摘要
抑郁症是一种常见的精神障碍，以显著而持久的心境低落为主要临床特征，在极端情况下会导致自杀。多年来的功能影像研究证实，抑郁症与情绪认知相关脑区的功能异常有显著的相关性，且与大规模脑网络的功能失调密切相关。静息态脑网络已被证实具有丰富的时空动态性及多频段振荡信息，但抑郁症中大脑时频模式在情绪处理和认知功能中的异常仍未得到充分探究。自杀被认为是抑郁症的毁灭性结果，但其机制研究和临床评估也仍面临很大挑战。本文工作主要是利用脑磁图高时空分辨率和多频段信号的特点，结合多种机器学习算法来研究抑郁症患者大脑功能网络中时频模式的变化。研究目标是从多角度探讨抑郁疾病和临床自杀相关的神经机制，提供多种脑影像标记物来辅助临床诊断。主要工作内容如下： 1.针对以往抑郁症研究在广泛发现的默认模式网络中报告结果的不一致性，我们在25名抑郁症患者和25名健康对照的静息态脑磁图数据中，利用动态功能连接和聚类算法在抑郁症默认模式网络alpha频段（8-13Hz）活动中划分出亚秒级功能连接微状态。抑郁症患者在正性功能连接主状态下表现出一种瞬时显著降低模式，反映了网络间与网络内的连接失常，同时在一个附属的负性相关状态中腹内侧前额叶皮层和后扣带皮层之间的连接显著增加。据此我们讨论了附属微状态和功能主状态之间存在的功能代偿机制，并提出了动态的功能连接网络变换可能是导致静态研究结果不同的原因。 2.之后，由于抑郁自杀在时空动态上的神经机制也仍未知，我们研究了根据有无自杀未遂史分为两组的抑郁症患者，包含34名自杀未遂与44名无自杀患者，在全脑源空间的脑磁图序列中使用隐马可夫模型进行对时间和频段的双维度信息分解，得到在亚秒级水平的瞬时激活状态。自杀未遂者的静息态活动更频繁地转向额颞网络，表现为额颞网络的状态占用时间显著增加，发生间隔时间显著减少，其时间稳定性参数还与临床评估的自杀风险分数呈现显著相关。自杀未遂者在默认模式网络的theta频段（4-8Hz）中也表现出显著增加的状态能量激活。额颞网络的动态分配失调可能增加了患者的神经疼痛和认知控制异常，而默认模式网络的异常动态激活进一步加剧了自杀未遂倾向，这些发现从时频模式角度提供了自杀未遂的动态神经机制和客观预测指标。 3.此外，以探究抑郁自杀的潜在电生理机制为目标，我们从局部脑区神经振荡到整合形成神经网络作为研究方向。利用一种全新拟合振荡算法去除神经背景噪音，来计算与以上一章相同的数据集中自杀未遂抑郁症患者脑网络内，感兴趣脑区在振荡频段中的真实能量及其对所处网络的控制中心度的变化。在自杀未遂者中发现背内侧前额叶在beta频段（13-30Hz）的激活能量显著增强，并与临床评估的自杀风险分数呈现显著正相关，而对其所处网络，中央执行网络的控制能力显著下降。这种核心节点的过度局部化解释了支持认知控制的神经回路中断，导致了抑郁症患者自杀倾向增加，为临床中预测自杀提供了电生理角度的潜在指标。 4.最后，为了探究自杀意念的增强和意念转化到自杀行动两个阶段不同的神经异常机制，我们使用半监督学习框架在14名极低自杀风险和12名伴自杀未遂极高风险抑郁症患者之间对比中提取自杀相关特征，排除疾病干扰。据此对37名存在自杀意念的多数患者群体进行聚类得到自杀风险高低评估，构建从无自杀—低风险—高风险—自杀未遂的自杀谱系，谱系中的特征距离分布与临床评估的自杀风险分数呈现显著正相关。此外，随自杀风险增高的脑皮层到皮层下环路alpha与gamma（30-48Hz）跨频段功能耦合中发现，抑郁症患者的自杀意念发展为自杀未遂行为是从眶额区主导的腹部认知环路异常到背外侧前额叶主导的背侧认知环路异常的转换导致的，这种自杀谱系的不同阶段对于抑郁症中对自杀的理解和评估具有重大的意义。 综上，本文依据静息态脑磁图的信号特点，在脑网络的时频模式中进行了多角度探究，以期为理解抑郁症神经机制和发现临床自杀客观神经标记物提供帮助。
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