慢性嗜酒者腦鏡像同倫功能連接的MRI初步研究

敖亞雯， 陳軍， 桑菲， 聶鴻雁

·中樞神經(jīng)影像學(xué)·

慢性嗜酒者腦鏡像同倫功能連接的MRI初步研究

敖亞雯， 陳軍， 桑菲， 聶鴻雁

目的：運(yùn)用靜息態(tài)功能磁共振(rs-fMRI)基于體素鏡像同倫功能連接(VMHC)方法分析慢性嗜酒者大腦半球間功能連接的改變情況。方法：對(duì)20例慢性嗜酒者(慢性嗜酒組)和14例健康志愿者(對(duì)照組)進(jìn)行頭部常規(guī)MRI和rs-fMRI掃描。將所有數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，采用雙樣本t檢驗(yàn)對(duì)兩組的VMHC圖進(jìn)行分析，并對(duì)兩組間VMHC顯著性差異腦區(qū)的相關(guān)系數(shù)值與密西根酒精依賴調(diào)查表(MAST)及飲酒問卷(ADS)評(píng)分進(jìn)行相關(guān)性分析。結(jié)果：因4名受試者圖像不合格，最終納入研究的慢性嗜酒者16例，健康對(duì)照者14例。與對(duì)照組相比，慢性嗜酒組楔狀葉/楔前葉、顳中回及島蓋部VMHC值顯著減低(P均<0.05)。VMHC減低腦區(qū)相關(guān)系數(shù)值與MAST、ADS評(píng)分均無(wú)顯著相關(guān)性(P均>0.05)。結(jié)論：慢性嗜酒者在靜息態(tài)下存在大腦半球間的功能連接減低，可能為慢性酒精成癮病理生理機(jī)制及相關(guān)臨床表現(xiàn)的研究提供新的視角。

酒精依賴； 磁共振成像； 大腦; 基于體素鏡像同倫連接

慢性嗜酒能使飲酒者產(chǎn)生欣快感，從而無(wú)法控制自己的飲酒行為，可導(dǎo)致酒精濫用、成癮及戒斷后復(fù)飲等問題[1]。酒精成癮亦可導(dǎo)致嚴(yán)重的神經(jīng)系統(tǒng)功能損傷，包括腦形態(tài)學(xué)改變[2]、認(rèn)知功能損害[3]及腦代謝異常[4]。以往研究表明慢性嗜酒者存在腦區(qū)域性灰白質(zhì)萎縮、白質(zhì)微結(jié)構(gòu)損害及腦區(qū)間功能連接的異常。

靜息態(tài)功能磁共振成像(resting-state functional magnetic resonance imaging，rs-fMRI)是在靜息狀態(tài)下，捕獲自發(fā)波動(dòng)的血氧水平依賴信號(hào)[5]，可用于定量揭示大腦基線狀態(tài)下神經(jīng)元之間的相互作用。功能同倫的定義為幾何對(duì)應(yīng)半球間高度同步性自發(fā)活動(dòng)，其被認(rèn)為是大腦固有功能結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵特征[6]?；隗w素鏡像同倫連接(voxel-mirrored homotopic connectivity,VMHC)可用于量化靜息狀態(tài)下一側(cè)半球與對(duì)稱鏡像之間的功能連接，測(cè)量半球間協(xié)調(diào)性[7]。不同對(duì)稱區(qū)域VMHC強(qiáng)度差異可代表在信息處理、感覺統(tǒng)合、運(yùn)動(dòng)協(xié)調(diào)等大腦半球特化特征的差別[8]。本研究采用VMHC定量評(píng)估慢性嗜酒者半球間功能信息交流整合改變的空間異質(zhì)性。

材料與方法

1.研究對(duì)象

慢性嗜酒組：于2015年5月-2016年2月臨床招募慢性酒精依賴者20例，飲酒年限均>10年，日均飲酒量>150 g(以38°白酒為標(biāo)準(zhǔn))。參照美國(guó)精神疾病診斷與統(tǒng)計(jì)手冊(cè)(DSM-IV)第4版中慢性嗜酒或?yàn)E用的診斷標(biāo)準(zhǔn)，并按照密西根酒精依賴調(diào)查表(Michigan alcoholism screening test，MAST)及飲酒問卷(alcohol drinking scale，ADS)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)[9]評(píng)估酒精依賴程度。排除標(biāo)準(zhǔn)(滿足以下任意一條即排除本研究)：①伴精神障礙癥狀；②除酒精以外的其他藥物成癮史；③伴大腦器質(zhì)性病變或嚴(yán)重軀體疾??；④顱腦外傷史或昏迷史；⑤癲癇或癲癇家族史；⑥掃描前2周使用過苯二氮卓類藥物或接受過抗精神病藥物治療；⑦正在接受藥物治療(為排除短期飲酒對(duì)腦組織的影響，本研究所有受試者最后一次飲酒至MRI檢查的時(shí)間間隔為1周)；⑧有MRI檢查的絕對(duì)禁忌證。

表2 慢性嗜酒組與對(duì)照組VMHC比較

注：MNI為蒙特利爾神經(jīng)科學(xué)研究所；VMHC值有正有負(fù)，部分?jǐn)?shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差較均數(shù)大，仍符合正態(tài)分布。

健康對(duì)照組：同期從臨床中招募志愿者14例，在年齡、性別、受教育程度以及利手方面與慢性嗜酒組相匹配，無(wú)其他任何物質(zhì)成癮或依賴的病史，不飲酒。排除標(biāo)準(zhǔn)同慢性嗜酒組。

本研究通過武漢大學(xué)人民醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)的批準(zhǔn)與監(jiān)督，所有受試者或其家屬均簽署知情同意書。

2．?dāng)?shù)據(jù)采集

采用Discovery MR 750Plus 3.0T超導(dǎo)磁共振掃描儀(GE Healthcare，Milwaukee，Wisconsin，USA)，8通道陣列頭線圈(并使用配套的橡膠軟塞固定頭部)。掃描時(shí)受試者仰臥位、閉眼、平靜呼吸、最大限度地減少身體主動(dòng)及被動(dòng)運(yùn)動(dòng)、盡量不做任何思維活動(dòng)，同時(shí)使用軟泡沫耳塞降低設(shè)備噪音。rs-fMRI采用梯度回波-回波平面成像(gradient echo-echo planar imaging，GRE-EPI)序列掃描，掃描參數(shù)：TR 2000 ms，TE 30 ms，層厚4.0 mm，層間距0.6 mm，層數(shù)32，視野22 cm×22 cm，矩陣64×64，激勵(lì)次數(shù) l，翻轉(zhuǎn)角90°，掃描時(shí)間8 min 10 s。

3．?dāng)?shù)據(jù)處理

將原始數(shù)據(jù)傳至計(jì)算機(jī)，數(shù)據(jù)處理采用基于MATLAB 2014a操作界面、在統(tǒng)計(jì)參數(shù)圖SPM8及REST運(yùn)行環(huán)境下的DPARSF軟件(DPARSF，http://www.restfmri.net)。數(shù)據(jù)預(yù)處理過程包括：①剔除前10個(gè)時(shí)間點(diǎn)，排除受試者不適應(yīng)以及縱向磁化弛豫未穩(wěn)定而帶來(lái)的影響；②時(shí)間層校正：使不同時(shí)間點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)校正到同一時(shí)間點(diǎn)；③頭動(dòng)校正：減少掃描過程中因?yàn)槭茉囌哳^部運(yùn)動(dòng)的噪音影響，排除水平頭動(dòng)>1 mm與旋轉(zhuǎn)頭動(dòng)>1.0°的受試者靜息態(tài)數(shù)據(jù)；④空間標(biāo)準(zhǔn)化：將所有的功能圖像配準(zhǔn)到SPM8提供的標(biāo)準(zhǔn)模板，使功能像在空間上對(duì)齊；⑤平滑：采用8 mm×8 mm×8 mm半高全寬(full widthat half maximum，F(xiàn)WHM)對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化之后的圖像進(jìn)行平滑，減少標(biāo)準(zhǔn)化之后的個(gè)體差異并在一定程度上提高圖像信噪比；⑥去線性漂移：進(jìn)一步去除諸多原因造成的受試者數(shù)據(jù)偏離生理基線的程度；⑦低頻濾波：對(duì)受試者數(shù)據(jù)進(jìn)行頻率為0.01～0.08 Hz的帶通濾波，以盡量減少諸如心跳、呼吸節(jié)律等生理性噪音的影響；⑧去除協(xié)變量：提取頭動(dòng)、全腦、白質(zhì)及腦脊液的平均信號(hào)作為計(jì)算功能連接的協(xié)變量進(jìn)行簡(jiǎn)單線性回歸，以排除這些因素對(duì)結(jié)構(gòu)造成的影響。

4.統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

利用SPSS 22.0軟件對(duì)受試者年齡、教育年限、MAST及ADS評(píng)分資料進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)。使用REST軟件中的統(tǒng)計(jì)模塊對(duì)慢性嗜酒組和對(duì)照組的VMHC圖進(jìn)行雙樣本t檢驗(yàn)分析，經(jīng)計(jì)算，以單個(gè)體素P<0.01，同時(shí)體素簇>20個(gè)體素的結(jié)果為達(dá)到總體顯著性水平。使用REST工具提取慢性嗜酒組和對(duì)照組VMHC顯著性差異腦區(qū)間的相關(guān)系數(shù)值，并分析其與MAST、ADS評(píng)分的相關(guān)性，P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

慢性嗜酒組(20例)及對(duì)照組(14例)均完成MRI檢查。慢性嗜酒組中1例受試者在功能像采集時(shí)，因血壓升高未完成采集導(dǎo)致數(shù)據(jù)不完整；另3名受試者在預(yù)處理時(shí)，因頭動(dòng)超出標(biāo)準(zhǔn)，其數(shù)據(jù)被剔除，故慢性嗜酒組中最終納入研究的受試者為16例。對(duì)照組14例志愿者均納入研究。

1.一般資料的統(tǒng)計(jì)結(jié)果

慢性嗜酒組(16例)及對(duì)照組(14例)受試者均為男性及右利手；慢性嗜酒組飲酒年限達(dá)(31.3±7.7)年，日均飲酒量達(dá)(246±93) g；兩組的年齡、受教育程度均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P均>0.05)；MAST、ADS評(píng)分均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P均<0.05，表1)。

表1 慢性嗜酒組與對(duì)照組的一般資料比較

2.慢性嗜酒組與對(duì)照組VMHC分析結(jié)果

與對(duì)照組相比，慢性嗜酒組未發(fā)現(xiàn)雙側(cè)半球VMHC顯著增高的腦區(qū)；而慢性嗜酒組VMHC顯著下降的腦區(qū)包括雙側(cè)楔葉、顳中回及島蓋(圖1、2，表2)。VMHC減低腦區(qū)相關(guān)系數(shù)值與MAST、ADS評(píng)分均無(wú)顯著相關(guān)性(r為-0.414～-0.240，P均>0.05)。

圖1 VMHC在慢性嗜酒組與對(duì)照組間的差異軸面展示圖，顯著變化的腦區(qū)主要包括楔葉、顳中回、島蓋。

討 論

同倫靜息功能連接是大腦內(nèi)在功能結(jié)構(gòu)一個(gè)顯著的特征，本研究運(yùn)用VMHC方式探討慢性嗜酒者半球間同倫靜息功能連接發(fā)現(xiàn)，靜息狀態(tài)下，慢性嗜酒者存在兩大腦半球鏡像同倫區(qū)間的功能連接減低，改變的腦區(qū)主要位于楔葉、顳中回及島蓋。

楔葉與視覺信息的加工、情景記憶的提取、視空間意象、自我意識(shí)等功能有關(guān)。楔葉為默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)(default mode networ，DMN)的組成成分之一，而DMN涉及自我反省或自我意識(shí)的處理、監(jiān)測(cè)周圍環(huán)境、情景記憶等功能[10]。當(dāng)個(gè)體處于靜息狀態(tài)時(shí)，其對(duì)環(huán)境監(jiān)測(cè)需要視空間能力[11]。本研究中，慢性嗜酒組雙側(cè)楔葉VMHC減低，提示視覺信息處理功能損害，亦可能反映其對(duì)飲酒場(chǎng)景及飲酒后欣快感的記憶強(qiáng)化。Bagga等[12]的研究發(fā)現(xiàn)慢性嗜酒者的雙側(cè)前額枕束、下額枕束FA值降低，雙側(cè)前額枕束、左測(cè)下額枕束MD值顯著增高，提示視覺皮質(zhì)可能存在軸突損傷及星型膠質(zhì)細(xì)胞增生。額枕葉白質(zhì)結(jié)構(gòu)損傷，為形成的額枕環(huán)路間信息交流下降提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)，可導(dǎo)致相應(yīng)的視覺功能障礙[13]。白質(zhì)連接同源區(qū)域左右半球，相應(yīng)腦區(qū)白質(zhì)損傷可能會(huì)破壞同倫連接區(qū)域的同步性。本研究發(fā)現(xiàn)兩半球楔葉間的功能連接強(qiáng)度減低，可能與腦白質(zhì)完整性的廣泛破壞及功能連接異常有關(guān)，進(jìn)而引起慢性嗜酒者視覺皮層功能損傷，具體認(rèn)知功能域異常與不同腦區(qū)VMHC改變的對(duì)應(yīng)關(guān)系還需進(jìn)一步研究及探索。

顳中回的主要功能是語(yǔ)義詞典存儲(chǔ)區(qū)域，參與語(yǔ)言的語(yǔ)義信息加工，包括語(yǔ)義概念、詞典語(yǔ)義及更高級(jí)的句法加工[14]。Acheson等[15]通過對(duì)有家族酗酒史及無(wú)家族酗酒史青年的fMRI對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，家族酗酒史青年組的左頂上小葉、楔前葉、頂下小葉及顳中回腦區(qū)表現(xiàn)相對(duì)大的激活，其原因可能與參與認(rèn)知處理及工作記憶的網(wǎng)絡(luò)區(qū)域損傷導(dǎo)致認(rèn)知功能低下或溝通能力薄弱有關(guān)。既往的功能神經(jīng)影像學(xué)研究報(bào)道認(rèn)為，顳中回與杏仁核都參與情感反應(yīng)，是情感回路的一部分。Kim等[16]對(duì)酒精依賴者的厭惡刺激fMRI研究發(fā)現(xiàn)，相對(duì)于酒精依賴者，健康參與者的右側(cè)杏仁核、右側(cè)顳中回、橋腦、左側(cè)額葉腦回對(duì)厭惡刺激表現(xiàn)為更顯著的反應(yīng)。本研究中，慢性嗜酒組雙側(cè)顳中回VMHC減低，可能與其相應(yīng)腦區(qū)半球間信息交流及整合功能損傷，或情感回路系統(tǒng)異常有關(guān)。

在傳統(tǒng)的大腦功能分區(qū)上，島蓋被認(rèn)為主要與語(yǔ)言相關(guān)。文獻(xiàn)研究表明，與語(yǔ)言相關(guān)的功能主要由島蓋的左半球部執(zhí)行。在大腦進(jìn)化過程中，左右大腦半球的同一區(qū)域逐漸分化和專用，形成優(yōu)勢(shì)半球。而本研究發(fā)現(xiàn)，慢性嗜酒組雙側(cè)島蓋VMHC減低，具體的角色和功能有待進(jìn)一步探索。

圖2 VMHC在慢性嗜酒組與對(duì)照組間的差異腦平面展示圖，顯著變化的腦區(qū)主要包括楔葉、顳中回、島蓋。

本研究發(fā)現(xiàn)楔葉、顳中回及島蓋VMHC下降，但與MAST、ADS評(píng)分均無(wú)顯著相關(guān)性，筆者推測(cè)，酒精依賴時(shí)間及每日飲酒量形成的原因多樣，可能造成嗜酒者的飲酒特征與VMHC值無(wú)顯著相關(guān)。

本研究采用VMHC方法分析慢性嗜酒者大腦半球間的鏡像功能連接，研究發(fā)現(xiàn)慢性嗜酒者在靜息態(tài)下存在涉及視覺、語(yǔ)言及情緒加工等相應(yīng)腦區(qū)功能連接減低，其結(jié)果可能為慢性酒精成癮的病理生理機(jī)制及相關(guān)臨床表現(xiàn)的研究提供新的視角。本研究尚存在一些不足之處，樣本量較少，結(jié)果的可重復(fù)性有待進(jìn)一步證實(shí)。

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Alteration of the cerebral inter-hemispheric resting-state functional connectivity in chronic alcoholics:a voxel-mirrored homotopic connectivity MRI study

AO Ya-wen，CHEN Jun，SANG Fei，et al.

Department of Radiology，Renmin Hospital of Wuhan University，Wuhan 430060，China

Objective:To investigate the difference of the inter-hemispheric functional connectivity between chronic alcoholics and normal controls using the voxel-mirrored homotopic connetivity (VMHC) method based on resting-state functional magnetic resonance imaging (rs-fMRI).Methods:Conventional and rs-fMRI sequences were conducted in 20 chronic alcoholics and 14 normal controls.Pre-processed of all the raw data were performed.VMHC image were analyzed by two samplettest;we performed VMHC analyses on rs-fMRI data of these participants.Results:Images of 4 cases in chronic alcoholics group were not qualified,16 chronic alcoholics and 14 healthy controls were finally included in the study.Compared with healthy controls,alcoholics showed significant VMHC decreases in the middle temporal gyrus,cuneus and operculum (P<0.05).Parameter values in brain regions with significant VMHC changes had no correlation with the MAST and ADS score (P>0.05).Conclusion:The functional connectivity between homotopic brain regions decreased in alcoholics,it may provide a new perspective on the pathophysiology and clinical manifestations of chronic alcohol addiction.

Alcohol dependence; Magnetic resonance imaging; Cerebrum; Voxel-mirrored homotopic connectivity

430060 武漢，武漢大學(xué)人民醫(yī)院放射科

敖亞雯(1990-)，女，湖北武漢人，碩士研究生，主要從事中樞神經(jīng)系統(tǒng)影像學(xué)診斷工作。

陳軍，E-mail:whuchenjun@163.com

R445.2; R749.4

A

1000-0313(2017)02-0126-05

10.13609/j.cnki.1000-0313.2017.02.006

2016-06-07

2016-11-25)