疑人群进行相对客观的鉴定成为目前征兵心理检测过程中亟待解决的问题。采用多元模式识别技术，能够从正常对照中准确挑出精神分裂症高危人群吗？
　　本研究的主要结果与结论：
　　1、VBM分析结果显示，发现三组间在左侧丘脑、中央后回、额下回、额内侧回、脑岛、小脑前叶、小脑后叶和海马旁回等脑区存在显著差异。并且进一步分析发现，精神分裂症患者组、正常组、高危组两两比较，均发现了灰质容量显著差异的脑区。提取深部核团的方法发现，丘脑、伏隔核的容量在三组间存在显著差异。以上结果证明，精神分裂症以及高危组存在脑结构的畸变，并且高危组的灰质脑结构容量减少还没有达到精神分裂症患者组的严重程度。
　　2、幻听组、非幻听组以及正常对照组VBM分析发现，三组的灰质容量在双侧丘脑、左侧颞上回、额下回、以及中央前回存在显著差异。进一步的分析发现，幻听组、非幻听组分别和正常组相比较，均存在显著差异脑区，但是幻听组和非幻听组相比较时，确不存在显著差异。我们主要证实了首发精神分裂症幻听者在语言区和非感觉区存在容量减少的问题。
　　3、对于所有的首发精神分裂症患者和正常被试来说，使用留一验证的方法，针对所有被试，线性SVM分类器达到了81.3%的准确率（针对首发精神分裂症患者，灵敏度达到90.2%，而对于正常被试特异度达到65.2%）。在区分首发精神分裂症患者和正常组被试时，有以下几个脑区的权重比其他脑区大，右侧眶部额上回、丘脑、左侧颞上回、以及颞中回。上面的结果表明，这些脑区在区分患者组和正常人之间发挥了重要作用。相似的，针对精神分裂症患者幻听组和非幻听组，全局的分类准确率达到75.6%（77.3%及73.7%对于幻听和非幻听组来说）。我们发现右侧眶内额上回、右侧颞上回、以及右侧顶下缘角回，这些脑区在区分幻听组和非幻听组时，发挥了重要作用。以上结果证明，首发精神分裂症（无论是否伴随幻听症状）与正常对照组的脑网络模式相比较发生了明显改变，并且可以很容易从正常组中区分出。
　　4、对于高危组和正常被试来说，使用留一验证的方法，针对所有被试，我们所训练的线性 SVM分类器，最终的准确率达到了78.0%（针对高危组，灵敏度达到72.2%，而对于正常被试，特异度达到82.2%）。在本研究中我们也发现，在区分高危组和正常组被试时，有以下几个脑区的权重比其他脑区大，左侧海马旁回、左侧豆状苍白球、右侧豆状苍白球、右侧颞上回，这样的结果表明，这些脑区在区分高危组和正常对照时，发挥了重要作用。以上结果证明，高危组和正常组相比，在静息态的脑网络连接方面存在差异。
　　本研究是一个探索性的应用研究，目的是解决征兵心理检测过程中遇到的精神障碍问题。结合征兵心理检测软件，对严重的精神疾病——精神分裂症及其高危人群进行早期的甄别很有必要。在该研究中，我们证明了精神分裂症及一级亲属的脑结构和正常人相比发生了变化，在以后的人员心理选拔中，如果应征者提供真实的家族病史，一旦发现父母患有精神分裂症，就可以考虑拒绝这类人群进入部队。
　　在以后的研究中，我们将纳入临床高危人群，结合在征兵心理选拔中遇到的精神分裂症及疑似者等，继续完善这个筛查研究。

目录

封面

声明

目录

缩略语表

中文摘要

英文摘要

前言

文献回顾

1 精神分裂症概述

2 精神分裂症高危人群概述

3 精神分裂症及其高危人群的核磁研究

实验设计

1 研究意义及问题提出

2 研究方案

3 技术路线

4 研究设计

5 统计处理

实验一精神分裂症患者及其高危人群与正常对照灰质体积差异研究

1 引言

2 对象与方法

3 数据记录与分析

4 结果

5 小结与讨论

实验二精神分裂症幻听组、非幻听组与正常对照组之间灰质体积差异研究

1 引言

2 对象与方法

3 数据记录与分析

4 结果

5 小结与讨论

实验三精神分裂症与正常对照组基于脑网络连接的模式识别研究

1 引言

2 对象与方法

3 数据记录与分析

4 结果

5 小结与讨论

实验四高危人群与正常对照组基于脑网络连接的模式识别研究

1 引言

2 对象与方法

3 数据记录与分析

4 结果

5 小结与讨论

小结

1 系统性总结

2 不足与展望

参考文献

附录

个人简历和研究成果

致谢