心理性勃起功能障礙腦網(wǎng)絡(luò)研究進(jìn)展

楊雨晴，牟林軒，渠鎏，姚俊鵬，鄢香蕓，蘇程果，張培海，李瑛

作者單位：1.成都中醫(yī)藥大學(xué)，成都 610075；2.成都中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院男科，成都 610032；3.成都中醫(yī)藥大學(xué)研究生院，成都 610072

陰莖勃起是一個依賴于大腦廣泛功能區(qū)域，集認(rèn)知、情緒以及生理活動為一體，多維度生理與心理的動態(tài)性反應(yīng)過程[1]。既往認(rèn)為心理性勃起功能障礙(psychogenic erectile dysfunction,pED)是由于心理或人際因素，如焦慮、抑郁、缺乏自信或其他心理因素所致，不伴疾病相關(guān)的器質(zhì)性病變，并缺乏特異性的生物標(biāo)志物[2-4]。近年來，大量的神經(jīng)影像學(xué)技術(shù)應(yīng)用于pED中樞機(jī)制研究。研究表明，pED的發(fā)病可能與大腦結(jié)構(gòu)和功能網(wǎng)絡(luò)的異常改變有關(guān)，pED 患者的大腦在信息傳遞、加工和整合方面出現(xiàn)異常[5-6]。本文將對pED 患者大腦結(jié)構(gòu)性和功能性網(wǎng)絡(luò)的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，以期揭示pED 的中樞病理特征和潛在發(fā)病機(jī)制。

1 大腦復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的分析方法概述

人腦被普遍認(rèn)為是復(fù)雜并且高效的信息處理系統(tǒng)[7]，擁有數(shù)以萬億計的神經(jīng)元細(xì)胞和突觸，其錯綜復(fù)雜的連接模式和動態(tài)變化構(gòu)成了復(fù)雜的大腦網(wǎng)絡(luò)。高效的腦網(wǎng)絡(luò)對海量的信息傳遞必不可少，而腦網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)或功能的異常勢必影響信息傳遞的速度和效率[8]。通過研究大腦復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)涮卣?，可以揭示疾病中樞病理特征和潛在發(fā)病機(jī)制。無數(shù)的節(jié)點和邊相互連接構(gòu)成了復(fù)雜的大腦網(wǎng)絡(luò)。在物理意義上，大腦的網(wǎng)絡(luò)連接可分為結(jié)構(gòu)連接和功能連接，分別對應(yīng)為結(jié)構(gòu)性腦網(wǎng)絡(luò)和功能性腦網(wǎng)絡(luò)[9]，通過結(jié)構(gòu)磁共振成像(structural magnetic resonance imaging，sMRI)、彌 散 張 量 成 像(diffusion tensor imaging，DTI)等成像技術(shù)來構(gòu)建結(jié)構(gòu)性腦網(wǎng)絡(luò)，采用腦電圖(electroencephalography，EEG)、腦磁圖(magnetoencephalography，MEG) 和功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging，fMRI)等技術(shù)建立功能性腦網(wǎng)絡(luò)[10-11]。通常，腦網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)涮卣骺梢詮木W(wǎng)絡(luò)局部拓?fù)鋵傩?如節(jié)點度、度分布、中心度等)、全局拓?fù)鋵傩?如小世界屬性、聚類系數(shù)、最短路徑長度、局部效率和全局效率等)[11-13]進(jìn)行研究，其中局部節(jié)點拓?fù)鋵傩猿３１挥脕碜R別對構(gòu)建和維系有效信息起關(guān)鍵作用的腦區(qū)，而全局屬性代表著腦復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)對所有信息分離和整合的能力[14]。pED 大腦網(wǎng)絡(luò)的研究主要集中于sMRI、DTI 構(gòu)建的結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)和fMRI 建立的功能網(wǎng)絡(luò)。

2 腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)研究

sMRI 能夠測量腦白質(zhì)和灰質(zhì)的體積，準(zhǔn)確地反映腦組織結(jié)構(gòu)形態(tài)學(xué)變化，以評估腦灰白質(zhì)病變[15]，但研究主要基于皮質(zhì)表面模型，不涉及皮層下區(qū)域。DTI技術(shù)可定量地分析白質(zhì)纖維的細(xì)微變化，研究腦區(qū)間的連接以及白質(zhì)纖維束的病理狀態(tài)[16-17]。

2.1 基于sMRI的腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)

基于sMRI 數(shù)據(jù)構(gòu)建的腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)是以先驗?zāi)０鍎澐值哪X區(qū)，網(wǎng)絡(luò)邊的定義則是依賴于灰質(zhì)皮質(zhì)厚度的形態(tài)學(xué)連接，即不同腦區(qū)間形態(tài)學(xué)數(shù)據(jù)的相關(guān)性[18]。

Zhao 等[19]應(yīng)用尺度空間搜索分析方法，探索與pED 相關(guān)異常的皮層厚度(cortical thickness，CTh)，發(fā)現(xiàn)pED 患者大腦的內(nèi)側(cè)前額葉、眶額葉、扣帶狀、顳下葉和島狀皮質(zhì)等多個皮質(zhì)區(qū)域存在明顯的CTh降低，同時這些腦區(qū)CTh的減少與男性性功能下降顯著相關(guān)。pED 患者的CTh 降低最明顯的腦區(qū)為腹內(nèi)側(cè)前額葉(ventromedial prefrontal cortex，vmPFC)。而vmPFC在情緒整合和自我參照加工中起著重要作用[20]，這提示vmPFC 內(nèi)部的異常結(jié)構(gòu)可能將pED 患者注意力轉(zhuǎn)移到與性喚起(sexual arousal,SA)無關(guān)的體驗，抑制了SA 過程。此外，pED患者還顯示出右側(cè)眶額回到右側(cè)上瞼回和左側(cè)角回的之間CTh 相關(guān)性降低，這暗示了pED 患者可能存在SA 過程的認(rèn)知、動機(jī)和抑制成分之間的分離。此外，研究還發(fā)現(xiàn)pED 患者顯示出較低的全局效率和較高的局部效率，認(rèn)知、動機(jī)和抑制子網(wǎng)絡(luò)的綜合平均效率顯著降低，這表明男性SA 的異常認(rèn)知、動機(jī)和抑制過程可能在pED的發(fā)病中發(fā)揮重要作用[21]。

2.2 基于DTI的腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)

基于DTI 數(shù)據(jù)構(gòu)建的腦結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)主要利用白質(zhì)纖維連接數(shù)目、密度、強(qiáng)度、概率等定義網(wǎng)絡(luò)邊，依靠先驗?zāi)０鍎澐值哪X區(qū)或基于體素來定義節(jié)點[18]。

陳建淮等[22]通過構(gòu)建pED 患者全腦白質(zhì)的二值化和加權(quán)網(wǎng)絡(luò)，研究pED 患者腦區(qū)的度和連接強(qiáng)度屬性值，發(fā)現(xiàn)在多個二值化和加權(quán)網(wǎng)絡(luò)中，pED 患者左側(cè)三角部額下回、內(nèi)側(cè)眶部額上回、杏仁核度和連接強(qiáng)度較健康人均顯著下降，而且左側(cè)杏仁核度屬性值與勃起功能呈負(fù)相關(guān)。此外，還發(fā)現(xiàn)pED 患者左側(cè)額下回、三角部額下回、額上回、眶內(nèi)額上回和杏仁核的節(jié)點度降低；左側(cè)額下回、杏仁核和右側(cè)顳下回的連接強(qiáng)度降低；額葉連接強(qiáng)度和局部效率的左側(cè)不對稱性顯著，左右半球的邊緣介數(shù)中心性降低[23]。pED患者左側(cè)前額葉-杏仁核通路異常的網(wǎng)絡(luò)參數(shù)特征指標(biāo)與臨床特征(包括勃起功能癥狀的嚴(yán)重程度、焦慮和抑郁程度)存在顯著相關(guān)性[24]。以上結(jié)果提示，pED患者左側(cè)部分額葉和杏仁核所連接的白質(zhì)纖維髓鞘完整性受到損害，從而導(dǎo)致大腦信息傳輸活動中的整合能力異常。杏仁核是情緒加工的重要核團(tuán)[25]，前額葉-邊緣系統(tǒng)的信息整合異常可能使患者性活動時情緒產(chǎn)生、處理以及調(diào)控過程異常，從而導(dǎo)致pED的發(fā)生。

3 腦功能網(wǎng)絡(luò)研究

目前pED 大腦功能網(wǎng)絡(luò)研究主要集中在功能核磁共振成像，缺乏基于EEG、MEG數(shù)據(jù)的pED功能網(wǎng)絡(luò)研究。

fMRI技術(shù)因較高的空間分辨率與時間分辨率及安全無損等優(yōu)點，目前被廣泛應(yīng)用于神經(jīng)影像學(xué)的研究。根據(jù)接受任務(wù)與否，可分為任務(wù)態(tài)fMRI和靜息態(tài)fMRI。任務(wù)態(tài)fMRI掃描時，受試者接受視聽覺刺激、甚至是觸覺刺激，從而引起對應(yīng)的腦區(qū)激活，這能實時反映陰莖勃起時大腦異常的中樞變化過程，但設(shè)計復(fù)雜，需要受試者高度配合，對受試者要求高，并且受試者個人的認(rèn)知能力、理解能力、受教育程度等對試驗的結(jié)果都有一定的影響[26]。而靜息態(tài)fMRI不需要設(shè)計特定的任務(wù)，避免了許多不穩(wěn)定因素所致的誤差，具有更強(qiáng)的可操作性、可重復(fù)性[27]。

基于fMRI 數(shù)據(jù)構(gòu)建腦功能網(wǎng)絡(luò)是利用先驗大腦模板劃分的腦區(qū)定義網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，或基于體素水平劃分網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，通過不同腦區(qū)間功能性信號相關(guān)性獲得功能連接定義為網(wǎng)絡(luò)的邊[18]。

基于任務(wù)態(tài)fMRI 數(shù)據(jù)構(gòu)建腦功能網(wǎng)絡(luò)研究[28]發(fā)現(xiàn)pED 患者在受到色情視頻刺激時，pED 患者和正常人的視覺網(wǎng)絡(luò)、默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)(default mode network，DMN)、額頂控制網(wǎng)絡(luò)和突顯網(wǎng)絡(luò)在空間上具有一致性，但DMN 子系統(tǒng)——下頂葉、后扣帶皮層和內(nèi)側(cè)前額葉皮層——內(nèi)在功能連接水平的下降，該DMN子系統(tǒng)與自我相關(guān)的心理模擬有關(guān)，涉及對過去經(jīng)歷的記憶、對未來的思考和對他人行為的看法。此外，pED患者右島葉和前扣帶回的連接值分別下降和增加，突顯網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的差異提示pED患者對自主神經(jīng)和SA變化的識別減弱。以上研究表明pED 患者在接受色情視覺刺激時默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)、突顯網(wǎng)絡(luò)的異常，可能導(dǎo)致自我相關(guān)的心理模擬以及SA 的自主成分及識別成分存在異常。

近年來，針對靜息態(tài)fMRI 的腦功能網(wǎng)絡(luò)研究逐年增多。Chen 等[29]研究發(fā)現(xiàn)pED 患者認(rèn)知控制和情緒調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點局部拓?fù)鋵傩园l(fā)生異常變化，右側(cè)背外側(cè)額上回、頂上回、海馬旁回和左側(cè)顳上回、中央后回的腦區(qū)路徑長度和強(qiáng)度均發(fā)生改變。全局拓?fù)鋵傩匝芯堪l(fā)現(xiàn)pED 患者和正常人的腦功能網(wǎng)絡(luò)都顯示小世界屬性，但pED 患者表現(xiàn)出更為顯著的小世界網(wǎng)絡(luò)特性和模塊化，右海馬旁回強(qiáng)度的改變與心因性勃起功能障礙的臨床特征(病程和勃起功能)有關(guān)。Wang 等[30]通過靜息態(tài)fMRI研究發(fā)現(xiàn)pED患者存在以右島葉為中心的異常功能連接。pED 患者右島葉前部與右側(cè)背外側(cè)前額葉(dorsal lateral prefrontal cortex,dlPFC)的連接度增強(qiáng)；與右顳頂連接(temporoparietal junctions，TPJ)之間的連接度降低。研究發(fā)現(xiàn)腦島和dlPFC 在陰莖勃起有著重要作用，島葉，尤其是后腦島直接參與、調(diào)節(jié)陰莖勃起，調(diào)節(jié)患者內(nèi)在感受意識、社會情感和認(rèn)知過程[31-32]；dlPFC 主要涉及反應(yīng)抑制、認(rèn)知控制和注意，在引導(dǎo)性抑制和引發(fā)性反應(yīng)方面起著特定作用，該腦區(qū)受損會造成內(nèi)部和外部注意力失調(diào)[33-34]。而右TPJ 是右側(cè)腹側(cè)注意力網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵部分[35]。研究說明pED 可能與患者內(nèi)部狀態(tài)或需求的異常表達(dá)、過度性抑制有關(guān)。Chen 等[36]基于結(jié)構(gòu)和功能神經(jīng)影像學(xué)研究pED 患者和健康對照(healthy controls，HC)大腦的富人俱樂部網(wǎng)絡(luò)和針對攻擊下的網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)健性，發(fā)現(xiàn)pED 和HC 大腦的結(jié)構(gòu)和功能網(wǎng)絡(luò)中均具有了富人俱樂部網(wǎng)絡(luò)，結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下的富人俱樂部網(wǎng)絡(luò)包括雙側(cè)楔前葉、尾狀核、殼核、右腦島、中央前回、顳中回、枕上回和枕中回、左海馬和距狀裂腦區(qū)。兩組不同區(qū)域位于右側(cè)中央前回和尾狀核，但兩組富人俱樂部支線、局部連接的密度及強(qiáng)度沒有差異。兩組功能網(wǎng)絡(luò)下的富人俱樂部網(wǎng)絡(luò)均包括雙側(cè)中央溝蓋、額上回、眶內(nèi)側(cè)皮質(zhì)、直回、腦島、舌回、枕上回、右側(cè)緣上回、殼核和左側(cè)顳上回，兩組不同之處在于雙側(cè)枕上回、右側(cè)舌回、緣上回、殼核和左側(cè)顳上回，pED患者的功能網(wǎng)絡(luò)中支線連接的密度和強(qiáng)度顯著降低。對于靶向性攻擊，pED患者的結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)降低更明顯，尤其是量化并行信息傳播能力的全局效率網(wǎng)絡(luò)方面。pED 患者功能網(wǎng)絡(luò)的歸一化局部效率和聚類系數(shù)也比HC組顯著降低。綜上pED患者的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)特征是富人俱樂部的選擇性破壞和對攻擊的穩(wěn)健性降低。Yin 等[37]研究發(fā)現(xiàn)其他腦區(qū)也存在異常的功能連接，如左側(cè)dlPFC 與左側(cè)角回、左側(cè)后扣帶回皮層和楔前葉之間的連接度降低，并且均與pED 患者的勃起功能和心理社會狀態(tài)相關(guān)。而背外側(cè)前額葉與楔前葉功能連接異常正是情緒障礙的重要機(jī)制[38-39]。任飛強(qiáng)[40]以前扣帶回(anterior cingulate cortex，ACC)為種子點對pED患者的功能網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)pED患者右側(cè)前扣帶回、右側(cè)小腦及右側(cè)尾狀核，左側(cè)梭狀回、左側(cè)海馬及左側(cè)顳葉，雙側(cè)額葉眶回，雙側(cè)中扣帶回、雙側(cè)補(bǔ)充運動區(qū)和雙側(cè)腦島ACC-FC 呈增高的腦區(qū)包括。ACC-FC 呈減弱的腦區(qū)包括右側(cè)楔前葉、右側(cè)頂上小葉和右側(cè)顳上回，左側(cè)顳中回和左側(cè)腦干，雙側(cè)中央后回、雙側(cè)中央旁小葉、雙側(cè)丘腦及雙側(cè)小腦外側(cè)。以上提示pED 患者存在以邊緣系統(tǒng)相關(guān)腦區(qū)為主的功能連接異常。而邊緣系統(tǒng)是性行為的高級整合中樞，對SA 及性欲望均有調(diào)節(jié)作用，邊緣系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的異常可能影響性欲的控制、SA和陰莖勃起的調(diào)控過程。

4 展望

pED大腦網(wǎng)絡(luò)研究還處于初步探索階段，研究主要基于單模態(tài)腦網(wǎng)絡(luò)研究(如靜息態(tài)功能連接和結(jié)構(gòu)連接)，融合多種信號的多模態(tài)腦功能或結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的研究報道還比較少，未來可以將EEG，EMG和fMRI等多種研究技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用，有助于更全面、可靠地理解大腦網(wǎng)絡(luò)組織異常和功能障礙之間的關(guān)系。其次，基于任務(wù)態(tài)的pED的腦網(wǎng)絡(luò)研究同樣較少，未來的研究還需要結(jié)合多種掃描模態(tài)和分析方法，如動態(tài)網(wǎng)絡(luò)連接、機(jī)器學(xué)習(xí)等方法，從不同角度、不同層次進(jìn)行解讀，相互補(bǔ)充，更好地探索pED發(fā)病的中樞特征。此外，目前的研究多為橫向比較，缺乏縱向探索疾病發(fā)生發(fā)展的中樞變化特征的研究，動態(tài)的腦網(wǎng)絡(luò)研究有利于發(fā)現(xiàn)pED 病情演變的臨床標(biāo)志物(特征性腦網(wǎng)絡(luò)改變)，對于深入理解pED的中樞發(fā)病機(jī)制有著重要意義。

5 總結(jié)

目前pED大腦網(wǎng)絡(luò)的研究主要集中于sMRI、DTI構(gòu)建的結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)和fMRI建立的功能網(wǎng)絡(luò)。從不同的角度揭示了pED患者默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)、突顯網(wǎng)絡(luò)、認(rèn)知控制網(wǎng)絡(luò)和情緒/額葉-邊緣系統(tǒng)之間拓?fù)溥B接模式出現(xiàn)異常，其中相關(guān)腦區(qū)的網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)了不同程度的局部和全局拓?fù)鋵傩缘母淖?，包括?jié)點度、連接強(qiáng)度、聚類系數(shù)、富人俱樂部、全局效率和局部效率，這提示pED患者大腦信息傳輸活動中的整合能力下降，導(dǎo)致患者行為認(rèn)知和情緒產(chǎn)生、處理以及調(diào)控過程異常。這些異常的拓?fù)鋵傩耘cpED 患者臨床特征指標(biāo)有顯著相關(guān)性，也說明腦網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋵傩栽谝欢ǔ潭壬峡梢宰鳛閜ED 的神經(jīng)影像學(xué)指標(biāo)。雖然目前的研究尚不能清晰、全面地揭示pED 腦網(wǎng)絡(luò)改變的特征，但隨著研究的不斷深入，pED腦網(wǎng)絡(luò)的特征終將清晰明了。

作者利益沖突聲明：全部作者均聲明無利益沖突。