吸烟青少年大脑结构和功能网络异常的影像学研究

摘要

青少年时期是大脑认知控制、情绪管理发育的重要阶段，吸烟成瘾会对青少年的身体和精神状态产生毒害作用。随着影像学技术的发展应用，国内外学者对吸烟成瘾的研究取得了很大的进展，但研究结果大多集中于吸烟成瘾者大脑局部脑区结构和功能的异常变化，关于全脑网络水平的研究结果并不多。因此，本文从全脑网络水平对吸烟青少年大脑结构和功能网络拓扑属性的异常变化展开研究。 首先，本论文采用图论的分析方法对被试大脑白质网络拓扑属性进行分析。结果显示两组被试大脑白质网络都具有高度分化和整合的“小世界”属性，符合进化过程中大脑形态变化的自然规律。但与非吸烟青少年相比，吸烟青少年大脑白质网络全局拓扑属性发生了显著的变化：网络强度、网络效率增加，特征最短路径降低。其中网络强度和全局效率与青少年吸烟成瘾者的尼古丁依赖程度具有显著性正相关，特征最短路径与尼古丁依赖程度呈现显著性负相关；此外吸烟青少年大脑部分节点效率显著性增加，节点效率增加的脑区主要分布在眶额叶，纹状体和前扣带皮层。最后对大脑的白质网络连接采用基于网络的统计方法（Network-based statistic，NBS）进行了组间分析，结果显示与非吸烟青少年相比，吸烟青少年成瘾者大脑白质网络前额叶和扣带皮层等脑区的连接显著增加。 为了进一步探究青少年吸烟成瘾者大脑功能网络的异常变化，采用组内实验设计对吸烟青少年吸烟满足和12小时戒断两种状态的大脑功能网络进行了分析。本研究中将大脑分为246个脑区节点，脑区之间的皮尔逊（Pearson）相关系数作为连接的边。结果显示两种状态的大脑功能网络在0.1~0.4的稀疏度范围内均表现出小世界特性，并且大脑全局参数之间均没有显著差异。此外对两种状态的246个脑区进行了节点效率分析，结果显示相对于吸烟满足状态，吸烟戒断状态下大脑皮层默认网络、枕叶以及皮下脑区的杏仁核、伏隔核、苍白球和丘脑的节点效率显著降低。并且发现丘脑节点效率的改变量与吸烟青少年主观渴求分数的改变量呈现负相关。该研究结果从网络层次为戒断诱导吸烟渴求神经机制的研究提供了新的见解。 本文采用组间和组内实验设计对青少年吸烟成瘾者大脑白质结构和功能网络的异常进行分析，从大脑复杂网络水平发现吸烟青少年大脑网络的异常与其行为缺陷之间的关系。本文研究成果可为吸烟青少年成瘾的研究提供一份理论依据。

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