吸烟与网络成瘾对大脑结构连接与功能连接的影响

摘要

吸烟具有致瘾性并严重危害人类健康。当前，国内外研究者利用脑成像技术发现，吸烟成瘾与吸烟者大脑结构和功能异常有关，促进了对吸烟成瘾脑神经机制的认识。然而目前对于吸烟成瘾的脑神经机制仍没有统一定论。网络成瘾与吸烟成瘾有着类似的行为表现，并严重影响青少年的身心健康发展、学业和生活。研究表明，网络成瘾的青少年很容易发展成为吸烟成瘾，因此研究网络成瘾的脑神经机制对于干预和预防网瘾和吸烟成瘾至关重要。本论文以吸烟成瘾和网络成瘾青少年为研究对象，采用磁共振成像技术，对吸烟成瘾和网络成瘾青少年的大脑结构连接和功能连接进行了深入研究，本文所取得的主要研究成果和创新点如下:
　　首先，吸烟青少年脑岛静息态功能连接异常研究。脑岛在认知控制功能和吸烟渴求中起着重要作用。本文运用静息态功能连接度分析方法研究吸烟青少年左/右前脑岛和左/右后脑岛的静息态功能连接度异常，并采用皮尔逊相关分析方法探索脑岛功能连接异常与Stroop认知行为表现以及渴求分数等吸烟行为之间的相关关系。研究发现，吸烟青少年左侧前脑岛与前扣带回皮层之间的功能连接度降低，右侧前脑岛与前扣带回皮层、腹内侧前额叶皮层、杏仁核、左背外侧前额叶皮层以及背侧纹状体之间的功能连接度降低。前脑岛与前扣带回皮层之间的功能连接度与Stroop任务中不一致的错误数以及尼古丁依赖程度显著相关。右侧前脑岛与左腹内侧前额叶皮层之间的功能连接度与渴求分数显著相关。本研究从功能连接角度揭示了脑岛在吸烟行为中的作用，并为前脑岛-前扣带回皮层回路在吸烟认知控制损伤，以及右侧前脑岛-腹内侧前额叶皮层回路在吸烟渴求中的重要作用提供了科学依据。
　　其次，青少年戒烟12小时诱发脑岛静息态功能连接改变研究。本文运用静息态功能连接度的分析方法研究了戒断12小时对吸烟青少年脑岛功能连接度的影响，并运用多重回归分析方法探索戒断诱发脑岛功能连接的改变与吸烟渴求之间的相关关系。结果表明，戒断12小时后，吸烟青少年右侧前脑岛与右内侧眶额叶皮层、腹内侧前额叶皮层以及前扣带回皮层之间的功能连接度显著升高，戒断诱发的右侧前脑岛-右外侧眶额叶皮层回路功能连接的改变与吸烟渴求变化显著相关。本研究促进了对于短期戒断对脑岛回路连接影响的理解，并为戒断诱发渴求的脑神经机制提供了新视角。
　　再次，中央执行网络白质结构连接预测吸烟线索诱发脑激活研究。吸烟人群存在注意力偏向和认知控制损伤，中央执行网络与认知控制功能和注意力偏向密切相关。本文使用弥散张量成像和确定性纤维束追踪的分析方法评估了中央执行网络白质纤维束结构连接对吸烟者认知控制损伤以及吸烟刺激诱发脑激活的影响。研究发现，与不吸烟者相比，吸烟者双侧中央执行网络白质纤维束的部分各向异性值增大。吸烟者左侧中央执行网络白质部分各向异性值与吸烟刺激诱发的背外侧前额叶皮层以及右侧枕叶皮层的激活呈正相关，与Stroop任务中不一致的错误数呈正相关。当前的研究表明了中央执行网络白质结构连接在吸烟刺激诱发脑激活以及认知控制行为中的重要作用，中央执行网络白质结构连接的改变可能与吸烟者表现出的对吸烟刺激的注意力偏向以及认知损伤有关。本文将大脑结构与功能结合的多模态影像学研究模式进一步确认了结构连接可以调节特定脑区的脑活动。
　　最后，网络成瘾青少年半脑间结构连接与功能连接异常研究。研究报道网络成瘾青少年的大脑结构和功能出现异常，然而网络成瘾是否与脑同伦功能连接和结构连接异常有关仍不清楚。本文运用镜像体素同伦连接度的分析方法研究了网瘾青少年静息态大脑镜像体素之间功能连接度的变化。同时，运用纤维束追踪技术探索了同伦功能连接异常的对称脑区之间的纤维束完整性，并评估了两种连接之间的相关关系。与非网络成瘾组相比，网络成瘾青少年背外侧前额叶皮层的同伦功能连接和结构连接都降低。降低的同伦功能连接度与网络成瘾病程呈显著负相关。背外侧前额叶皮层的功能和结构同伦连接在非网络成瘾组中有相关，在网络成瘾组中此相关消失。本文的研究发现为背外侧前额叶皮层在网络成瘾中的作用提供了科学依据，多模态影像学研究方法为研究网络成瘾对大脑的影响提供了全新的视角。
　　综上所述，本文从吸烟和短期戒断相关的脑岛静息态功能连接异常角度揭示了吸烟者渴求强烈和认知控制损伤的脑神经机制。吸烟者中央执行网络白质结构连接可以预测吸烟刺激诱发的脑激活以及认知控制行为。此外，网络成瘾青少年双侧背外侧前额叶皮层之间的同伦功能连接和结构连接出现异常增进了对网络成瘾的神经机制的理解。

目录

声明

摘要

插图索引

表格索引

符号对照表

缩略语对照表

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 研究背景

1．2．1 吸烟成瘾的影像学研究进展

1．2．2 网络成瘾的影像学研究进展

1．3 本文研究内容组织框架

第二章 磁共振成像

2．1 引言

2．2 功能磁共振成像

2．3 弥散张量成像

2．4 本章小结

第三章 吸烟青少年脑岛静息态功能连接度异常研究

3．1 引言

3．2 实验设计和数据处理

3．2．1 伦理申明

3．2．3 颜色-字义Stroop行为学数据采集

3．2．4 磁共振成像数据采集

3．2．5 数据分析

3．3 实验结果

3．3．1 人口统计学与吸烟行为

3．3．2 认知控制行为学

3．3．3 脑岛的静息态功能连接

3．3．4 吸烟青少年脑岛静息态功能连接异常

3．3．5 相关分析

3．4 结果分析与讨论

3．4．1 脑岛与皮层上脑区之间的静息态功能连接度异常

3．4．2 脑岛与皮层下脑区之间的静息态功能连接度异常

3．4．3 偏侧性分析

3．5 本章小结

第四章 青少年戒烟12小时诱发脑岛静息态功能连接改变研究

4．1 引言

4．2 实验设计和数据处理

4．2．1 伦理申明

4．2．2 被试筛选

4．2．3 吸烟满足状态和戒断状态

4．2．4 磁共振成像数据采集

4．2．5 数据分析

4．3 实验结果

4．3．1 人口统计学与吸烟行为

4．3．2 戒断诱发的吸烟青少年的脑岛静息态功能连接度改变

4．4 结果分析与讨论

4．4．2 前脑岛-腹内侧前额叶皮层回路与吸烟戒断

4．4．3 前脑岛-前扣带回皮层回路与吸烟戒断

4．4．4 研究的理论意义

4．4．5 研究局限性

4．5 本章小结

第五章 中央执行网络白质结构连接预测吸烟线索诱发脑激活研究

5．1 引言

5．2 实验设计和数据处理

5．2．1 伦理申明

5．2．3 颜色-字义Stroop任务测试

5．2．4 吸烟线索诱导渴求任务

5．2．5 磁共振成像数据采集

5．2．6 弥散张量成像数据预处理

5．2．7 中央执行网络白质纤维束追踪

5．2．8 统计分析

5．2．9 吸烟线索诱发脑激活图像分析

5．3 实验结果

5．3．1 人口统计学与吸烟行为

5．3．2 中央执行网络白质纤维束的部分各向异性

5．3．3 吸烟线索诱发的脑激活图

5．3．4 吸烟者的结构连接与脑激活的相关分析

5．3．5 中央执行网络结构连接与Stroop任务表现的相关分析

5．4 结果分析与讨论

5．5 本章小结

第六章 网络成瘾青少年半脑间结构连接和功能连接异常研究

6．1 引言

6．2 实验设计和数据处理

6．2．1 伦理申明

6．2．2 被试筛选

6．2．3 磁共振数据采集

6．2．4 静息态功能数据预处理

6．2．5 镜像体素同伦连接分析

6．2．6 弥散张量成像数据与处理

6．2．8 统计分析

6．3 实验结果

6．3．1 人口统计学与上网行为

6．3．2 镜像体素同伦功能连接

6．3．3 镜像脑区纤维束追踪

6．4 同伦功能连接与结构连接的相关分析

6．5 结果分析与讨论

6．6 本章小结

第七章 结束语

7．1 本文工作回顾

7．2 未来工作展望

参考文献

致谢

作者简介