功能性磁共振波谱(fMRS)核心技术构建及对社交焦虑障碍神经生化机制的进一步研究

Functional MR spectroscopy (fMRS) is capable of in-vivo, non-invasive detection of the dynamic changes of neurotransmitters and related metabolites in task-induced brain activation, and therefore stands at the forefront of MRS researches and serves as a useful methods for studies of psychiatrical disorders. The applicants, based on their previous findings of significantly decreased creatine level in the dorsal lateral prefrontal cortex in social anxiety disorder (SAD) hypothesize that the neurobiochemical mechanism of SAD consists of the initial overactivity of neurotransmitters like glutamate, the subsequent imbalance of energy metabolism and the final dysfunction of neurons. To verify this hypothesis, this project is designed to explore the changes of glutamate, gamma--aminobutyric acid etc. under different functional state, e.g., rest-task ( anxiety stimuli vs neutral stimuli)-rest, using optimized task design, optimized MRS sequences for better spatial the temporal resolution and fMRI-based selection of volume of interest. The application of this project is expected to provide theoretical support, objective evaluation method, as well as treatment target for the management of SAD.

功能性磁共振波谱（fMRS）可以无创性检测任务刺激下脑神经递质及其相关代谢物的动态变化，是波谱研究的发展方向和探索精神疾病病理机制的重要手段。申请人在既往研究中发现社交焦虑障碍患者前额叶背外侧皮层的肌酸浓度显著降低，并据此提出了以谷氨酸等神经递质异常活动为信号通路源头，以能量代谢失衡为桥梁环节，以神经元功能失常为受损靶点的神经生化机制假说。为验证这一假设，本课题拟通过适当的任务刺激在实验环境中构建焦虑状态，通过优化序列提高MRS的空间分辨率和时间分辨率，通过适时重建fMRI数据揭示异常激活的脑功能区作为MRS的感兴趣区，检测谷氨酸、伽马氨基丁酸等神经递质及其相关代谢产物在"静息-任务刺激（致焦虑刺激 vs 中性刺激）-静息"三种不同功能状态下的动态改变。本课题的实施将为社交焦虑障碍的诊治提供理论依据、客观评价手段和治疗作用靶点。

社交焦虑障碍（social anxiety disorder，SAD）是一种常见的可导致社会功能残疾的慢性精神疾病。然而，SAD发病的微观结构、生化代谢机制尚不明确，使疾病的诊断与治疗存在较大困难。基于我们既往的工作基础和文献报道，我们提出以谷氨酸等神经递质异常活动为信号通路源头，以能量代谢失衡为桥梁环节，以神经元功能失常为受损靶点的神经生化机制，并在生化异常基础上继发脑组织结构受损的假说。为验证此假说，本课题以双侧DLPFC为感兴趣区，采用优化的功能性MRS序列（fMRS）检测各种代谢物在痛觉刺激前、后的浓度信号，并利用LCModel软件分析谷氨酸（Glu）、伽马氨基丁酸（GABA）等代谢物浓度，并评估代谢物浓度与临床量表的相关性。同时采集3D-T1 MRI图像，采用基于体素的形态学分析（VBM）方法及基于顶点的皮层厚度分析方法分析SAD患者大脑结构的改变。在结构研究中，我们发现SAD患者较正常人双侧眶额叶、丘脑和壳核灰质体积显著减少。同时发现内侧前额叶、DLPFC、岛叶、左颞极、右顶叶及右侧中央前回皮层厚度显著增加，以右侧中央前回为著；而左外侧框额叶和双侧额中回下部皮层厚度显著变薄。灰质体积与皮层厚度异常改变揭示眶额-纹状体-丘脑环路，默认网络与背侧注意网络在SAD神经病理学机制中可能发挥作用。双侧DLPFC的MRS结果显示SAD组左侧DLPFC Glu平均浓度低于对照组，而右侧DLPFC Glx平均浓度高于对照组,其中右侧差异达到统计学显著性。在痛觉刺激前后SAD组与对照组的代谢物变化未达到显著水平。上述研究表明双侧DLPFC皮层厚度的增加和代谢物异常在SAD神经病理学机制中可能发挥作用，由于MRS研究样本量较小，所以需进一步改进研究方法、扩大样本量探索代谢物浓度的改变。