功能性消化不良(functional dyspepsia,FD)是一种由非器质性异常所引起的上腹部疼痛、灼烧、早饱和餐后饱胀不适为主要临床症状的消化系统疾病,是功能性胃肠病最常见的类型之一。在全世界范围内,FD的发病率大约为11%-30%,这给社会和家庭带来了巨大的医疗负担,严重影响着人们的幸福生活。而且,随着社会经济的发展,其发病率还呈现逐年上升的趋势。导致这种现象发生的一个重要原因是社会精神压力的增加和情绪障碍。在我国,抑郁和焦虑在FD患者中占有高达15-58%的比例,是该疾病重要的伴随症状。但是,FD和焦虑、抑郁等负性情绪之间关系的潜在生理机制还不甚清楚。随着神经影像技术的发展,脑-肠互动理论的提出为研究FD和负性情绪之间的关系提供了新的思路。近年来,影像学的研究大多是通过对内脏进行刺激来观察健康人和功能性胃肠病患者的大脑激活情况。结果发现,在内脏刺激期间,大脑激活最一致的区域主要定位在扣带、脑岛、前额叶、丘脑和躯体感知运动皮层。其中,扣带、脑岛和前额叶中的多个子区的活动都与情感信息的处理有关。因此,我们猜测大脑信息处理模式是FD症状发展与负性情绪之间相互影响、相互作用的基础。为了验证以上推测,本研究通过神经影像技术获取大脑相关信息,借助于医学图像分割、图像配准、图像特征提取、多变量模式分析以及一般线性模型等技术手段,从“脑结构改变?全脑网络重组?局部脑功能异常?葡萄糖代谢水平”四个层面考察与FD患者相关的大脑结构-静息态功能的损伤模型,并以焦虑和抑郁作为损伤模型中一个重要的因素,从而阐述FD和情绪异常之间的交互作用。根据罗马III标准,FD可分为进餐压力综合症(postprandial distress syndrome,PDS)和上腹部疼痛综合征(epigastric pain syndrome,EPS)两种类型。有研究者指出PDS型而非EPS型的患者临床情况与负性情绪有更紧密的关系。虽然没有得到进一步的证实,但为了减少病人异质性所带来的无法解释的结果,我们的研究主要以PDS型患者为研究对象。全文主要的研究结果和创新点可概括为以下四个部分:第一部分研究焦虑、抑郁等负性情绪是否对FD患者大脑结构有影响。基于结构磁共振和弥散张量成像两种模态神经影像数据,采用灰质形态学分析和纤维束空间统计的技术手段,经过图像分割、图像配准、结构特征提取和非参置换检验统计处理,构建FD与大脑灰质、白质结构改变之间的关联模型,观察情绪因素在FD患者大脑灰质密度和白质微结构改变中的影响。结果发现,对于FD患者,以后脑岛为中心的大脑结构异常中绝大多数是与焦虑、抑郁等负性情绪紧密相关的。第二部分研究焦虑、抑郁等负性情绪和FD患者大脑功能网络之间的相关关系。基于静息态功能磁共振神经影像数据,借助不同脑区的血氧水平依赖信号之间的相关性分析,构建受试者的全脑功能网络,结合多变量模式分析方法,定位与FD相关的全脑功能连接异常,分析异常网络的拓扑属性,进而评估全脑异常连接与焦虑、抑郁之间的关系。结果发现,焦虑、抑郁症状会随着大脑功能网络异常拓扑模式的改变而呈现非线性的波动。第三部分通过对大脑局部功能活动的调查,研究焦虑、抑郁等负性情绪在FD症状恶化中的作用。基于静息态功能磁共振神经影像数据,经过图像矫正、图像标准化和图像去噪等处理,运用局部一致性分析方法,结合与临床行为学信息之间的相关分析,试图建立FD症状发展与大脑功能改变的关联模型,探索情绪因素在症状发展中所起的关键性作用。结果发现,消化不良症状的恶化伴随着大脑区域活动一致性异常的增加以及焦虑、抑郁等负性情绪的出现,暗示了焦虑、抑郁等情绪状况可能通过脑-肠互动的过程与FD症状的发展保持同步。第四部分研究焦虑、抑郁等负性情绪是否是促进FD患者进入‘症状持续或恶化’这一恶性环路中的重要环节。基于正电子发射断层扫描成像数据,以无焦虑/抑郁症状FD患者、有焦虑/抑郁症状FD患者和无焦虑/抑郁症状的健康人为研究对象,结合一般线性模型分析手段,评估静息态下大脑葡萄糖代谢水平,试图阐明FD和焦虑抑郁之间相互作用的大脑代谢模式。结果发现,脑岛、前扣带、中扣带和中额是与FD的症状和焦虑抑郁均相关的大脑区域,是两者相互作用的关键。我们的结果暗示负面情绪不能简单理解为FD发展的一个伴随症状,它可能通过中枢神经系统作用于患者的消化不良症状,是FD的诱发因素、恶化因素和症状持续因素。综上所述,焦虑、抑郁等负面情绪可能通过高级中枢干扰胃肠道的功能和症状感知,同时胃肠道的异常感知又可反作用于中枢的情绪调节环路,导致负性情绪的产生或加重,形成了一个恶性的循环。