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综述
心理性勃起功能障碍脑网络研究进展
杨雨晴 牟林轩 渠鎏 姚俊鹏 鄢香芸 苏程果 张培海 李瑛

Cite this article as: Yang YQ, Mou LX, Qu L, et al. Advances in research on brain networks in psychogenic erectile dysfunction[J]. Chin J Magn Reson Imaging, 2022, 13(2): 116-119.本文引用格式:杨雨晴, 牟林轩, 渠鎏, 等. 心理性勃起功能障碍脑网络研究进展[J]. 磁共振成像, 2022, 13(2): 116-119. DOI:10.12015/issn.1674-8034.2022.02.028.


[摘要] 勃起功能障碍(erectile dysfunction,ED)是临床常见的男性性功能障碍疾病,表现为阴茎持续不能达到或维持足够的勃起以完成满意的性生活,而心理性勃起功能障碍(psychogenic erectile dysfunction,pED)是ED中最常见的类型,既往认为主要是由心理因素引起的。随着影像技术的发展,心理性勃起功能障碍患者大脑特定区域的结构和功能网络异常已得到广泛证实。脑网络分析提示心理性勃起功能障碍患者的脑结构性网络和功能性网络存在默认网络、认知控制网络、情绪/额叶-边缘系统和突显网络的拓扑连接模式异常,可能是心理性勃起功能障碍潜在的生物标记物。这一发现为pED的中枢神经机制研究提供了新思路。
[Abstract] Erectile dysfunction (ED) is a common male sexual dysfunction disease, manifested by the persistent inability to achieve and maintain erection satisfactorily for sexual performance. Psychogenic erectile dysfunction (pED) is the most common type of ED, previously believed to be mainly caused by psychological factors. With the development of imaging technology, it has been widely confirmed that there were structural and functional network abnormalities in specific brain regions in patients with pED. The results of our review suggested that there were widely abnormal topological connection patterns of default mode network, cognitive control network, emotion/frontal-limbic system and salience network in the structural networks and functional networks of patients with pED, which might be a potential biomarker of pED. This finding will provide a new idea for the central neurophysiological mechanisms research of pED.
[关键词] 心理性勃起功能障碍;脑网络;结构网络;功能网络
[Keywords] psychogenic erectile dysfunction;brain network;structural network;functional network

杨雨晴 1   牟林轩 1   渠鎏 1   姚俊鹏 1   鄢香芸 1   苏程果 1   张培海 2   李瑛 3*  

1 成都中医药大学,成都 610075

2 成都中医药大学附属医院男科,成都 610032

3 成都中医药大学研究生院,成都 610072

李瑛,E-mail:liying@cdutcm.edu.cn

作者利益冲突声明:全部作者均声明无利益冲突。


基金项目: 国家重点研发计划中医药现代化研究重点专项 2019YFC1709100
收稿日期:2021-09-07
接受日期:2021-12-29
中图分类号:R445.2  R698 
文献标识码:A
DOI: 10.12015/issn.1674-8034.2022.02.028
本文引用格式:杨雨晴, 牟林轩, 渠鎏, 等. 心理性勃起功能障碍脑网络研究进展[J]. 磁共振成像, 2022, 13(2): 116-119. DOI:10.12015/issn.1674-8034.2022.02.028

       阴茎勃起是一个依赖于大脑广泛功能区域,集认知、情绪以及生理活动为一体,多维度生理与心理的动态性反应过程[1]。既往认为心理性勃起功能障碍(psychogenic erectile dysfunction,pED)是由于心理或人际因素,如焦虑、抑郁、缺乏自信或其他心理因素所致,不伴疾病相关的器质性病变,并缺乏特异性的生物标志物[2, 3, 4]。近年来,大量的神经影像学技术应用于pED中枢机制研究。研究表明,pED的发病可能与大脑结构和功能网络的异常改变有关,pED患者的大脑在信息传递、加工和整合方面出现异常[5, 6]。本文将对pED患者大脑结构性和功能性网络的研究进展进行综述,以期揭示pED的中枢病理特征和潜在发病机制。

1 大脑复杂网络的分析方法概述

       人脑被普遍认为是复杂并且高效的信息处理系统[7],拥有数以万亿计的神经元细胞和突触,其错综复杂的连接模式和动态变化构成了复杂的大脑网络。高效的脑网络对海量的信息传递必不可少,而脑网络结构或功能的异常势必影响信息传递的速度和效率[8]。通过研究大脑复杂网络的拓扑特征,可以揭示疾病中枢病理特征和潜在发病机制。无数的节点和边相互连接构成了复杂的大脑网络。在物理意义上,大脑的网络连接可分为结构连接和功能连接,分别对应为结构性脑网络和功能性脑网络[9],通过结构磁共振成像(structural magnetic resonance imaging,sMRI)、弥散张量成像(diffusion tensor imaging,DTI)等成像技术来构建结构性脑网络,采用脑电图(electroencephalography,EEG)、脑磁图(magnetoencephalography,MEG)和功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging,fMRI)等技术建立功能性脑网络[10, 11]。通常,脑网络的拓扑特征可以从网络局部拓扑属性(如节点度、度分布、中心度等)、全局拓扑属性(如小世界属性、聚类系数、最短路径长度、局部效率和全局效率等)[11, 12, 13]进行研究,其中局部节点拓扑属性常常被用来识别对构建和维系有效信息起关键作用的脑区,而全局属性代表着脑复杂网络对所有信息分离和整合的能力[14]。pED大脑网络的研究主要集中于sMRI、DTI构建的结构网络和fMRI建立的功能网络。

2 脑结构网络研究

       sMRI能够测量脑白质和灰质的体积,准确地反映脑组织结构形态学变化,以评估脑灰白质病变[15],但研究主要基于皮质表面模型,不涉及皮层下区域。DTI技术可定量地分析白质纤维的细微变化,研究脑区间的连接以及白质纤维束的病理状态[16, 17]

2.1 基于sMRI的脑结构网络

       基于sMRI数据构建的脑结构网络是以先验模板划分的脑区,网络边的定义则是依赖于灰质皮质厚度的形态学连接,即不同脑区间形态学数据的相关性[18]

       Zhao等[19]应用尺度空间搜索分析方法,探索与pED相关异常的皮层厚度(cortical thickness,CTh),发现pED患者大脑的内侧前额叶、眶额叶、扣带状、颞下叶和岛状皮质等多个皮质区域存在明显的CTh降低,同时这些脑区CTh的减少与男性性功能下降显著相关。pED患者的CTh降低最明显的脑区为腹内侧前额叶(ventromedial prefrontal cortex,vmPFC)。而vmPFC在情绪整合和自我参照加工中起着重要作用[20],这提示vmPFC内部的异常结构可能将pED患者注意力转移到与性唤起(sexual arousal,SA)无关的体验,抑制了SA过程。此外,pED患者还显示出右侧眶额回到右侧上睑回和左侧角回的之间CTh相关性降低,这暗示了pED患者可能存在SA过程的认知、动机和抑制成分之间的分离。此外,研究还发现pED患者显示出较低的全局效率和较高的局部效率,认知、动机和抑制子网络的综合平均效率显著降低,这表明男性SA的异常认知、动机和抑制过程可能在pED的发病中发挥重要作用[21]

2.2 基于DTI的脑结构网络

       基于DTI数据构建的脑结构网络主要利用白质纤维连接数目、密度、强度、概率等定义网络边,依靠先验模板划分的脑区或基于体素来定义节点[18]

       陈建淮等[22]通过构建pED患者全脑白质的二值化和加权网络,研究pED患者脑区的度和连接强度属性值,发现在多个二值化和加权网络中,pED患者左侧三角部额下回、内侧眶部额上回、杏仁核度和连接强度较健康人均显著下降,而且左侧杏仁核度属性值与勃起功能呈负相关。此外,还发现pED患者左侧额下回、三角部额下回、额上回、眶内额上回和杏仁核的节点度降低;左侧额下回、杏仁核和右侧颞下回的连接强度降低;额叶连接强度和局部效率的左侧不对称性显著,左右半球的边缘介数中心性降低[23]。pED患者左侧前额叶-杏仁核通路异常的网络参数特征指标与临床特征(包括勃起功能症状的严重程度、焦虑和抑郁程度)存在显著相关性[24]。以上结果提示,pED患者左侧部分额叶和杏仁核所连接的白质纤维髓鞘完整性受到损害,从而导致大脑信息传输活动中的整合能力异常。杏仁核是情绪加工的重要核团[25],前额叶-边缘系统的信息整合异常可能使患者性活动时情绪产生、处理以及调控过程异常,从而导致pED的发生。

3 脑功能网络研究

       目前pED大脑功能网络研究主要集中在功能核磁共振成像,缺乏基于EEG、MEG数据的pED功能网络研究。

       fMRI技术因较高的空间分辨率与时间分辨率及安全无损等优点,目前被广泛应用于神经影像学的研究。根据接受任务与否,可分为任务态fMRI和静息态fMRI。任务态fMRI扫描时,受试者接受视听觉刺激、甚至是触觉刺激,从而引起对应的脑区激活,这能实时反映阴茎勃起时大脑异常的中枢变化过程,但设计复杂,需要受试者高度配合,对受试者要求高,并且受试者个人的认知能力、理解能力、受教育程度等对试验的结果都有一定的影响[26]。而静息态fMRI不需要设计特定的任务,避免了许多不稳定因素所致的误差,具有更强的可操作性、可重复性[27]

       基于fMRI数据构建脑功能网络是利用先验大脑模板划分的脑区定义网络节点,或基于体素水平划分网络节点,通过不同脑区间功能性信号相关性获得功能连接定义为网络的边[18]

       基于任务态fMRI数据构建脑功能网络研究[28]发现pED患者在受到色情视频刺激时,pED患者和正常人的视觉网络、默认网络(default mode network,DMN)、额顶控制网络和突显网络在空间上具有一致性,但DMN子系统——下顶叶、后扣带皮层和内侧前额叶皮层——内在功能连接水平的下降,该DMN子系统与自我相关的心理模拟有关,涉及对过去经历的记忆、对未来的思考和对他人行为的看法。此外,pED患者右岛叶和前扣带回的连接值分别下降和增加,突显网络节点的差异提示pED患者对自主神经和SA变化的识别减弱。以上研究表明pED患者在接受色情视觉刺激时默认网络、突显网络的异常,可能导致自我相关的心理模拟以及SA的自主成分及识别成分存在异常。

       近年来,针对静息态fMRI的脑功能网络研究逐年增多。Chen等[29]研究发现pED患者认知控制和情绪调节网络节点局部拓扑属性发生异常变化,右侧背外侧额上回、顶上回、海马旁回和左侧颞上回、中央后回的脑区路径长度和强度均发生改变。全局拓扑属性研究发现pED患者和正常人的脑功能网络都显示小世界属性,但pED患者表现出更为显著的小世界网络特性和模块化,右海马旁回强度的改变与心因性勃起功能障碍的临床特征(病程和勃起功能)有关。Wang等[30]通过静息态fMRI研究发现pED患者存在以右岛叶为中心的异常功能连接。pED患者右岛叶前部与右侧背外侧前额叶(dorsal lateral prefrontal cortex,dlPFC)的连接度增强;与右颞顶连接(temporoparietal junctions,TPJ)之间的连接度降低。研究发现脑岛和dlPFC在阴茎勃起有着重要作用,岛叶,尤其是后脑岛直接参与、调节阴茎勃起,调节患者内在感受意识、社会情感和认知过程[31, 32];dlPFC主要涉及反应抑制、认知控制和注意,在引导性抑制和引发性反应方面起着特定作用,该脑区受损会造成内部和外部注意力失调[33, 34]。而右TPJ是右侧腹侧注意力网络的关键部分[35]。研究说明pED可能与患者内部状态或需求的异常表达、过度性抑制有关。Chen等[36]基于结构和功能神经影像学研究pED患者和健康对照(healthy controls,HC)大脑的富人俱乐部网络和针对攻击下的网络稳健性,发现pED和HC大脑的结构和功能网络中均具有了富人俱乐部网络,结构网络下的富人俱乐部网络包括双侧楔前叶、尾状核、壳核、右脑岛、中央前回、颞中回、枕上回和枕中回、左海马和距状裂脑区。两组不同区域位于右侧中央前回和尾状核,但两组富人俱乐部支线、局部连接的密度及强度没有差异。两组功能网络下的富人俱乐部网络均包括双侧中央沟盖、额上回、眶内侧皮质、直回、脑岛、舌回、枕上回、右侧缘上回、壳核和左侧颞上回,两组不同之处在于双侧枕上回、右侧舌回、缘上回、壳核和左侧颞上回,pED患者的功能网络中支线连接的密度和强度显著降低。对于靶向性攻击,pED患者的结构网络参数降低更明显,尤其是量化并行信息传播能力的全局效率网络方面。pED患者功能网络的归一化局部效率和聚类系数也比HC组显著降低。综上pED患者的复杂网络特征是富人俱乐部的选择性破坏和对攻击的稳健性降低。Yin等[37]研究发现其他脑区也存在异常的功能连接,如左侧dlPFC与左侧角回、左侧后扣带回皮层和楔前叶之间的连接度降低,并且均与pED患者的勃起功能和心理社会状态相关。而背外侧前额叶与楔前叶功能连接异常正是情绪障碍的重要机制[38, 39]。任飞强[40]以前扣带回(anterior cingulate cortex,ACC)为种子点对pED患者的功能网络进行研究,发现pED患者右侧前扣带回、右侧小脑及右侧尾状核,左侧梭状回、左侧海马及左侧颞叶,双侧额叶眶回,双侧中扣带回、双侧补充运动区和双侧脑岛ACC-FC呈增高的脑区包括。ACC-FC呈减弱的脑区包括右侧楔前叶、右侧顶上小叶和右侧颞上回,左侧颞中回和左侧脑干,双侧中央后回、双侧中央旁小叶、双侧丘脑及双侧小脑外侧。以上提示pED患者存在以边缘系统相关脑区为主的功能连接异常。而边缘系统是性行为的高级整合中枢,对SA及性欲望均有调节作用,边缘系统网络拓扑结构的异常可能影响性欲的控制、SA和阴茎勃起的调控过程。

4 展望

       pED大脑网络研究还处于初步探索阶段,研究主要基于单模态脑网络研究(如静息态功能连接和结构连接),融合多种信号的多模态脑功能或结构网络的研究报道还比较少,未来可以将EEG,EMG和fMRI等多种研究技术联合应用,有助于更全面、可靠地理解大脑网络组织异常和功能障碍之间的关系。其次,基于任务态的pED的脑网络研究同样较少,未来的研究还需要结合多种扫描模态和分析方法,如动态网络连接、机器学习等方法,从不同角度、不同层次进行解读,相互补充,更好地探索pED发病的中枢特征。此外,目前的研究多为横向比较,缺乏纵向探索疾病发生发展的中枢变化特征的研究,动态的脑网络研究有利于发现pED病情演变的临床标志物(特征性脑网络改变),对于深入理解pED的中枢发病机制有着重要意义。

5 总结

       目前pED大脑网络的研究主要集中于sMRI、DTI构建的结构网络和fMRI建立的功能网络。从不同的角度揭示了pED患者默认网络、突显网络、认知控制网络和情绪/额叶-边缘系统之间拓扑连接模式出现异常,其中相关脑区的网络出现了不同程度的局部和全局拓扑属性的改变,包括节点度、连接强度、聚类系数、富人俱乐部、全局效率和局部效率,这提示pED患者大脑信息传输活动中的整合能力下降,导致患者行为认知和情绪产生、处理以及调控过程异常。这些异常的拓扑属性与pED患者临床特征指标有显著相关性,也说明脑网络拓扑属性在一定程度上可以作为pED的神经影像学指标。虽然目前的研究尚不能清晰、全面地揭示pED脑网络改变的特征,但随着研究的不断深入,pED脑网络的特征终将清晰明了。

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