基于多模态MRI对慢性背痛dACC-PFC连接通路的研究

Due to high incidence, high disability rate and high economic burden, chronic back pain (CBP) has attracted widespread attention in the medical field. Evidence from previous neuroimaging results suggest that the dorsal anterior cingulate cortex (dACC) is a key neural substrate for the interaction of pain, cognition and emotion. As a crucial site for attention control, dACC's specific role is to detect the conflict, and drive the dorsolateral prefrontal cortex (PFC) to resolve the conflict. Neuropsychological studies show that CBP is often accompanied with impaired attention. However, no study was found to study the connectivity of the dACC-PFC in patients with CBP based on multi-modal magnetic resonance imaging (MRI) as far. In order to explore the central processing mechanisms of the attention modulation in patients with CBP, in the present study, we aim to: (1) explore the task-specific activation pattern of the dACC-PFC pathway; (2) analyze the spontaneous brain activity of the pathway and (3) the diffusion characteristics of such pathway. The success of this project will help to uncover the role of the brian in the cognition control associated with CBP, and provide a neural basis for the understanding of the brain mechanism of impaired cognitive function and the selection of the target of treatment in patients with chronic pain.

慢性背痛（CBP）具有高发病率、高致残率、高经济负担等特点，已引起医学界的广泛关注。神经影像学研究表明，背侧前扣带回（dACC）是疼痛、认知、情感交互作用的关键场所。作为注意力控制的关键脑区，dACC的作用是检测冲突并驱使背外侧前额叶皮层（PFC）解决冲突。神经心理学研究表明CBP常伴有注意力减退，但是，目前尚未有用多模态MRI对CBP注意力通路dACC-PFC连接性的研究。为了探明CBP注意力减退的中枢机制，本课题拟采用fMRI和DTI方法，研究CBP大脑dACC-PFC功能连接任务特异性的激活模式，分析该通路在静息状态下的自发活动特征，评价该通路相关的大脑白质束的弥散特点；从结构和功能两方面揭示CBP大脑注意调节通路dACC-PFC的完整性。该项目的顺利完成有助于更准确的揭示大脑在CBP认知功能中发挥的生物学意义，为理解慢性疼痛认知功能减退的脑机制及治疗靶点的选择提供新的思路。

慢性背痛（CBP）具有高发病率、高致残率、高经济负担等特点，已引起医学界的广泛关注。疼痛是一种多维度的经历，不仅包括疼痛和疼痛防御成分，还包括情感认知维度，但人们对情感认知维度的理解远不如对疼痛处理机制的理解。本课题通过研究CBP注意力相关的中枢机制以期更准确的揭示大脑在CBP发生发展中发挥的生物学意义。课题的主要研究内容有：CBP大脑“扣带回-额叶-顶叶”（CFP）注意力网络在应对注意力任务“多源冲突任务”时的响应模式；CBP前扣带回背侧（dACC）与额叶及其他相关脑区间特异的功能连接模式；CBP情感认知相关的大脑结构异常。三年来我们已顺利完成了主要研究内容。并有如下发现：1）与健康被试相比，CBP其CFP网络在应对注意力任务时激活减弱，包括前扣带回背侧、右侧前额叶背外侧皮层、扣带旁回、上顶叶及左侧杏仁核。其中右侧前额叶的激活与疼痛强度呈明显负相关；执行注意力任务时，CBP的dACC-双侧前额叶、左侧额-顶叶之间功能连接增强。CBP静息态下dACC与全脑多个脑区的功能连接增强，包括双侧额叶、左侧上顶叶等多个脑区。这表明CBP患者具有受损的注意力处理能力，这种注意力的减退程度与疼痛有关。2）CBP大脑白质弥散参数出现异常，CBP患者双侧扣带束、左侧钩束、双侧外囊、左上辐射冠各向异性分数低于健康被试组；右侧扣带束的纵向扩散率增加。这些异常进一步反映了CBP情感通路与注意力通路存在重组。3）CBP大脑结构异常，包括：杏仁核的体积减小；包括额叶在内的多个脑区灰质体积减少。同时我们还发现慢性腿疼尾状核体积减少，这可能与因疼痛致运动减少有关。CBP注意力、情绪相关的中枢调节机制存在异常，这些结果可为我们全面认识CBP的病理生学机制提供帮助，并为全面治疗慢性疼痛提供新的思路。本项目共发表论著文章3篇，其中SCI收录两篇，Medline收录1篇，本项目资助的部分论文参与申报并获得陕西省科学技术奖二等奖1项（排名第二）。课题负责人获得国家留学基金委资助的去哈佛大学访学一年的机会。

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