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纹状体-皮层回路的白质纤维连接强度预测吸烟者12小时内戒烟效果
发布者:admin 发布时间:2019/2/27

西安电子科技大学的袁凯课题组在Neuropsychopharmacology杂志上发文称纹状体皮层的功能障碍与个体吸烟行为和戒烟过程中的失败有关。该研究招募了53名男性吸烟者和匹配的58名不吸烟者,并对他们的白质纤维进行了概率追踪分析,然后让吸烟者进行了12小时的戒烟任务,其中22人失败。研究者发现与不吸烟者相比,吸烟者的右半球striatum(纹状体)-mOFC(内侧眶额叶)、striatum-vlPFC(腹外侧前额叶)、striatum-IFG(额下回)以及striatum-PCC(后扣带回)的白质纤维连接强度较弱。而且,纹状体-dlPFC(背外侧前额叶)的白质纤维强度预测吸烟者是否在12小时内戒烟成功的准确率为68.3%。        烟草中的尼古丁和其他大多数成瘾性物质一样,会通过激活纹状体中的奖赏回路和释放多巴胺(DA)来发挥其最初的强化作用尽管最初吸烟在很大程度上是一种自愿行为,但持续的吸烟会引发神经结构改变,并对吸烟的行为进行调节,从而使行为自动化,并且还会损害自我调节能力。戒断后复吸率高一直是成瘾干预治疗中的难点,如何利用影像信息对复吸进行准确的预测是当前成瘾领域的一个研究热点。      前人已经发现了一个脑网络可以调节吸烟的行为,包括纹状体、腹侧被盖区(VTA)、杏仁核/海马区、前扣带皮层(ACC)、背外侧前额叶皮层(dlPFC)、额下回(IFG)、腹侧外侧PFC(vlPFC)和内侧眶额叶(mOFC)也有研究者发现纹状体回路的功能连接可以预测吸烟者戒烟后是否复吸。然而,现有研究还不清楚系统水平下纹状体的结构连接与吸烟行为存在何种关系。因此,本研究组针对这一问题,采用基于DTI的种子点分割方法,系统考察了皮层及皮下区域与纹状体之间的结构连接, 并对上述影像学发现是否能预测复吸进行了初步的探索。   方法     为此,研究者招募了111名男性被试(53名吸烟者:年龄:20.98±1.69;58名非吸烟者:年龄:20.69±1.50),利用Philips 3T MRI对被试进行了脑神经影像的获取,包括T1与DTI(32个方向,b=1000 s/mm2数据,然后让被试在正式实验开始前48小时保持良好的睡眠和不摄入酒精与咖啡。第一天实验先让被试在报告自己吸烟欲望前30min左右抽一支香烟。两三天之后开始第二次实验,要求被试从晚上10点到第二天早上10点不能抽烟。然后将依靠被试自我报告和使用Bendfont Smokerlyzersystem测量CO,最后依据自我报告和CO测量结果将被试将分为戒烟成功组与失败组。   数据处理与分析 (1)首先使用FSL对DTI数据进行了预处理,包括1)剔颅骨剥头皮。2)进行涡流矫正和头动矫正.3)使用弥散张量模型(椭球模型)计算出FA(各项异性) (2) 选取纹状体作为种子点和十个靶点(ACC,dACC, dlPFC, PCC,IFG,  mOFC, vlPFC , hippocampus , amygdala  and SMA ),所有这些ROIs都从标准空间变换到个体空间(见下图a)。 (3)对被试的DTI数据进行5000次采样的概率追踪; (4)对纹状体进行分割并得到纹状体回路的白质纤维强度; (5)将得到的数据使用SPSS22.0进行统计分析

结果 1.研究者发现吸烟者与不吸烟者在年龄和受教育水平上差异不显著,但在焦虑与抑郁上吸烟者显著大于不吸烟者(见表一)。 2.吸烟者与非吸烟者纤维连接强度     在吸烟者与非吸烟者大脑左半球,以下区域的白质纤维连接差异显著striatum-mOFC(t=3.18, df=109, p=0.002), striatum-vlPFC (t=3.17, df=109, p=0.002),striatum-IFG (t=4.68, df=109, p<0.0001), striatum-PCC(t=3.55, df=109, p=0.002)(注:Bonferroni correctionswere used for multiple comparisons (p<0.05/20=0.0025)),吸烟者这些白质纤维连接强度显著小于非吸烟者(见表2和下图c)。     研究者之后将被试年龄,受教育水平,焦虑和抑郁程度作为协变量回归后,除了striatum-PCC未能通过多重比较外,其他上述白质纤维均通过了矫正。
3.戒烟成功者,戒烟失败者与非吸烟者纤维连接强度    研究者发现在三组间left striatum- IFG的白质纤维连接强度主效应显著 (F(2,108)=10.98, p<0.001)。leftstriatum-dlPFC (F(2,108) = 4.13, p = 0.02), left striatum-mOFC (F(2, 108) =5.74, p = 0.004),left striatum-PCC (F(2, 108)=5.25, p = 0.007)以及left striatum-vlPFC (F(2, 108) = 5.00, p = 0.008)的白质纤维连接强度主效应均未通过Bonfferoni校正。事后分析发现非吸烟者的left striatum- IFG的白质纤维连接强度显著高于戒烟成功者和戒烟失败者,而戒烟成功者的left striatum- IFG的白质纤维连接强度又显著高于戒烟失败者(见下图)。为了验证文中所用DTI基于种子分割方法的准确性,研究者还将个体空间中的分割结果变换到正常组并进行组分析,选择60%以上人群重叠的部分进行了显示(下图a),纹状体分割结果与其解剖连接大体一致。
4.白质纤维连接强度预测戒烟失败者     线性回归分析结果显示禁吸烟欲引起的渴望变化与左侧纹状体-mOFC和纹状体-vlPFC的白质纤维强度有关(见下图b)。逻辑回归分析的结果表明left striatum-dlPFC的白质纤维来连接强度可预测戒烟失败者,在10折交叉验证中其准确性:68.3%,敏感度:56.7%, 特异性:85%,PPV:75%,NPV:59%。其平均的AUC(曲线下面积)为0.74(见下图c). 一句话总结     研究者对被试的DTI数据进行分析发现:相对于不吸烟的年轻男性吸烟者,吸烟的年轻男性的纹状体与PFC和PCC的白质纤维连接强度较弱。左侧纹状体-vlPFC、左侧纹状体-mOFC、左侧纹状体-dlPFC的白质纤维强度可能可以预测戒烟过程中的吸烟渴求变化以及是否可以戒烟成功。     研究人员(袁老师)表示:未来会采用影像组学的思想,融合多模态影像学信息,构建更加准确、更具推广性的预测模型对戒烟后的复吸现象进行预测。我说:高大上!   原文:

Striato-cortical tracts predict 12-h abstinence-induced lapse in smokers

K Yuan, M Zhao, D YuP Manza, ND Volkow… - …, 2018 - nature.com
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