高度近视患者杏仁核连接性的改变：一项基于SVM分类的静息态fMRI研究

《Clinical Ophthalmology》：Amygdala Connectivity Alterations in High Myopia: A Resting-State fMRI Study with SVM-Based Classification

高度近视患者杏仁核功能连接增强，与视觉及默认模式网络关键区域显著相关，支持向量机分类AUC达0.765，提示其可能作为生物标志物，揭示视觉损害与情绪认知失调的神经机制。

　　本研究探讨了高度近视（High Myopia, HM）与大脑中与情绪处理密切相关的重要结构——杏仁核之间的功能性连接（Functional Connectivity, FC）变化，揭示了HM可能对情绪和认知系统造成深远影响的神经机制。高度近视是一种常见的视力问题，不仅导致视觉功能的损害，还与焦虑、抑郁等情绪障碍存在显著关联。尽管已有研究发现HM患者在大脑结构和功能方面存在异常，但对杏仁核这一核心情绪调控区域的研究仍显不足。因此，本研究通过结合功能性磁共振成像（Functional Magnetic Resonance Imaging, fMRI）与机器学习技术，特别是支持向量机（Support Vector Machine, SVM），对杏仁核的功能性连接模式进行了系统分析，试图识别其作为神经影像学标志物的潜力。

在研究设计方面，我们选取了82名高度近视患者与59名健康对照组，使用静息态fMRI技术采集了大脑的功能性活动数据。静息态fMRI是一种非侵入性的神经影像学方法，能够捕捉大脑在无特定任务状态下的自发神经活动，从而反映不同脑区之间的功能性联系。这种方法的核心在于通过计算不同脑区之间的信号相关性，揭示其在时间维度上的动态依赖关系。与传统的任务态fMRI相比，静息态fMRI更适用于研究大脑在自然状态下的功能网络特性，为理解复杂的情绪和认知过程提供了重要工具。

在数据处理过程中，我们首先对原始fMRI数据进行了标准化预处理，包括数据格式转换、时间层校正、头部运动校正、空间标准化以及去除协变量等步骤。这些预处理措施旨在提高数据质量，减少噪声干扰，并确保不同个体之间的结果具有可比性。此外，我们还利用T1加权高分辨率解剖图像对大脑结构进行了精确的定位，以确保功能性连接分析的准确性。通过上述步骤，我们成功构建了每个受试者的大脑功能性连接图谱，并进一步聚焦于杏仁核作为种子区域，评估其与全脑其他区域的连接模式变化。

研究结果显示，与健康对照组相比，高度近视患者在杏仁核的功能性连接方面表现出显著增强的模式。具体而言，右杏仁核与左枕叶裂隙及其周围皮层、右楔前叶以及左中额叶皮层之间的连接强度显著提升。同样，左杏仁核与左中枕叶皮层和左中额叶皮层也呈现出增强的连接趋势。这些发现表明，高度近视可能引起大脑情绪调控网络与视觉处理网络之间的重新组织，导致情绪和认知功能的异常。此外，我们还发现，杏仁核与中扣带回和旁扣带回之间的连接也显著增强，这可能与情绪调节和默认模式网络（Default Mode Network, DMN）的功能变化有关。

为了进一步验证这些功能性连接模式是否具有区分高度近视患者与健康人群的潜力，我们采用了支持向量机（SVM）这一机器学习算法。SVM在高维数据分类中表现出优异的性能，尤其擅长识别复杂数据集中的细微模式。通过SVM模型，我们成功实现了对高度近视患者的分类，其曲线下面积（Area Under the Curve, AUC）达到了0.765，表明该模型具有较高的诊断准确性。这一结果不仅支持了杏仁核功能性连接模式作为神经影像学标志物的可行性，也为高度近视相关的情绪和认知异常提供了潜在的生物标记。

值得注意的是，尽管我们观察到了杏仁核与多个脑区之间的功能性连接增强，但这些变化与临床指标（如屈光度、病程时长和眼轴长度）之间并未呈现出显著的线性相关性。这可能与样本量的限制以及高度近视与大脑功能之间的复杂交互有关。因此，未来的研究应扩大样本规模，并引入更多与视觉功能和情绪状态相关的定量数据，如视网膜厚度、临床心理评估结果等，以更全面地揭示高度近视对大脑情绪调控网络的影响。

从神经科学的角度来看，杏仁核作为大脑情绪处理的核心区域，其功能性连接的变化可能反映了高度近视患者在面对视觉损伤时，大脑为了维持情绪和认知功能的稳定性，采取了某些代偿机制。例如，杏仁核与视觉皮层之间的增强连接可能表明，大脑在处理模糊或受损的视觉信息时，增强了对情绪信息的整合能力。此外，杏仁核与中额叶皮层之间的连接增强可能反映了患者在维持注意力和执行认知任务时所付出的额外努力。这些神经机制的变化，可能为高度近视患者的情绪和认知障碍提供了生物学解释。

在情绪调节方面，杏仁核与楔前叶之间的功能性连接增强可能与患者对自我相关情绪刺激的处理能力有关。楔前叶作为默认模式网络的重要组成部分，通常参与自我反思、记忆整合和情绪调节等过程。杏仁核与楔前叶之间的互动可能在高度近视患者中更加活跃，以应对因视力下降带来的心理压力。这种增强的连接模式可能是一种神经可塑性的表现，即大脑在面对长期视觉损伤时，通过调整神经网络的结构和功能，以维持基本的情绪和认知功能。

从认知功能的角度来看，杏仁核与中额叶皮层之间的增强连接可能反映了高度近视患者在执行复杂认知任务时，需要更多的资源来维持注意力和工作记忆。中额叶皮层是大脑执行功能的关键区域，负责决策、问题解决和情绪调节等高级认知过程。在高度近视患者中，由于视觉输入的不稳定性，大脑可能需要通过增强杏仁核与中额叶皮层之间的连接，来提高对情绪和认知任务的处理效率。这种神经网络的调整可能有助于患者在视觉受损的情况下，仍然保持一定的认知能力，但同时也可能带来额外的心理负担。

此外，杏仁核与中扣带回和旁扣带回之间的连接增强可能表明，高度近视患者在情绪调节和认知控制方面存在一定的困难。中扣带回和旁扣带回是默认模式网络的一部分，通常与情绪调节、自我意识和认知功能密切相关。杏仁核与这些区域之间的增强连接可能意味着大脑在尝试维持情绪和认知平衡时，需要更多的神经资源，从而导致情绪和认知功能的紊乱。

从临床角度来看，这些发现具有重要的应用价值。高度近视不仅影响视力，还可能对患者的情绪和认知健康产生深远影响。因此，除了传统的视觉矫正措施外，还应重视患者的心理健康，提供相应的干预和支持。例如，通过认知训练、情绪调节技巧或神经调控手段，帮助患者缓解因视觉损伤带来的心理压力，改善其情绪和认知状态。此外，杏仁核功能性连接模式的识别，也为高度近视的早期诊断和个体化治疗提供了新的思路。

本研究的局限性在于，目前尚未对患者的情绪和认知状态进行标准化的心理评估。未来的研究应引入更全面的心理测评工具，如汉密尔顿焦虑量表（HAMA）、汉密尔顿抑郁量表（HAMD）、蒙特利尔认知评估（MOCA）和简易精神状态检查（MMSE），以更准确地评估杏仁核功能性连接模式与临床症状之间的关系。同时，由于本研究主要关注群体层面的分类，而非个体层面的预测，因此在实际应用中，仍需进一步探索基于杏仁核功能性连接的个体化预测模型，以识别那些更可能发展为情绪障碍的高度近视患者。

总的来说，本研究首次揭示了高度近视与杏仁核为中心的神经网络重组之间的关系，为理解高度近视对情绪和认知功能的影响提供了新的视角。这些功能性连接模式不仅可能成为高度近视的神经影像学标志物，还可能为未来的情绪和认知干预策略提供理论依据。随着神经影像学技术的不断发展，结合机器学习的方法，我们有望更深入地揭示高度近视与大脑功能之间的复杂关系，为患者提供更全面的健康管理方案。