Structural brain and resting state brain activity alterations in trauma-exposed firefighters

Abstract

INTRODUCTION: To analyze the altered brain regions and intrinsic brain activity patterns in trauma-exposed firefighters without posttraumatic stress disorder (PTSD). MATERIALS AND METHODS: This study received institutional review board approval, and all subjects underwent informed consent and resting-state functional MRI (rsfMRI). Thirty-one firefighters over 40 years old without PTSD (31 men, mean age, 49.8 ± 4.7 years) were included. Twenty-six non-traumatized healthy controls (HCs) (26 men, mean age, 65.3 ± 7.84 years) were also included. Voxel-based morphometric analysis was examined to investigate focal differences in brain anatomy. Seed-based functional connectivity analysis, integrated local correlation, and fractional amplitude of low-frequency fluctuations were employed to investigate differences in spontaneous brain characteristics. RESULTS: The Seoul Verbal Learning Test mean z-scores on immediate recall, delayed recall, Controlled Oral Word Association Test (COWAT) animal, COWAT phonemic were significantly lower in the firefighters group than the HCs, indicating decreased neurocognitive function. Firefighters showed reduced gray matter volume at the left superior parietal gyrus and left inferior temporal gyrus compared with HCs. Firefighters showed alterations in rsfMRI values in multiple regions, including the fusiform gyrus, anterior cingulate gyrus, and cerebellum relative to HCs. CONCLUSION: Structural brain and resting-state functional abnormalities may be useful imaging biomarkers for identifying alterations in trauma-exposed firefighters without PTSD.

INTRODUCTION: 외상 후 스트레스 장애 (PTSD)가 없는 외상에 노출된 소방관들에서 뇌 구조의 변화와 휴식기 뇌기능 변화를 연구하고자 한다. MATERIALS AND METHOD: 본 연구는 기관 검토위원회의 승인을 얻었으며, 모든 피험자는 정보에 입각 한 동의와 휴식기 기능 뇌자기공명영상 (rsfMRI) 검사를 받았다. PTSD가 없는 40 세 이상의 31 명의 소방관 (31 명, 평균 연령, 49.8 ± 4.7 세)이 포함되었다. 26 명의 외상을 받지 않은 건강한 대조군 (26 명, 평균 연령, 65.3 ± 7.84 세)도 포함되었다. Voxel-based morphometry 분석을 시행하여 뇌 해부학상의 국소적 차이를 조사하였으며, 휴식기 뇌기능의 차이를 조사하기 위해 seed-based functional connectivity analysis, integrated local correlation, 그리고 fractional amplitude of low-frequency fluctuations 분석을 시행하였다. RESULTS: Seoul Verbal Learning Test의 평균 z값을 비교 시 소방관은 건강한 대조군에 비해 immediate recall, delayed recall, Controlled Oral Word Association Test (COWAT) animal, COWAT phonemic 항목에서 점수가 유의하게 낮았으며, 신경인지 기능이 감소한 것으로 나타났다. 소방관은 left superior parietal gyrus와 left inferior temporal gyrus의 회색질 부피가 건강한 대조군에 비해 감소되어 있었다. 소방관은 fusiform gyrus, anterior cingulate gyrus, cerebellum 등을 포함한 여러 부위에서 건강한 대조군에 비해 rsfMRI 값의 변화를 보였다. CONCLUSION: 구조적 뇌 및 휴식 상태 기능 이상은 PTSD가 없는 외상에 노출된 소방관의 변화를 확인하는 데 유용한 이미징 바이오 마커일 수 있다.