自杀想法与行为的脑影像研究：二十年综述

Imaging suicidal thoughts and behaviors: a comprehensive review of 2 decades of neuroimaging studies

Lianne Schmaal, Anne-Laura van Harmelen, Vasiliki Chatzi, Elizabeth T. C. Lippard, Yara J. Toenders, Lynnette A. Averill, Carolyn M. Mazure, Hilary P. Blumberg
《分子精神病学》(Molecular Psychiatry) 2020年25卷408–427页

摘要

识别与自杀想法及行为（suicidal thoughts and behaviors, STBs）相关的大脑改变，对于开发更具针对性的自杀预防策略至关重要。过去十年，尤其是近五年，神经影像学研究呈指数级增长，报告了STBs在脑结构与功能环路方面的相关改变。本文综述了迄今为止所有关于STBs的神经影像学研究，总结了在揭示STBs神经生物学基础方面取得的进展，并重点关注不同研究间的一致发现。我们综述了在不同精神障碍中，与STBs相关的结构、功能和分子改变的神经影像证据，这些改变尤其集中于情绪与冲动调节相关的脑区，包括腹侧前额叶皮层（ventral prefrontal cortex, VPFC；中文：腹侧前额叶皮层）、背侧前额叶皮层（dorsal prefrontal cortex, DPFC；中文：背侧前额叶皮层）、岛叶（insula；中文：岛叶）及其与中颞叶（mesial temporal regions；中文：中颞叶）、纹状体（striatum；中文：纹状体）和后部区域（posterior regions；中文：后部区域）的连接，以及这些脑区之间的连接。文献表明，内侧和外侧VPFC及其连接的损害可能与过度的负性情绪和迟钝的正性情绪有关，从而诱发自杀意念（suicidal ideation, SI；中文：自杀意念）；而DPFC和额下回（inferior frontal gyrus, IFG；中文：额下回）系统的损害可能与自杀未遂（suicide attempt, SA；中文：自杀未遂）行为有关。VPFC与DPFC系统的联合损害可能导致极高风险状态，使得自杀意念通过行为抑制减弱或决策僵化而转化为致命行为。背侧前扣带回（dorsal anterior cingulate cortex, dACC；中文：背侧前扣带回）和岛叶可能在VPFC与DPFC系统之间切换中发挥重要作用，从而促成自杀意念向行为的转化。未来的神经影像研究需要更大样本量、全球合作、纵向设计，并充分考虑发展阶段、性别与性别认同，以促进更有效的预防和干预，减少生命损失。

引言

全球每年约有100万人死于自杀，自杀是全年龄段第十大死因，15–29岁人群中第二大死因。2013年美国估计有930万成年人有自杀想法，130万尝试自杀；2011年13%的青少年曾计划自杀，8%曾尝试自杀。遗憾的是，自杀率持续上升，美国1999年以来上升了30%。目前识别的非生物学风险因素预测力有限，可靠的生物学风险标记尚未确立。因此，亟需更好地理解STBs的机制，并识别生物学风险标记，以制定更成功的预防策略并监测其效果。过去十年，尤其是近五年，神经影像学研究数量呈指数级增长（图1）。本文综述了131项神经影像学研究，涵盖结构、功能和神经化学模式，聚焦研究最深入的脑区及跨研究一致发现。

方法

PubMed检索截至2018年3月12日发表的原创研究，关键词包括磁共振成像（magnetic resonance imaging, MRI；中文：磁共振成像）、正电子发射计算机断层扫描（positron emission tomography, PET；中文：正电子发射计算机断层扫描）、功能性磁共振成像（functional MRI, fMRI；中文：功能性磁共振成像）、弥散张量成像（diffusion tensor imaging, DTI；中文：弥散张量成像）等与“自杀”“自杀意念”等组合。纳入标准：同行评议英文期刊发表；包含自杀意念（SI）和/或自杀未遂（SA）组。排除非自杀自伤（non-suicidal self-injury, NSSI；中文：非自杀自伤）研究。

结果

共纳入131项研究（补充表1–3）。研究对象多为精神障碍患者，重性抑郁障碍（major depressive disorder, MDD；中文：重性抑郁障碍）或双相情感障碍（bipolar disorder, BD；中文：双相情感障碍）占自杀死亡一半以上。多数研究比较精神障碍患者中有/无SA史者，少数聚焦SI。多为横断面、单一影像模态、成人样本，青少年研究较少（图1）。尽管样本量小、异质性大，但已有收敛证据支持特定脑区/环路在STBs中的作用，尤其集中于皮质–纹状体–边缘系统，包括前额叶、扣带回、岛叶、杏仁核（amygdala；中文：杏仁核）、海马（hippocampus；中文：海马）、丘脑（thalamus；中文：丘脑）和纹状体（图2）。

腹侧前额叶皮层（ventral prefrontal cortex, VPFC；中文：腹侧前额叶皮层）

VPFC包括腹外侧（ventrolateral prefrontal cortex, VLPFC；中文：腹外侧前额叶皮层）和腹内侧（ventromedial prefrontal cortex, VMPFC；中文：腹内侧前额叶皮层），分别与认知控制、情绪调节、自我反思、情绪评估和奖赏处理相关。

腹外侧前额叶皮层（ventrolateral prefrontal cortex, VLPFC；中文：腹外侧前额叶皮层）

结构MRI一致发现成人SA（MDD、BD、SZA）VLPFC灰质体积降低，青少年BD患者亦见眶额皮质（orbitofrontal cortex, OFC；中文：眶额皮质）体积减少。VLPFC厚度降低与MDD成人SI相关。VLPFC体积减少与既往SA高致命性相关，可能与5-羟色胺（serotonin, 5-HT；中文：5-羟色胺）系统功能障碍有关。PET研究显示VPFC 5-HT1a受体结合降低与随访2年SI相关。fMRI任务态研究发现，MDD SA对愤怒面孔（非快乐/悲伤）IFG和眶额皮质激活增强，与计划性差和冲动性高相关。BPD SA在负性自传体记忆调节中OFC激活增强。认知控制任务中，IFG/喙外侧前额叶皮层（rostrolateral prefrontal cortex, RLPFC；中文：喙外侧前额叶皮层）/OFC激活增强与SA/SI相关，提示需更多资源以达相似表现。精神分裂症（schizophrenia, SZ；中文：精神分裂症）SA则表现相反，这些区域激活减弱。

腹内侧前额叶皮层（ventromedial prefrontal cortex, VMPFC；中文：腹内侧前额叶皮层）

结构研究发现VMPFC厚度降低与MDD青少年SA运动冲动性相关。功能上，MDD SA对愤怒面孔及奖赏赢取的OFC激活增强。机器学习研究显示VMPFC在青少年SA（伴/不伴SI）区分中最为关键。

小结

VLPFC和VMPFC结构改变在多种精神障碍和年龄范围SA中一致。VLPFC体积减少与致命性相关，可能由5-HT功能障碍介导。VLPFC/VMPFC功能改变与负性情绪调节相关，但在SI中研究不足。

背侧前额叶皮层（dorsal prefrontal cortex, DPFC；中文：背侧前额叶皮层）

DPFC包括背外侧前额叶皮层（dorsolateral prefrontal cortex, DLPFC；中文：背外侧前额叶皮层）和背内侧前额叶皮层（dorsomedial prefrontal cortex, DMPFC；中文：背内侧前额叶皮层），支持情绪行为自上而下控制、认知灵活性和复杂决策。这些功能缺陷可能降低行为抑制阈值，促成SI向行为转化。

背外侧前额叶皮层（dorsolateral prefrontal cortex, DLPFC；中文：背外侧前额叶皮层）

结构MRI发现成人SA（MDD、BD、SZ）DLPFC体积降低，与致命性相关。PET显示DLPFC 5-HT1a受体结合基线高与随访致命性高和SI相关。功能上，MDD SA在听自己自杀叙事时DLPFC激活降低；青少年SI在被动观看负性场景时DLPFC激活降低，但主动调节时激活增强。决策任务中，MDD SA评估风险/延迟奖赏时DLPFC激活减弱，与冲动决策相关。认知控制任务中DLPFC激活增强与SI/SA相关。SPECT/PET显示DLPFC静息血流/代谢降低，与致命性和有计划SI相关。

背内侧前额叶皮层（dorsomedial prefrontal cortex, DMPFC；中文：背内侧前额叶皮层）

结构MRI发现MDD和BD SA DMPFC体积降低。功能上，听自杀叙事时DMPFC激活降低，尤其涉及精神痛苦部分；观看愤怒面孔时DMPFC激活降低。

小结

DLPFC和DMPFC结构改变在成人多种精神障碍中一致，DLPFC与致命性相关。功能研究显示DPFC在负性情绪处理中差异方向不一，认知控制任务中激活增强可能与基线活动低有关。DLPFC功能改变可区分有/无SA史的SI者。

前扣带回（anterior cingulate cortex, ACC；中文：前扣带回）

腹侧ACC（ventral anterior cingulate cortex, vACC；中文：腹侧前扣带回）与情绪评估和自主调节相关；背侧ACC（dorsal anterior cingulate cortex, dACC；中文：背侧前扣带回）与行为评估和奖赏决策相关。

结构MRI发现MDD/BD SA vACC和dACC体积降低，与尝试次数和致命性相关。dACC代谢降低与致命性相关；vACC 5-HT1a结合降低与随访SI相关。其他神经递质研究显示SI与ACC单胺氧化酶-A（monoamine oxidase-A, MAO-A；中文：单胺氧化酶-A）密度正相关，与神经炎症（TSPO）正相关，伽马-氨基丁酸（gamma-aminobutyric acid, GABA；中文：伽马-氨基丁酸）浓度在女性SA+SI中降低（校正年龄后不显著）。

功能上，青少年MDD SA观看愤怒面孔dACC激活增强；成人MDD SA观看悲伤面孔ACC激活降低。正性刺激预期时vACC激活迟钝，但正性结果（如赢钱）时激活增强。

小结

ACC主要与情绪处理相关，激活改变方向复杂，可能反映负性偏向。神经炎症可能是未来STBs研究的有前景靶点。

岛叶（insula；中文：岛叶）

岛叶是情绪处理关键枢纽，与VPFC、中颞叶结构连接，参与内感受、疼痛和共情。行为研究发现SA存在内感受缺陷，预测青少年SI严重程度。

结构MRI发现成人SA（BPD、SZ/SZA/BD、老年MDD）岛叶体积减小，与致命性和低冲动性相关；但BD SA致命性高者体积增大，可能与攻击史相关。5-HT1a结合和神经炎症（TSPO）与SI/致命性相关。SPECT/fMRI显示MDD SA静息岛叶血流/激活增强，与社会疼痛耐受性相关（低激活）。

小结

岛叶结构/功能改变初步涉及SI/SA，但研究有限，方向不一。神经炎症可能是未来研究方向。

杏仁核（amygdala；中文：杏仁核）与海马（hippocampus；中文：海马）

这些中颞叶结构参与情绪、记忆和应激反应，但STBs研究结果不一致。

结构MRI发现少数研究显示MDD/SZ SA杏仁核体积增大，多数无显著差异；海马体积减小见于MDD SA和青少年BD SA，但多数无关联。高致命性SA与海马/海马旁回（parahippocampal gyrus；中文：海马旁回）体积减小相关；低致命性者杏仁核/海马体积与冲动性负相关。PET显示杏仁核/海马5-HT2a受体结合和释放增加，5-HT1a结合与随访SI相关。fMRI研究稀少，发现海马旁回激活与回忆精神痛苦相关，但延迟奖赏选择时激活迟钝，可能反映未来规划受损。

小结

杏仁核/海马结构改变在STBs中证据不一，可能仅在特定亚群中显著。5-HT改变与SI/SA相关，功能改变涉及回忆痛苦和未来规划。需更大样本和特定亚群研究。

纹状体（striatum；中文：纹状体）与丘脑（thalamus；中文：丘脑）

腹侧纹状体（ventral striatum, VS；中文：腹侧纹状体）包括伏隔核（nucleus accumbens；中文：伏隔核）和腹侧尾状核/壳核，是奖赏网络核心；背侧纹状体（dorsal striatum；中文：背侧纹状体）包括背侧尾状核（caudate；中文：尾状核）和壳核（putamen；中文：壳核），与动作启动、抑制控制相关；丘脑与前额叶连接，参与感觉处理。

结构MRI发现MDD SA尾状核/壳核体积减小，与冲动性负相关；壳核5-HT转运体（serotonin transporter, 5-HTT；中文：5-羟色胺转运体）结合降低，与冲动性负相关；纹状体5-HT结合与SI正相关。丘脑体积增大见于有创伤性脑损伤（traumatic brain injury, TBI；中文：创伤性脑损伤）的退伍军人SA，5-HT合成增加见于混合诊断SA，但最大样本研究（N=451）未发现纹状体/丘脑体积与STBs关联。

fMRI发现MDD/BD伴精神病性特征者认知控制时背侧纹状体激活与既往SI强度正相关；BD SA运动任务中壳核激活降低与SI正相关；MDD SA观看刀具时丘脑激活增强，反应抑制任务中丘脑激活增强与心理痛苦和自杀意图相关。

小结

纹状体/丘脑结构改变结果不一，最大样本研究无显著关联。背侧纹状体功能改变与认知控制相关，丘脑激活与情绪/抑制相关。腹侧纹状体奖赏功能未直接研究，但连接性见后文。

后部结构（posterior structures；中文：后部结构）

颞中/上回（middle/superior temporal gyrus；中文：颞中/上回）参与面孔/物体感知、听觉和语言。结构MRI发现SZ/SZA/BD SA颞中/上回体积减小，与致命性和冲动性相关；5-HT系统研究结果不一。fMRI发现MDD SA在观看愤怒/快乐面孔和回忆自杀场景时颞中/上回激活增强；TBI退伍军人错误处理时颞上回激活增强与SI相关，但静息血流降低。

后扣带回（posterior cingulate cortex, PCC；中文：后扣带回）与负性心理意象生动性和自我参照处理相关，PCC体积减小见于MDD SA；静息激活降低，但观看刀具时激活增强。小脑（cerebellum；中文：小脑）参与情绪处理，MDD/BD SA小脑体积减小；回忆自杀场景时激活增强，观看愤怒面孔激活增强，快乐面孔激活减弱；氯胺酮（ketamine；中文：氯胺酮）降低SI与小脑代谢增加相关。

小结

颞中/上回体积减小与致命性/冲动性相关，激活增强与情绪处理相关。PCC和小脑初步涉及自我参照和情绪处理，但研究稀少。氯胺酮诱导的小脑代谢增加值得进一步研究。

结构与功能连接性（structural and functional connectivity；中文：结构与功能连接性）

脑区连接异常影响大尺度网络功能。默认模式网络（default mode network, DMN；中文：默认模式网络）涉及自我参照、社会认知等，其静息功能连接降低见于MDD青少年SI和成人SI，结构连接（胼胝体膝部genu of corpus callosum、腹侧扣带ventral cingulum）FA降低与SA次数相关。边缘网络（limbic network；中文：边缘网络）（杏仁核–前额叶）连接异常与SA致命性/当前SI相关，结构连接（钩束uncinate fasciculus）FA降低见于BD SA。奖赏网络（reward network；中文：奖赏网络）（腹侧纹状体–前额叶）连接改变与SI相关，但主要限于MDD。执行控制网络（executive control network；中文：执行控制网络）（DLPFC–顶叶）静息连接降低与青少年MDD SI/SA相关。dACC连接模式在SI与SA中不同：SI与DMN连接增强相关，SA与外侧PFC连接减弱相关，提示dACC与岛叶可能在VPFC（情绪）与DPFC（认知）系统间切换中起关键作用。

讨论

尽管研究多为小样本横断面设计，但已有收敛证据支持特定脑区在STBs中的作用（图3）。VPFC系统（包括DMN、边缘和奖赏网络）可能通过负性情绪/自我参照等机制诱发SI；DPFC/IFG系统可能通过认知控制缺陷促成SA；dACC和岛叶可能介导二者间切换，促成SI向SA转化，但需纵向研究验证。

未来方向

需大样本、纵向设计、不同发展阶段和性别/性别认同考量。短期纵向研究缺乏，需识别近端风险标记。治疗前后脑改变研究可发现干预反应生物标记。青少年研究有限，需比较不同生命阶段。跨诊断研究不足，需比较不同精神障碍共享与特异机制。性别差异研究严重不足，需关注女性尝试率高、男性致命性高的现象。整合遗传、分子、社会、环境因素，利用机器学习实现个体化风险标记。需探索谷氨酸（glutamate；中文：谷氨酸）、GABA、催产素（oxytocin；中文：催产素）等其他分子机制。需研究主观风险因素（如绝望感）和社会经历（如童年虐待）的神经机制。国际协作（如ENIGMA STB）可整合数据，提高统计力和可重复性。

结论

二十年神经影像学研究提出STBs的跨诊断模型：扩展VPFC系统诱发SI，DPFC/IFG系统促成SA，dACC和岛叶可能介导转化。随着研究增长和全球合作，有望实现更具针对性的自杀预防，减少生命损失。