上述動物實驗研究揭示了嚴重心理/生理應激后可能存在海馬、下丘腦等創傷應激反應性CNS易損區，近十余年來，隨著神經影像學技術的快速發展，特別是磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）、基于像素的形態測量學（voxel based morphometry，VBM）、功能磁共振成像（functional magnetic resonance imaging，fMRI）、彌散張量成像（diffusion tensor imaging，DTI）、磁共振波譜成像（magnetic resonance spectroscopy，MRS）、單光子發射計算機斷層顯像（singlephoton emission computerized tomography，SPECT）、正電子發射斷層顯像（positron emission tomography，PET）等神經影像學技術的廣泛應用，應激對神經系統（特別是大腦結構）的影響越來越引起關注，其中，與應激反應密切相關的海馬、杏仁核（amygdala）、顳葉內側（medial temporal lobe）、前扣帶回（anterior cingulate cortex）、前額葉內側皮層（medial prefrontal cortex，mPFC）等腦內神經環路的改變與PTSD的關聯備受關注；而越來越多的臨床研究也不斷證實，PTSD患者確實存在中樞神經系統某些特定區域或組織的神經病理學基礎與神經影像學改變。

越來越多的臨床研究顯示，海馬結構在PTSD發病中確實存在明顯的改變，顯示海馬結構與功能改變在PTSD發病中可能具有重要意義。

Bremner等利用頭顱MRI觀察26例男性PTSD越戰老兵，發現患者右側海馬體積較對照組縮小8.0%，而其他腦區并無明顯改變，且患者短期詞語性記憶受損的程度與右側海馬的縮小直接相關，提示應激障礙時腦內可能存在某些神經病理學基礎。在對童年期有軀體和（或）性虐待經歷的成人PTSD患者的研究揭示，左側海馬體積減少5%，右側海馬體積減少3.8%，經線性逐步回歸分析發現，創傷程度與短期記憶障礙的病情、軀體癥狀及患者所出現的分離性癥狀的嚴重程度均呈正相關。

另有一些研究顯示，早年有生活創傷經歷的PTSD患者，左側海馬體積減小更明顯；而在中晚年以后才有創傷經歷的PTSD患者，則主要表現為雙側或右側海馬體積減少，而杏仁核并無明顯的差異。

對遭受性虐待女性PTSD患者的研究顯示，其左側海馬體積減少5%，且海馬萎縮與其分離性癥狀嚴重度相關。海馬體積減少與受性虐待婦女的癥狀嚴重程度顯著相關。Gurvits等還發現，與沒有PTSD表現的越戰老兵及正常對照組相比，PTSD越戰老兵左、右側海馬分別縮小了26.0%和22.0%，且海馬縮小的程度似與PTSD的嚴重程度密切相關。

許多研究還發現，慢性PTSD患者海馬體積明顯縮小，由于海馬與陳述性記憶密切相關，而PTSD患者恰恰存在這種記憶損害，患者也確實很難完成與陳述性記憶有關的測試。另外也有研究發現PTSD患者存在一定程度的前扣帶回、胼胝體和島葉體積縮小。

Gilbertson等對具有相同遺傳背景和不同創傷性經歷的同卵雙生子進行隨訪觀察，發現有創傷性經歷的PTSD患者的病情與其海馬體積呈負相關，提示海馬萎縮可能不僅僅是創傷性經歷的結果，還可能在創傷性事件所致PTSD的發病中有意義。

Lanius等利用fMRI研究還發現，PTSD患者丘腦、前扣帶回（Brodmann 32區）及內側額上回（Brodmann 10和11區）激活程度較對照組明顯降低，提示中樞神經系統不同腦區間的神經環路參與了PTSD的發病過程。同時，給予育亨賓激活腎上腺素能系統后，PTSD患者背外側前額葉、顳葉皮質、眶額葉皮質功能活性降低，海馬功能下降。傷害性的言語或圖像刺激患者時，可誘發更為嚴重的PTSD表現。PET、SPECT也顯示不同腦區腦血流量有所減少，特別是前額葉內側皮質、前扣帶回（包括Brodmann 25區、胼胝下回、Brodmann 32區、Brodmann 24區）等處活性下降。另外還有研究發現丘腦，頂葉皮質、額下回功能下降，杏仁核、后扣帶回、海馬等處腦組織活性增強。顯示參與PTSD病理生理過程的腦區范圍廣、相互作用復雜，但仍以與CNS創傷應激反應性調節密切相關的邊緣系統間的神經環路的結構與功能改變為主。

MRS是目前唯一可在體無創研究活體器官組織代謝、生化變化及化合物定量分析的方法，目前常用的是 ¹H-MRS技術，檢測的代謝物主要有N-乙酰天冬氨酸（N-acetylaspartate，NAA）、肌醇磷酸肌酸（creatine-phosphocreatine，Cr）、膽堿（choline，Cho）等。NAA主要存在于神經細胞胞體及神經軸突中，是神經元的標志物。NAA的降低提示神經元及軸突的缺失或能量代謝障礙，海馬神經元的數目及神經元的功能狀態是影響海馬區NAA濃度的主要因素；Cho存在于神經元和膠質細胞中，且在膠質細胞中含量明顯高于神經元，因此Cho主要反映了膠質細胞功能的變化；Cr代表肌酸-磷酸肌酸復合物，是能量代謝過程中高能磷酸鍵的緩沖儲備物之一，它參與細胞的能量代謝，其含量在各種病理狀態下相對恒定，常被用作比較其他代謝產物變化的標志。因此，MRS腦代謝物檢測結果多以NAA/Cr和Cho/Cr比值來表達。研究顯示，PTSD患者左、右兩側海馬NAA/Cr比值均明顯低于對照組，且左側海馬下降更明顯，提示創傷性經歷引發了PTSD患者雙側海馬神經元的數量及功能狀態下降，且以左側海馬損害更明顯，提示左側海馬對創傷性事件損害作用的易感性可能更高。

杏仁核是邊緣系統的重要皮質下核團，結構復雜，纖維聯系廣泛，功能各異。杏仁核漏斗的基底外側核和側核接受和整合來自丘腦的感覺信號，以及來自皮層和海馬的認知信號，并從不同層次調控海馬處理信息的過程；杏仁核中央核與行為、自主神經系統、內分泌功能有關；杏仁核還與腦干的背縫核、藍斑兒茶酚胺能核團有著廣泛的神經纖維聯絡，并通過兒茶酚胺能核團與下丘腦腹側核CRF神經元的廣泛神經纖維聯絡，調節下丘腦腹側核的CRF神經元的功能，而該杏仁核-下丘腦通路在創傷性記憶和應激所致HPA軸的激活及腎上腺皮質反應中有至關重要的作用，主要參與了應激反應與神經內分泌調控、創傷性記憶形成、情緒反應與情感行為調節、自主神經功能活動等多項重要生理過程。

強烈的創傷性精神刺激可導致杏仁核功能受損。研究顯示，個體在面對創傷性事件或回憶可怕的事情時，其杏仁核的活動異常激活，在與創傷有關的圖片、聲音、詞匯等刺激下，PTSD患者杏仁核的活動顯著增強。同時還發現，給戰爭相關的PTSD患者提供與戰爭創傷性事件有關的圖片時，即使該圖片的可識別度低于可識別閾值，其杏仁核的活動也較對照明顯的增強，相應的視覺皮質的活動也高于對照人群。同時，PTSD患者前扣帶回的活動受抑，海馬體積縮小；前扣帶回活動受抑可削弱其對杏仁核的抑制作用，促使杏仁核的活動增強，而杏仁核的活動過度增強可致警醒水平增高，這一過程可能與海馬的萎縮有關。研究還發現，相對于對照組，PTSD患者杏仁核的體積也顯著減小。

杏仁核是大腦的“恐懼中樞”，與恐懼性驚嚇反射密切相關。fMRI研究發現，恐懼性條件反射可使杏仁核過度活動。電刺激杏仁中央核，可促進聽覺的驚跳反應；而毀損杏仁中央核，則可阻斷恐懼性驚跳反應的形成。單側顳葉（包括杏仁核）切除的患者恐懼性條件反射形成受損，而陳述性記憶不受損，提示杏仁核與陳述性記憶無關，而與非陳述性的情緒性記憶關系密切。因此，杏仁核的功能受損可促進PTSD患者的恐懼性條件反射的形成，增加再次暴露于創傷性事件時的軀體反應。

基于低頻振幅（amplitude of low frequency fluctuation，ALFF）算法的靜息態fMRI研究還顯示，PTSD患者組右側杏仁核ALFF活性明顯增加，海馬旁回、鉤回等邊緣系統其他腦區亦見ALFF活性增加，而前額葉、島葉及楔前葉ALFF活性減低，表明PTSD患者靜息態下包括杏仁核在內的邊緣系統多個腦區活動增強，前額葉、島葉、楔前葉等腦區功能抑制，提示PTSD患者存在杏仁核、海馬、前扣帶回、楔前葉的腦區的腦默認網絡功能連接性的異常。

研究顯示，PTSD患者在注意、記憶、反應啟動、抑制能力、視覺反應和認知靈活性等多個方面都存在缺陷，這可能與前額葉執行功能受損密切相關。

執行功能是大腦額葉的主要功能之一，功能是將不同的認知加工過程靈活整合，并以優化方式計劃、始動、協同操作以實現某一特定目標的認知技能，該功能主要與大腦額葉的功能有關，包括定勢轉移、優勢抑制、概念形成、工作記憶等成分；其損害可能導致詞語流暢性、沖動抑制、問題解決能力、激情保持、抽象思維、精神運動靈活性和工作記憶能力等受累。額葉-紋狀體環路（主要包括背外側前額葉、前扣帶回、前額葉眶回皮質等）是與執行功能相關的主要腦結構，外側額葉皮質參與調節反應抑制，前扣帶回與注意和抑制加工有關，其中腹側前扣帶回只與情緒相關的抑制反應有關，背側前扣帶回更多的與中性刺激相關的抑制反應有關；眶額葉皮質與動機評價、刺激-反應學習及工作記憶等有關，這些腦區可能參與了PTSD患者執行功能的加工處理過程。

通過基于體素的形態學方法（voxel based morphometry，VBM）對PTSD患者腦灰質體積的對比研究顯示，因火災所致PTSD的患者，其海馬、前扣帶回及島葉存在灰質容積的下降；在對退伍軍人的研究發現，PTSD患者雙側前額葉皮質變薄。進一步對PTSD患者治療前后額葉灰質體積改變的研究顯示，與對照組相比，PTSD患者前額葉皮質明顯減少，患者存在前額葉外側皮質、前扣帶回及島葉等腦區功能異常。前額葉體積減小可導致上述額葉-紋狀體環路傳導異常，進而引發注意、反應抑制、任務轉換、工作記憶和行為靈活性等多方面執行功能障礙。

前額葉中部皮層還可通過抑制杏仁核的反應，參與調節與創傷相關特殊記憶有關的情緒反應。前額葉受損的患者不能根據外界環境的變化及時調整自己的情緒，在社交場合不能合理地整合情緒反應以正確表達；同時，前額葉活性下降還可能與PTSD患者闖入性記憶有關。fMRI研究顯示，遭受童年性虐待的PTSD患者面對創傷性畫面時，其前額葉中部皮層的功能活動降低，而恐懼性條件反射的形成和保持與杏仁核有密切的關系，因此，當前額葉功能下降時可降低對杏仁核的抑制作用，引發杏仁核活性增強，導致PTSD相關的恐懼性條件反射增強且消退障礙，這可能是PTSD患者對創傷性事件具有敏感素質的一個重要原因。

PET研究進一步顯示，PTSD患者在進行創傷性事件相關的想象時，內側前額葉皮質激活降低；而在進行非創傷性事件相關的應激任務聯想時，前額葉內側皮質同樣存在明顯的活動狀態降低。彌散張量成像（diffusion tensor imaging，DTI）技術對PTSD患者的研究還發現，杏仁核和前額葉內側皮質完整性下降，并與臨床癥狀有明顯的相關趨勢，顯示杏仁核和額中回腦區結構完整性下降可能是PTSD患者情感和記憶等腦功能紊亂的結構基礎，PTSD患者存在前額葉內側皮質結構和功能異常表現。

前額葉功能失調還可能是PTSD患者工作記憶缺損的重要原因。從某種角度說，習慣化（habituation），即對應激原不能產生習慣性適應的表現，可能是應激障礙的重要致病機制之一，而習慣化過程與前額葉眶回皮質的功能有關。同時，與創傷性應激相關的病理性記憶的抑制減弱是應激障礙的重要心理學機制，這與前額葉背外側皮質、前額葉眶回皮質、前扣帶回的功能抑制以及后扣帶回的過度激活有關。因此，有研究顯示，通過電磁場作用于某些特定腦區（如前額葉皮質、海馬、杏仁核等處），調節該腦區的功能活動狀態，以治療病理性認知和情緒反應，取得了一定的療效，表明前額葉皮質在PTSD發病中有重要意義。

PTSD患者的腦功能損害除了上述海馬、杏仁核、前額葉皮質等區域存在一定的功能結構與神經影像學改變外，整個邊緣系統，包括海馬旁回、前扣帶回、后扣帶回、島葉等，以及其他相關腦區都可能存在功能紊亂。

前扣帶回與注意、情緒調節和條件性恐懼反射有關，其功能紊亂與PTSD的闖入性癥狀和無法控制的恐懼情緒癥狀密切相關。研究發現，PTSD患者的前扣帶回存在灰質密度降低、神經元丟失等神經病理學改變。VBM研究顯示，PTSD患者的前扣帶回（Brodmann 32區）灰質密度明顯低于經歷了相同的創傷性事件、但沒有發展為PTSD的對照組人群，顯示創傷性經歷后PTSD患者的前扣帶回存在腦組織結構的病理性改變。對慢性PTSD的研究也顯示，患者右側頂葉、額葉左側喙部、雙側前額葉眶回皮質及前扣帶回體積縮小，這些區域與情景記憶和執行情況缺陷相關。同時，PTSD患者存在前額葉外側皮質、前扣帶回及島葉等腦區功能異常。

島葉的前部與前額葉內側皮層（mPFC）和杏仁核有著廣泛的纖維聯系，是邊緣系統的重要組成部分。近年研究顯示，島葉除參與了情緒調節外，還參加了認知功能調控，特別是對言語材料的認知加工過程有重要作用。目前的研究證實，雙側島葉都參與了言語材料的編碼和提取加工，左側島葉還是雙語者語言形成與提取的重要腦區之一。PTSD患者存在明顯的認知功能損害，主要表現為一般學習記憶能力的顯著下降，注意力無法集中，其記憶功能損害主要表現為闖入性記憶、陳述性記憶的普遍損害和創傷性遺忘；此外，還有明顯的情緒調節異常、恐懼情緒過度增強等。研究顯示PTSD患者雙側島葉的灰質密度明顯降低，顳葉、海馬旁回、頂葉、枕葉及中腦也存在類似的灰質結構改變，島葉灰質容積下降與PTSD患者的陳述性記憶損害相關，腦干及額顳葉皮層灰質容積降低與工作、言語記憶的損害及面部識別障礙有關，提示島葉及邊緣系統相關腦區與PTSD癥狀之間存在密切的關系。

利用DTI技術對PTSD患者的研究還發現，PTSD患者雙側額中回平均彌散系數（mean diffusivity，MD）值增高，且部分各向異性分數（fractional anisotropy，FA）圖值降低，MD值和FA值的一致變化表明額中回結構完整性存在一定程度的受損。PTSD患者前扣帶回、左側杏仁核、左側島葉MD值較對照組顯著增高，但兩組FA值無顯著差異，推測這些腦區可能存在髓鞘脫失和Wallerian變性等病理變化，這些病理變化可能導致水分子平均擴散水平增加，但對水分子擴散的方向性影響很小，因而這些腦區FA值變化不明顯，MD值則顯著增高。同時，PTSD患者右側額中回、左側杏仁核MD值與PTSD自評量表平民版（PTSD checklist-civilian version，PCL-C）進行的PTSD癥狀自評分明顯正相關，右側額中回FA值與PCL-C評分明顯負相關趨勢，表明杏仁核和額中回在PTSD神經病理機制中具有重要作用。

隨著神經影像技術的不斷發展，越來越多的研究揭示，PTSD患者海馬、杏仁核、海馬旁回、前扣帶回、前額葉皮質、額上回、顳中回、顳下回，楔前葉、左側額下回、顳上回、島葉、中央前回及中腦等多處腦組織存在一定程度的組織結構學變化，灰質容積減少，功能異常增強或受抑，可能是PTSD的重要致病因素之一。

然而，雖然PTSD患者大腦不同腦區功能狀態及神經影像學檢查存在明顯的改變，特別是PTSD患者存在以邊緣系統為主的不同腦區功能激活，腦組織結構完整性下降，腦組織灰質體積密度和白質體積密度異常等組織結構學改變，但并不能以此確定這些改變是PTSD的原因還是結果？同時，由于PTSD致病機制與臨床表現的復雜性，以及海馬結構自身解剖關系復雜、檢測影響因素眾多、MRI無創在體測量方法不統一，特別是海馬結構等腦組織體積的劃界模式、體積測量與計算方法、標準化校正、正常人群特定腦區組織結構等特定腦組織體積的常模、感興趣區選定與神經影像參數選擇等差別較大，也存有較多爭議，更未形成統一的意見，導致許多研究結果缺少可比性，甚至結論相互矛盾。借助在體神經影像學技術的迅速發展，結合臨床表現、功能狀態、神經生化代謝、組織結構與神經可塑性改變等，進一步探尋PTSD相關神經病理學基礎，以深入揭示PTSD相關神經生物學機制將是未來研究的重點之一。