研究背景和目的槟榔作为中国传统四大南药之一而广泛使用,传统中医药实践应用槟榔来驱虫、消积食、治疗腹痛、利尿、提神等。现代研究证明槟榔提取物及衍生物具有多种药理活性,包括抗寄生虫、抗抑郁、抗疲劳、抗氧化、抗菌、消炎和镇痛、抗过敏、促进消化功能、抑制血小板聚集、调节血糖和血脂等作用。近年来,槟榔及其提取物槟榔碱的副作用受到了更多的关注。研究表明,长期咀嚼生槟榔能引起口腔黏膜炎症、口腔黏膜下纤维变、DNA损伤和口腔癌;流行病学研究提示嚼食槟榔与乳腺癌、食管癌、高血压、心血管疾病、肥胖、代谢综合征等的发生也存在关联;槟榔碱还可使胚胎发育迟缓、降低机体免疫系统功能。因此基于多方面研究资料,2003年国际癌症研究中心认定槟榔为一级致癌物。另一方面,作为世界上消耗量排第四位的日常嗜好品,嚼食槟榔具有成瘾性,具体表现为咀嚼槟榔可以缓解精神紧张、提神、轻度兴奋情绪和增强满足感,停止咀嚼则会导致情绪波动、焦虑、易怒、注意力降低和睡眠障碍,严重者类似苯丙胺戒断的症状。咀嚼槟榔产生的槟榔依赖符合世界卫生组织归纳的成瘾行为特征:①压倒一切的愿望或强制感促使当事者继续使用成瘾物质,并为此采取一切手断;②使用的剂量有升高的趋势(耐受性);③对成瘾物质的效果产生心理和生理的依赖;④其结果对个人和社会有较高的危险性。因此,槟榔依赖同烟、酒依赖一样,属于物质依赖的范畴,符合美国精神疾病诊断标准DSM-Ⅳ(American Psychiatric Association,2000)和 ICD-10(World Health Organization,1992)中物质依赖的诊断标准。中国台湾学者Lee等基于嚼食者生理和心理的渴求、耐受性和物质滥用等物质依赖的三大核心维度,编制了专门针对槟榔依赖的独立量表,即槟榔依赖量表(Betel quid dependence Scale,BQDS),可以对槟榔依赖者及其依赖程度做出量化的评定,扩展到英语母语群体的研究证实BQDS对非汉语族群槟榔依赖者的评定同样适用,且同样具有良好的信度和效度。海南地区作为中国槟榔主要产地和消费区,槟榔依赖群体集中,容易获取,对研究物质成瘾具有得天独厚的便利条件。物质依赖研究的最终目标是明确成瘾的神经机制,探索未来能够有效干预和治疗的靶点。目前槟榔依赖的成瘾机制仍停留于药理学研究,槟榔中的成份是经过咀嚼后,经由口腔粘膜吸收入血的,目前尚缺乏理想的动物模型,其神经机制尚不清楚。人类大脑是个复杂和高效的网络系统,负责不同功能的脑区基于分离和集中的原则构成了这个网络,从而完成对内部功能的协调,以及对外部世界的监控和响应。脑的结构组织所体现的功能特征主要表现在功能分化与功能整合上,不同功能脑区之间协调工作,构成一个脑的拓扑结构。物质依赖存在神经适应性改变,涉及成瘾环路的可塑性变化,包括中脑缘多巴胺系统、腹侧纹状体、纹状体/丘脑通路、背外侧前额叶皮质-海马环路和泛杏仁核区等。随着磁共振成像技术的快速发展,对物质依赖的研究已从宏观结构过渡到微观结构、功能及代谢研究,从而使医学影像学从传统形态学诊断模式,逐步转向形态功能兼备的现代影像学迈进,为探索物质依赖脑功能网络的变化提供了强有力的手段。我们前期应用基于体素脑形态学分析法(voxel based morphometry,VBM)发现槟榔依赖组中脑、右内侧前额皮层(medial prefrontal cortices,mPFC)、双侧背外侧前额叶(dorsolateral prefrontal cortex,dlPFC)、左侧颞上回(superior temporal gyrus,STG)部位体积显著降低,右侧海马和右侧楔前叶体积显著升高,差异有统计学意义(P<0.05,AlphSim校正);提取灰质体积异常脑区平均值与BQDS、病程进行相关性分析,发现右侧mPFC、左侧dlPFC灰质体积和槟榔依赖病程呈负相关(rl=-0.506,P1=0.003;r2=-0.541,P2=0.001,Spearman 相关分析),中脑体积与BQDS评分呈负相关(r3=-0.427,P3=0.013,Pearson相关分析);其他灰质异常脑区体积未发现与BQDS、病程存在显著相关。该结果提示槟榔依赖患者存在奖赏、认知和情感环路多处脑结构改变,且mPFC的结构损伤随着病程延长具有累加效应,中脑灰质体积有可能作为槟榔依赖程度评估的结构影像学指标。一般认为结构改变往往是成瘾行为慢性积累的结果,而静息态脑功能研究能够反应大脑内在的固定的自发的神经活动,可以认为是大脑最原始的默认状态下的神经活动,其与结构的改变也存在一定的关联,并有可能更早更全面的发现槟榔依赖者的脑功能网络变化。脑静息态功能磁共振成像(resting-state fMRI,rs-fMRI)无需任务配合,可以对疾病状态下大脑基础活动水平的改变进行评价,广泛用于认知神经科学及神经精神疾病的研究,通过多种数据分析方法,我们能够利用rs-fMRI对脑活动的空间及时间特征进行观察。种子相关分析是静息态下脑功能连接最常用的一种分析方法,首先选择一个种子区即感兴趣区(region of interest,ROI),提取出血氧水平依赖(blood oxygenation level dependent,BOLD)信号时间序列,再计算该区与全脑其他体素的时间序列的相关性,根据相关系数得到功能连接图。这种方法简便、敏感、易于判断,已得到广泛应用,主要缺陷是分析结果依赖于种子区的选定,对信号内的混杂伪迹敏感,以及不能同时对多个系统进行处理。而基于图论的功能连接密度(functional connectivity density,FCD)方法可以克服这一缺点,反应每个体素与全脑所有体素的平均功能连接强度,是一种无偏倚的反应脑功能连接方法。近年来的多种成瘾物质(如尼古丁、酒、可卡因、海洛因等)的影像学研究结果表明物质依赖者额叶皮层、中脑腹侧被盖区、伏隔核、脑岛等多处脑区可能有结构及功能的损害,让我们对物质依赖的认识更加客观科学。然而,由于人群地域限制和对槟榔依赖认识的缺陷,国内外尚未见有关槟榔成瘾的神经影像学研究报道,至今尚无槟榔成瘾脑神经机制的相关研究报道。那么相对弱的成瘾物质槟榔会对脑功能连接产生什么样的影响?槟榔依赖作用于大脑的脑区与“非法成瘾物质”是否相同?本课题的研究目标就是要借助不同的功能连接分析手段从不同侧面探讨槟榔依赖者大脑功能网络的改变及其与槟榔依赖的关系,进而探索槟榔依赖的神经机制,提高我们对槟榔依赖的认识,为槟榔依赖的干预和治疗提供科学依据。第一部分基于种子点的静息态脑功能连接研究槟榔依赖者脑功能网络变化目的:应用基于种子点即ROI的静息态脑功能连接(resting-state functional connectivity,rsFC)探索槟榔依赖患者脑功能网络变化的特点,并分析其与病程和槟榔依赖程度的相关性,从脑功能网络整合角度解释槟榔依赖的可能神经机制。材料与方法:选择海南省万宁市每天嚼食生槟榔(槟榔嚼块)1次以上、至少嚼食5年以上、BQDS>4(符合槟榔依赖的诊断标准)且不合并其他物质滥用及精神病史的原住民作为初筛对象。采用Siemens3T磁共振扫描仪进行静息态功能磁共振数据采集。选取双侧前扣带回为种子点,提取种子点的平均时间曲线,然后与全脑所有体素进行相关分析,得到功能连接统计图。并将相关系数进行Fisher r to Z转换,使数据符合正态分布,进一步通过与32例健康对照组做对照分析,检测与感兴趣区功能连接发生改变的脑区。并提取槟榔依赖者功能连接变化的脑区内部的平均Z值,与槟榔依赖患者的BQDS评分及病程进行相关分析。结果:选取符合纳入标准并成功进行静息态功能磁共振扫描的槟榔依赖者33例、健康对照者32例入组。槟榔依赖组33例均为右利手,年龄46.7±9.4岁,男:女=24:9,受教育年限12.3±2.7年,BQDS评分10±3.4分,日平均嚼食槟榔342±106g,单次嚼食槟榔时间7.6±2.4分钟,病程7.6±2.4年,焦虑自评量表=27.2±5.6分,抑郁自评量表=28.6±6.6分;槟榔依赖组和健康对照组间年龄、性别、受教育年限、月收入、近一月饮酒量、焦虑自评量表之间无统计学差异(P>0.05),槟榔依赖组抑郁自评评分较健康对照组显著降低(t=2.385,P=0.020)。以协变量的形式去除性别、年龄对研究的影响,与正常对照组相比,BQD组与双侧ACC连接增强的区域包括:桥脑、尾状核、双侧丘脑、中脑及小脑;与双侧ACC连接减弱的区域包括内侧前额叶、左侧楔前叶、左侧海马旁回/下丘脑;右侧ACC与上述脑区的功能连接变化更显著(FDR校正,P<0.05)。提取静息态脑功能连接变化脑区平均Z值与BQDS、病程进行相关性分析,发现左ACC-桥脑功能连接与BQDS正相关(r=0.359,P=0.040);右ACC-左丘脑功能连接与BQDS正相关(r=0.459,P=0.007);右ACC-左楔前叶功能连接与病程负相关(r=-0.403,P=0.020);其他脑功能连接变化脑区并未发现与BQDS、病程存在显著相关。结论:本研究结果表明BQD患者存在脑内功能连接的改变,ACC与奖赏环路的连接增强,与认知网络的连接减弱,且右ACC-左丘脑以及左ACC-桥脑功能连接增强随着依赖程度加重具有累加效应,因此有可能作为槟榔依赖程度评估的功能影像学指标。这些大脑功能连接的改变可能是槟榔依赖的神经生物学基础,基于种子点的功能连接研究促进了我们对槟榔依赖的认识。第二部分槟榔依赖者静息态脑功能磁共振功能连接密度研究目的:本研究尝试采用功能连接密度图(functional connectivity density,FCD)方法的短程功能连接密度(short-range FCD)和长程功能连接密度(long-range FCD)对BQD者全脑水平功能连接的改变进行研究,探讨其可能的病理生理机制,并分析槟榔依赖者功能连接密度异常脑区与槟榔依赖程度和病程的关系。材料与方法:33例槟榔依赖者和32例健康志愿者,采用Siemens3T磁共振扫描仪进行静息态功能磁共振数据采集。采用功能连接密度方法对静息态功能磁共振成像数据进行脑网络分析,通过与32例健康对照组做对照分析,检测长/短程功能连接密度改变的脑区。并提取槟榔依赖者静息态长/短程功能连接密度变化脑区内部的差异统计值的峰值,与槟榔依赖患者的BQDS评分及病程进行相关分析。结果:以协变量的形式去除性别、年龄、脑灰质体积对研究的影响:与健康志愿者比较,BQD组长程功能连接密度降低的区域主要在右前扣带回(anterior cingulate cortex,ACC);增加的区域包括左小脑后叶(left cerebellum posterior lobe,CPL)及双侧顶下小叶(inferiorparietal lobule,IPL)。BQD 组短程功能连接密度降低的区域主要位于右ACC及左背外侧前额叶(bilateral dorsolateral prefrontal cortex,dlPFC),增加见于左CPL。发现右侧前扣带回短程功能连接密度与BQDS病程呈负相关(r=-0.432,P=0.012,Pearson相关分析),左顶下小叶长程功能连接密度与病程呈正相关(r=0.519,P=0.002,Pearson相关分析),其他异常改变脑区的长/短功能连接密度内部平均值并未发现与BQDS、病程存在显著相关。结论:首次使用功能连接密度分析方法对静息状态下槟榔依赖者的脑功能活动情况进行了分析,异常的脑区主要位于默认脑网络、奖赏环路和小脑,这一发现支持了慢性槟榔成瘾者认知功能和冲动控制功能下降,进而降低大脑的监测功能的理论。且右侧前扣带回及左顶下小叶静息态下的功能连接密度改变可作为稳定的评估槟榔依赖严重程度的功能影像学内表型用于预测易感性及监控病情的发展。小结本文借助基于种子点的功能连接分析方法和功能连接密度的静息态功能磁共振分析方法从不同侧面初步探讨槟榔依赖者大脑功能网络的改变及其与槟榔依赖程度及病程的关系,进而探索槟榔依赖的神经机制。主要的结论与发现如下:1)脑的结构组织所体现的功能特征主要表现在功能分区与功能整合上,不同功能脑区之间协调工作,构成一个脑的拓扑结构。物质成瘾存在神经适应性改变,涉及成瘾环路的可塑性变化,因此我们使用基于感兴趣区的功能连接分析技术分析了槟榔依赖者脑功能网络的变化,希望从功能整合层面对槟榔依赖探索其机制。结果表明BQD患者存在脑内功能连接的改变,ACC与奖赏环路的连接增强,与认知网络的连接减弱,且右ACC-左丘脑以及左ACC-桥脑功能连接增强随着依赖程度加重具有累加效应,因此有可能作为槟榔依赖程度评估的功能影像学方面的生物学标记指标。这些大脑功能连接的改变可能是槟榔依赖的神经生物学基础,基于种子点的功能连接研究促进了我们对槟榔依赖的认识。2)为克服基于种子点的功能连接分析方法潜在的先验偏倚,另采用基于图论的功能连接密度(functional connectivity density,FCD)方法分析全脑功能。结果表明异常的脑区主要位于默认脑网络、奖赏环路和小脑,这一发现支持了慢性槟榔成瘾者认知功能和冲动控制功能下降,进而降低大脑的监测功能的理论。且右侧前扣带回及左顶下小叶静息态下的功能连接密度改变可作为稳定的评估槟榔依赖严重程度的功能影像学内表型用于预测易感性及监控病情的发展。