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Research Articles导读|时差对于脑白质功能的影响

Psychoradiology 精神影像学 2022-04-29


本文亮点:

1、 跨越五个以上时区的长途飞行可能会导致昼夜节律紊乱,产生时差症状。本研究首次对时差引起的白质功能改变进行系统研究,为白质功能网络在认知神经科学和临床神经精神病学中应用的又一例证;

2、 本研究结果表明扣带回相关白质功能网络连接改变与时差引起的正性情绪减低显著相关;

3、 文章最后附送调整时差、减少时差症状的有效方法。


图1 (图片来自网络)

我们在乘坐飞机到国外旅行时,由于时差的变化,会引起人昼夜节律紊乱,导致睡眠-觉醒障碍,医学上叫做时差综合症,可以引起恶性、呕吐、便秘、腹泻等胃肠道症状,以及焦虑、消极等情绪变化,严重的会影响人类的认知、决策能力等。时差症状的严重程度和持续时间依赖于跨越时区的数目、方向、启程和到达时间以及个人的耐受性。短期内的一次跨时区飞行引起的时差症状常伴有睡眠剥夺,通常需要8天或者更长的时间人体的生理功能才能适应这种变化。对于长期来回穿梭不同时区的人,可以出现慢性的睡眠剥夺以及活动能力受损。由于睡眠-觉醒问题与大脑功能息息相关,因此研究其神经机理就显得尤为重要,可以根据脑功能的变化特征做出适当应对策略,缓解时差导致的症状。
我们大脑神经元的细胞体聚集在大脑表层,看起来颜色深,叫做脑灰质。以往的脑功能影像研究,通常只关注大脑灰质部分神经元活动所产生的信号,认为灰质对大脑功能至关重要。已有对长途飞行后成年人的大脑灰质功能研究发现其默认网络功能连接显著弱于对照组,且其小世界拓扑属性也发生了改变。
然而,大脑除了表层的灰质结构外,另一重要的组成部分是脑白质,为大脑内部神经纤维聚集的地方,由于其区域比细胞体聚集的大脑表层颜色浅,故名脑白质。脑白质由脑中另一类重要细胞-神经胶质细胞-包裹连接不同神经元的轴突形成,确保神经元信号传递的高效性和准确性。以往人们认为白质只是一个支撑结构,所以通常只关心其形态结构的变化。而近年的研究表明,白质区域也表现出与灰质相似的血氧水平依赖信号波动,同样携带重要的表征大脑功能的信息,并且近期的研究也发现白质功能网络的改变与癫痫、中风和帕金森氏病等疾病有关。

图2
(图片来源:https://zhuanlan.zhihu.com/p/37659174)

已有的睡眠相关研究中多次报道额叶、颞叶、扣带回和胼胝体白质的改变,但仍缺乏对大脑白质功能的研究。由于时差是一种短暂的生理状态,在短时间内可能得到恢复,从而研究脑白质功能比结构更有意义。因此本研究中对长时程飞行后被试的白质功能网络连接进行了探索性分析,有望进一步深入了解大脑功能网络特性。

方法

分别采集了23名正常成年受试者在跨越6个时区飞行后的24小时内和恢复50天后的静息态fMRI数据、睡眠评测数据、心理行为数据(正负性情绪量表和状态焦虑量表)、哥伦比亚时差症状量表等。

表1

首先,利用SPM12和DPARSF软件在MATLAB中对fMRI进行预处理。其中,在平滑过程中对灰质和白质分别进行平滑处理后再将图像合并,并对合并后的图像进行空间标准化。然后,采用K-均值聚类的方法,分别识别出最具稳定性的灰质网络和白质网络。计算白质-白质网络间的稳态和动态功能连接,以及基于灰-白质相关的白质网络间相关的功能连接functional covariance connectivity (FCC)。最后,采用配对T检验对比飞行后24小时内和50天后恢复状态下功能连接强度的差异,对结果采用FDR方法进行多重比较矫正。提取有意义的功能连接值,在控制性别、年龄的条件下,采用偏相关分析探索时差症状与脑区功能连接的关系。数据分析具体流程见图1。

图3 数据处理流程

结果

哥伦比亚时差量表评分显示所有受试者在飞行后的24小时内均出现时差症状,其中最突出的症状是困倦、焦虑和正向情绪减低(表1)。对白质静息状态网络的稳态和动态功能连接进行综合分析,发现后扣带回白质网络(WM7)和中央前/后回白质网络(WM3)是与时差相关症状相关的最重要的脑网络(图2),与恢复状态相比,飞行后24小时内被试的WM7和WM3间的功能连接较弱(图3)。
此外,飞行后的24小时内相比恢复状态,WM7与感觉运动灰质网络(GM7)、腹侧额叶白质网络(WM14)与视觉皮层网络(GM4)功能连接减弱(图4和图5),并且WM7与其他白质网络也具有较弱的功能连接。值得注意的是,研究发现时差状态下,正向情绪得分与WM7和GM7的功能连接呈显著负相关

图4 白质网络

图5 白质网络功能连接

图6 灰质网络

图7 白质-灰质网络功能连接

讨论

扣带回网络在信息处理中具有至关重要的作用。既往的研究表明在睡眠障碍和情绪障碍的受试者中均存在扣带回功能和白质结构的损伤。
本研究中,相比恢复期,时差症状下被试的后扣带回网络 (WM7) 和下纵束网络 (WM2) 之间的 FC 较弱的发现与针对白天过度嗜睡、抑郁症、精神分裂症和自闭症谱系障碍患者的研究结果一致。
此外,在WM7与眶额和颞下网络 (WM13) 之间观察到 FC 减少。有报道称,睡眠剥夺后眶额叶活动减少,并有助于调节积极的情绪敏感性。WM7与其他白质网络间功能连接减弱可能一定程度上反应了昼夜节律、情绪对于脑功能连接的影响。
研究结果表明时差与稳态和动态白质网络功能连接的改变有关,尤其是感觉运动白质网络功能连接的改变。研究结果也进一步说明白质功能网络的信息可为认知神经科学和临床神经精神病学的研究提供新的证据支撑。

# 调整时差小技巧

饮食调时差法:

近些年,有几项美国军方、哈佛大学的研究1-3证实了饮食和进食时间可以影响人体的生理节律,即生物钟,通过调整飞行前后的饮食结构和进食时间可以有效的调整时差,减小时差带来的不适症状。具体方法如下:


时间

原则

三餐进食

咖啡因饮料

出发前3天

吃好

早、午餐高蛋白饮食,晚餐高碳水饮食

只在 3-5 pm饮用

出发前2天

吃少

沙拉、汤羹、水果、果汁等

出发前1天

吃好

早、午餐高蛋白饮食,晚餐高碳水饮食

出发当天

吃少

沙拉、汤羹、水果、果汁等

向西飞行:早上出发前饮用;

向东飞行:晚上6-11点饮用

出发当天

吃好

早餐高蛋白饮食,其余恢复正常饮食


_

备注:

1. 飞机上不饮用酒精饮料;

2. 如果飞行时间足够长,睡到当地早餐时间,享受目的地早餐。睡眠时使用眼罩,以保持接触的光照与目的地户外光照同步;

3. 抵达当天起按照目的地时间饮食和作息。


祝您在长途旅行之后不受时差症状困扰
可以尽情享受目的地的美景和美食!


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参考文献

[1] The Argonne Anti-Jet-Lag Diet,  http://www.netlib.org/misc/jet-lag-diet

[2] Fuller P.M., Lu J., Saper C.B. (2008) Differential rescue of light- and food-entrainable circadian rhythms. Science 320(5879):1074-77.

DOI: 10.1126/science.1153277

[3] Hanauer, S. (2008) Jet lag: life in the fast (and feast) lane. Nat Rev Gastroenterol Hepatol 5, 349.
DOI: 10.1038/ncpgasthep1187

小贴士

办刊宗旨:

1. 出版国际精神影像学领域最新重要研究成果和进展;

2. 为精神疾病的诊断、治疗和预防提供新的理论基础、方法及经验分享;

3. 为国内外临床医生、研究人员等提供学术交流平台,服务医学事业发展;

4. 填补学科领域期刊空白,保持我国在该领域的引领地位。


目前我们已经组建了国际化的编委团队,聘任国内外知名专家共 38 名。主编为四川大学华西医院龚启勇教授,电子科技大学 Keith Maurice Kendrick 教授,中国科学院院士、北京大学陆林教授。编委成员具有多学科背景,其中包括中国科学院院士陈霖教授,英国皇家学会会士、英国医学科学院院士、中国工程院外籍院士 Sir Colin Blakemore 教授,英国医学科学院院士 Trevor Robbins 教授,以及美国医学与生物工程院会士 Bharat Biswal、 Gary Glover 教授等知名学者。


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资料来源 | 精神影像学期刊编辑部
文 | 张菲菲
编辑 | 任美佳
责编 | 蒋苹

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