作者：关依霖，朱攀，吴雪婷，彭翔，龚佳英，中山大学附属第六医院
研究发现IBD患者焦虑和
探索IBD引起的脑区域变化并确定其微观结构和相互作用，神经成像是一种有价值的非侵入性技术。近年来，基于磁共振成像的IBD神经影像学研究取得了初步成果。神经成像技术能够无创、实时地检测脑组织的微观结构及其相互作用。综合影像资料和临床指标，还可以帮助了解具体的病理生理过程。如今，流行的模式可以分为三种。
第一种是形态学改变，包括基于体素形态学分析（voxel-based morphometry，VBM）、基于表面的形态学（surface-based morphometry，SBM）和扩散张量成像（diffusion tensor imaging，DTI），分别主要集中在灰质、皮层和白质。第二种是功能模式，包括
1.
1.1 基于体素的形态学研究
基于体素形态学分析（voxel-based morphometry，VBM）具有自动、全面和客观等优点，通过对脑灰质、白质的密度、体积等参数的量化计算，为脑灰白质病变的评估提供了新方法。一项关于CD患者脑结构及功能的荟萃分析显示，CD患者的内侧额叶回的灰质体积（gray matter volume，GMV）减小。
HUANG 等研究发现CD 的GMV 增加出现在海马旁回、中央前回、楔前皮质和胼胝体下皮质，减少出现在枕极、中央前回、颞下回、额中回、角回、额极、枕外侧皮质和舌回，右颞极的 GMV 与精神心理因素等呈负相关，提示心理因素对CD患者大脑灰质结构有一定的影响。目前关于IBD患者出现脑结构变化的研究较多，尚无统一结论，主要是集中在与疼痛、情绪、认知和内脏感觉相关的大脑区域，如扣带回、皮质、脑岛等。
1.2 基于表面的形态学分析
基于表面的形态学（surface-based morphometry，SBM）是一种利用磁共振成像数据，通过测量脑组织的厚度、表面积、体积和曲率等参数，对大脑灰质形态进行定量化的成像技术。KORNELSEN等使用VBM和SBM测量皮层厚度、旋转、皮层复杂性和脑沟深度。发现在皮层厚度方面，IBD组表现出广泛的左侧集群变薄，在皮层复杂性方面，IBD组在左梭状回和右后扣带回表现出更大的复杂性。在灰质体积、脑回化或脑沟深度方面没有发现显著差异。与传统的VBM技术相比，SBM可以综合反映皮层厚度、表面面积、凹凸度、曲率等多种特征，这也是其较VBM最具优势的特点。
1.3 扩散张量成像
扩散张量成像（diffusion tensor imaging，DTI）利用脑内水分子运动来研究脑内微结构的改变，其基本思想是利用脑内各物质的空间分布及弥散特征来反映脑内微结构的改变，可以更形象地反映不同区域的神经纤维联系。DTI 图像特征常用参数包括各向异性分数（fractional anisotropy，FA）、轴向扩散系数（axial diffusivity，AD）、径向扩散系数（radial diffusivity，RD）和平均扩散系数（mean diffusivity，MD）。
HOU 等发现处于缓解期的CD 患者在各种白质束（如语言、感觉运动、注意力、执行功能、疼痛、抑郁和焦虑感觉）表现出改变，其双侧扣带回的FA 的下降、左扣带回的MD 增加及双侧扣带回的AD 增加提示抑郁/焦虑加重。左侧额枕下束和双侧纵向上束的MD 及双侧上纵束AD 增加，以及右侧下纵束、左侧上纵束和左侧上纵束颞部 RD 增加可能表明语言功能下降。右侧皮质脊髓束RD增加可能反映感觉运动功能下降。因此，白质束连通性可以作为CD 神经精神合并症的生物标志物。
1.4 弥散峰度成像
扩散峰度成像（diffusion kurtosis imaging，DKI）是基于传统DTI的一种新的弥散成像技术，能够反映生物组织内水分子的非高斯扩散特性，能反映组织微结构的复杂性和疾病相应的病理变化。DENG等利用静息态功能磁共振成像和扩散峰度成像数据，发现IBD 患者默认模式网络（default mode network，DMN）和皮层下网络（subcortical network，SCN）的脑网络结构发生了变化。上述脑结构的变化可能与慢性系统性炎性反应、疼痛、精神疾病等因素有关。现有研究证实IBD患者脑组织结构发生了变化，但受限于横向研究，无法明确其与发病间的因果联系。有些研究未观察到IBD患者脑组织的微观结构变化，这可能是由于样本偏倚和数据处理的不同所造成的。
2. fMRI
血氧水平依赖磁共振成像（blood oxygenation level-dependent functional magnetic resonance imaging，BOLD-fMRI）是目前应用最多的方法，它通过检测神经递质活性导致局部血氧饱和度的升高，从而反映局部神经元放电率。包括任务态和静息态两种方式。
2.1 任务态fMRI
需要受试者在接受MRI检查过程的同时，执行被设计为针对单一功能的特定的任务，来检测任务脑区的激活情况。该技术多用于
NAIR等通过言语流畅性任务（verbal fluency language task，VF）对CD 患者的认知功能进行评估，发现缓解期患者的认知功能存在加速老化现象。最新研究联合SBM研究进一步证实CD的大脑区域有更多的大脑形态测量差异，这表明 CD 对大脑有影响，使其看起来与年老的HC 更相似。这些任务态fMRI结合多种实验设计，深入研究IBD并发心理障碍及认知障碍的神经机制。
2.2 静息态fMRI
静息状态以呼吸缓慢、身体或心理活动少为特征，扫描时被试者需保持清醒并不做任何思想活动。与任务态fMRI相比，患者更容易配合，特别是对于有
局部脑区活动分析包括：局部一致性分析（regional homogeneity，ReHo）、低频振荡振幅分析（amplitude oflow frequency fluctuation，ALFF）和比率低频振荡振幅（fractional amplitude of low-frequency fluctuation，fALFF）。功能连接（fouctional connectivity，FC）分析包括：基于种子的相关分析（seed-based correlation analysis）、独立成分分析（independent component-analysis， ICA）、 Granger 因果分析（Granger causality analysis，GCA）、基于体素镜像同伦连接（voxel mirrored homotopic connectivity，VMHC）方法。上述方法从脑功能角度研究大脑的自发活动规律、功能连接模式以及脑网络的拓扑特性。
2.2.1 基于rs-fMRI 的IBD 局部脑区活动研究
ReHo分析法基于相邻体素之间BOLD信号的波动来评估同步程度，以提供关于局部活动的信息。LI等研究发现CD患者左侧前扣带皮层、辅助运动区、壳核和双侧额上回ReHo值升高，其ALFF值也明显增高。HUANG等发现与HC相比，活动性CD患者额叶上内侧、额叶中部的ReHo值较高，中央后区、辅助运动区和颞中区的ReHo值较低。非活动性CD患者在额叶中部表现出较高的ReHo值，而在中央前回、中央后回和壳核中表现出较低的ReHo值。这些结果为CD的静息态大脑活动异常提供了证据。
ALFF 分析法可以反映大脑各体素的自发活动水平。ALFF 是低频段频谱振幅含量，fALFF 表示低频振幅与全部振幅的比值，是ALFF 的改良版，可克服ALFF易受生理噪声影响的缺陷。目前尚未有文献报道计算IBD 患者的fALFF 指标。HUANG等发现与缓解期CD相比，活动期CD中右侧舌回、右侧楔前皮质和左侧枕叶梭状回的ALFF 值降低。
同时，CD 患者右侧楔前皮质ALFF值与红细胞沉降率呈负相关，左侧枕梭状回ALFF值与CD 患者恐惧焦虑评分呈负相关。这些大脑区域中ALFF值的差异与HC无关。并且这些大脑区域的 ALFF 值是疾病活动的独立预测因子，提示这可能反映与疾病活动状态的不同阶段以及不同水平的临床或心理症状强度，是潜在的神经影像生物标志物。尽管现有研究发现IBD 存在多个脑区活动异常，但涉及ReHo、ALFF值改变的脑区分布尚无统一结论，这可能与入组IBD患者所处时期（缓解期、活动期）、数据处理过程有关。但目前普遍认为IBD患者在与情绪、疼痛和认知功能相关的脑区表现出异常的神经活动。
2.2.2 基于rs-fMRI的IBD功能连接研究
功能连接是一种描述大脑各区域间联系强度的分析方法，已被广泛用于IBD 患者的脑功能研究。在IBD 研究中较多使用基于种子点分析和独立成分分析。目前尚未有文献报道关于IBD 的VMHC、GCA研究。基于种子点分析通过选择感兴趣区（region of interest，ROI），计算该ROI 与全脑体素的线性相关性，具有简单性、可解释性和直接性，是最常用的功能连接分析方法。
SUN等探讨了健康对照和CD患者（无论是否患有焦虑或抑郁）杏仁核亚区的静息态功能连接，亦发现不伴焦虑/抑郁组的杏仁核左侧中心内侧亚区域和左侧岛叶之间的 FC 降低，这可能归因于CD 疾病本身，伴抑郁/焦虑组中观察到的右侧额中回和海马FC 降低可能主要归因于情绪障碍。KONG等发现CD患者在默认模式网络（default mode network，DMN）内的功能连接有所增加，前扣带回（anterior cingulate cortex，ACC）和杏仁核之间的FC降低。
CHEN等发现CD患者腹痛时导水管周围灰质（the periaqueductal gray，PAG）与DMN通路的功能连接性受损。然而，该方法依赖定义的种子点，且不同的种子点得到的结论不尽一致，且不能从整体上对脑网络进行整体观察和对多个系统的观察。独立成分分析（independent component analysis，ICA）是对信号进行盲源分离（blind source separation，BSS）的一种分析方法，通过算法将全脑体素的信号分割为时间和空间上相互独立的成分。ICA 在体素-体素水平上执行，无需预先选择感兴趣区，其优势在于能够识别全脑区的功能连接，且不受节点边界的限制。
LI 等使用ICA 分析静息态网络（resting-state networks，RSN），识别出6个CD相关的RSN，即高度视觉、主要视觉、语言、背侧默认模式、后岛叶网络和楔前叶网络，其中主要视觉和语言网络发生了显著变化。THAPALIYA等评估了健康对照组和活动性CD 患者之间RSN 的差异，观察到CD 患者中额顶叶网络和视觉网络的连接性增强，CD 中的显著网络、默认网络和小脑网络的活动减少。 这些与认知、注意力、情绪和疼痛相关的RSN 的FC 改变可能代表慢性全身炎症、腹痛、疾病持续时间和严重程度的神经相关性。
2.2.3 基于图论的脑网络分析
基于图论的复杂脑网络分析技术是目前脑科学领域的热点。大量的研究成果已经证明，大脑并非完美的随机或有序网络，而具有“经济性的”“小世界”网络特征。LIU等研究了CD患者的大脑功能网络的拓扑改变，发现CD患者大脑功能网络的局部和全局拓扑模式被破坏，包括皮层下网络、感觉运动网络、认知控制网络和默认模式网络的节点图指标下降，以及这四个网络内部和之间的功能失调。这有助于理解CD脑功能异常与整体及局部脑网络拓扑性质变化的相关性。
目前国内外对于IBD患者脑网络拓扑属性改变的研究较少，今后可更多挖掘以完善IBD相关的脑网络分析。ReHo、ALFF和功能连接是 rs-fMRI的主要研究方法，基于图论的脑网络分析是现在IBD脑功能领域的新研究热点，多种方法结合更能综合反映脑网络的变化。
3. 磁共振波谱研究
氢质子磁共振波谱（1 H magnetic resonance spectrum，1 H-MRS）通过在体定量/半定量检测脑组织中的代谢物，包括
KONG 等的研究结果显示，患有严重疼痛的CD患者双侧ACC具有更高的Glu/tCr值和更低的GABA/tCr值。该团队另一项研究也提出活动期患者的ACC 中Glu 水平高于缓解期患者或HC，Glu浓度与ACC中的ALFF呈正相关。上述研究均提示CD患者ACC存在代谢改变，这可能与疼痛、情绪状态和潜在的神经炎症过程有关。脑内生物代谢物的改变通常先于其本身的结构，磁共振波谱（MRS）在研究脑内代谢物的变化上有其独有的优势，因此，1 H-MRS 可为神经系统疾病的早期发现和更有效的治疗方法提供依据。
综上所述，尽管不同研究得出与炎症性肠病有关的大脑区域变化的结论不尽相同，但较一致地发现IBD患者异常脑区主要集中在扣带回、额叶、杏仁核和脑岛等与认知、情绪、疼痛的相关脑区。与YANG等的系统综述结论一致，首先，这些发现表明 CD 患者的大脑功能发生了变化，特别是影响与疼痛、情绪、认知和内脏感觉相关的大脑区域；其次，疾病活动可能对CD患者的大脑功能产生影响；第三，心理因素可能与克罗恩病患者大脑功能的改变有关。
综上所述，神经影像学的研究方法有多种，各有优缺点，综合运用结构与fMRI技术及MRS，能更好的评估脑结构、内在神经功能及代谢的变化。在以后的研究中，对IBD 的脑功能改变进行纵向研究。并采用多模态神经影像，联合其他成像方式（如脑电图和脑磁图）及肠道微生态研究，研究脑结构、功能、代谢及肠道微生态改变间的相互关系，以期进一步揭示IBD的神经系统病理生理改变。
来源：关依霖,朱攀,吴雪婷,等.炎症性肠病脑功能及结构变化研究进展[J].医学影像学杂志,2025,35(02):126-130.DOI:10.20258/j.cnki.1006-9011.2025.02.029.
(本网站所有内容，凡注明来源为“医脉通”，版权均归医脉通所有，未经授权，任何媒体、网站或个人不得转载，否则将追究法律责任，授权转载时须注明“来源：医脉通”。本网注明来源为其他媒体的内容为转载，转载仅作观点分享，版权归原作者所有，如有侵犯版权，请及时联系我们。)
