遺忘型輕度認(rèn)知障礙的記憶力與fMRI度中心性的相關(guān)性

夏銳李墨逸周文姬劉嬌鄭國華

(上海健康醫(yī)學(xué)院健康信息技術(shù)與管理學(xué)院，上海 200120)

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遺忘型輕度認(rèn)知障礙的記憶力與fMRI度中心性的相關(guān)性

夏 銳1李墨逸周文姬1劉 嬌1鄭國華1

(上海健康醫(yī)學(xué)院健康信息技術(shù)與管理學(xué)院，上海 200120)

目的 應(yīng)用度中心性(DC)的分析方法，探討遺忘型輕度認(rèn)知障礙(aMCI)患者靜息態(tài)功能核磁共振(RS-fMRI)腦網(wǎng)絡(luò)的變化及其與aMCI患者記憶力減退的相關(guān)性。方法 招募aMCI患者與正常老年人(HC組)各25例，采用簡易精神狀態(tài)檢查量表(MMSE)和韋氏記憶量表(WMS-RC)評(píng)估參與者的整體認(rèn)知功能和記憶力，同時(shí)采集RS-fMRI數(shù)據(jù)。使用DPABI軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，嚴(yán)格質(zhì)控，對(duì)兩組DC值做兩樣本t檢驗(yàn)，比較組間差異，找出差異腦區(qū)；并提取兩組有顯著差異的腦區(qū)DC值，與WMS-RC評(píng)分結(jié)果做相關(guān)分析。結(jié)果 aMCI患者右側(cè)額中回、右側(cè)角回、顳上回、雙側(cè)后扣帶回、右側(cè)扣帶旁回等腦區(qū)DC值顯著低于HC組；而在右側(cè)舌回、左側(cè)尾狀核等腦區(qū)的DC值明顯高于HC組。右側(cè)額中回區(qū)DC值與WMS-RC圖片記憶部分評(píng)分有中等強(qiáng)度的正相關(guān)(r=0.536 7)。結(jié)論 aMCI與正常老年人的腦功能節(jié)點(diǎn)DC存在差異，這種差異可能與情景記憶能力的下降有密切關(guān)系。

輕度認(rèn)知障礙；靜息態(tài)功能核磁共振；度中心性；記憶力

輕度認(rèn)知障礙(MCI)是一種正常老年人向阿爾茨海默病(AD)漸進(jìn)性過渡的中間狀態(tài)，主要表現(xiàn)為有客觀存在的認(rèn)知功能損害，但未達(dá)到癡呆診斷標(biāo)準(zhǔn)，日常生活能力正常。遺忘型MCI(aMCI)是MCI的主要類型，以記憶力減退為主要特點(diǎn)〔1〕。aMCI 相比于其他亞型，認(rèn)知能力下降更快，轉(zhuǎn)化為AD的速度更快〔2〕。因此，尋找aMCI特異性的診斷標(biāo)志物，有助于其早期發(fā)現(xiàn)。靜息態(tài)功能核磁共振(RS-fMRI)具有無創(chuàng)、高空間分辨率、可比性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。有研究表明，aMCI患者RS-fMRI主要表現(xiàn)為海馬、內(nèi)側(cè)前額葉等默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)腦區(qū)功能連接逐漸減弱〔3〕。但由于RS-fMRI的分析方法較多，各研究之間差異較大，重復(fù)性差，較難得到一致的結(jié)果〔4,5〕。度中心性(DC)的分析方法主要測量每個(gè)體素與全腦其他體素之間功能連接強(qiáng)度，具有客觀性、重復(fù)性好的優(yōu)點(diǎn)，最初被應(yīng)用于社會(huì)網(wǎng)絡(luò)分析，Zuo等〔6〕將這種方法引入靜息態(tài)腦網(wǎng)絡(luò)的研究中，發(fā)現(xiàn)能更全面地反映腦網(wǎng)絡(luò)連接的狀態(tài)。目前使用DC的方法研究aMCI患者腦功能連接的研究較少，對(duì)DC改變與aMCI患者瞬時(shí)記憶、短期記憶、長期記憶等不同記憶維度的研究則更少。本研究通過比較aMCI患者與正常老年人DC的變化及其與各個(gè)記憶維度的相關(guān)性，探討aMCI患者與正常老年人靜息態(tài)腦網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的變化，并分析其原因。

1 對(duì)象與方法

1.1 被試選擇標(biāo)準(zhǔn)

1.1.1 納入標(biāo)準(zhǔn) aMCI的納入標(biāo)準(zhǔn)參考Petersen標(biāo)準(zhǔn)并根據(jù)核磁共振要求制定〔7〕:①有記憶力明顯減退及其他有關(guān)認(rèn)知減退的主訴(或由知情人提供其有較顯著的認(rèn)知減退)；②簡易精神狀態(tài)檢查量表(MMSE)評(píng)分24～26分；③日常生活能力(ADL)保持正常,ADL量表(14項(xiàng)表)評(píng)分≤18分；④右利手。正常對(duì)照組的納入標(biāo)準(zhǔn):①無認(rèn)知減退主訴；②MMSE評(píng)分≥27分；③ADL評(píng)分≤18分；④右利手。

1.1.2 排除標(biāo)準(zhǔn) 佩戴金屬假牙等可能影響成像者,或因身體或心理原因無法耐受fMRI檢查者,在數(shù)據(jù)預(yù)處理時(shí)剔除頭動(dòng)過大的受試者。

1.1.3 一般資料 由研究人員在2014年5月至2015年10月通過現(xiàn)場招募、發(fā)放傳單、微信公眾號(hào)等方式在福州市6個(gè)社區(qū)招募MCI患者(MCI組)與認(rèn)知正常老年人(HC組)各25例,MCI組男9例，女16例；HC組男11例，女14例，均簽訂知情同意書。兩組ADL評(píng)分均為14分，年齡〔MCI組(64.56±4.984)歲，HC組(62.84±2.794)歲〕、受教育年限〔MCI組(11.44±2.931)年，HC組(9.32±2.495)年〕、MMSE評(píng)分〔MCI組(26.88±1.856)分，HC組(27.60±1.732)分〕均不符合正態(tài)分布,采用Mann-WhitneyU檢驗(yàn)后發(fā)現(xiàn)MCI組受教育年限顯著大于對(duì)照組(P<0.05),其余資料差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05),具有可比性。

1.2 方法

1.2.1 腦核磁共振掃描方法

1.2.1.1 功能像掃描參數(shù) 功能核磁共振掃描在福建省第二人民醫(yī)院放射科進(jìn)行,使用美國GE Signa HDx 3T磁共振成像儀掃描,掃描用線圈為8通道相控陣頭線圈。受試者仰臥位,頭部固定,閉眼,盡量不進(jìn)行任何系統(tǒng)性的思維活動(dòng),但要保持清醒。功能像掃描序列:梯度回波成像序列(EPI),脈沖重復(fù)時(shí)間(TR)=2 100 ms,回波時(shí)間(TE)=30 ms；翻轉(zhuǎn)角=90°,層厚=3 mm,體素大小3.125×3.125,矩陣=64×64,間隔=0.6 mm,軸位42層,視野=200 mm×200 mm,重復(fù)次數(shù)=160。

1.2.1.2 T1像掃描參數(shù) 三維磁化準(zhǔn)備快速梯度回波序列(3D MPRAGE),翻轉(zhuǎn)角=15°,翻轉(zhuǎn)時(shí)間(TI)=450 ms,FOV=240 mm×240 mm,層厚=1 mm,體素大小=0.93×0.93×1 mm3,矩陣=256×256,層數(shù)=164。

1.2.2 數(shù)據(jù)預(yù)處理與DC計(jì)算方法 使用DPABI軟件〔8〕對(duì)RS-fMRI數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理與DC計(jì)算。數(shù)據(jù)預(yù)處理過程包括①數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換；②去掉前10個(gè)時(shí)間點(diǎn),保留150個(gè)時(shí)間點(diǎn)；③時(shí)間層校正；④頭動(dòng)校正,獲得每個(gè)受試者的頭動(dòng)參數(shù)；⑤去頭皮；⑥分割；⑦去線性漂移；⑧濾波；⑨空間標(biāo)準(zhǔn)化,將圖像標(biāo)準(zhǔn)化到MNI標(biāo)準(zhǔn)空間,每個(gè)體素大小為3 mm×3 mm×3 mm；⑩平滑,設(shè)置平滑核為4 mm×4 mm×4 mm。使用DPABI計(jì)算出DC,連接數(shù)r≥25,取Z變換后的結(jié)果進(jìn)一步處理。

1.2.3 圖像質(zhì)控方法 由于被試間存在個(gè)體差異，每個(gè)被試的腦大小、形態(tài)有一定差別，需對(duì)這些差異進(jìn)行控制，以避免出現(xiàn)假陽性結(jié)果。本研究使用DPABI軟件的質(zhì)控工具，分別對(duì)T1像、功能像和標(biāo)準(zhǔn)化的圖像予以評(píng)分，滿分為5分，剔除有任意一項(xiàng)評(píng)分低于3分的被試。檢查被試的頭動(dòng)參數(shù)，剔除頭動(dòng)較大的被試(Mean FD Jenkinson>0.15)〔9〕。以所有被試大腦灰質(zhì)形態(tài)而生成的T1像90%重合度的圖像為組模板,排除與組模板重合率<90%的圖像。再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化,刪除均值回歸,使數(shù)據(jù)具有可比性。

1.2.4 韋氏記憶量表(WMS-RC)測試方法 本研究使用WMS-RC-甲式評(píng)定被試記憶力。WMS-RC-甲式共分為12個(gè)部分，經(jīng)歷與定向不參與評(píng)分計(jì)算，其余10個(gè)分測試均納入統(tǒng)計(jì)。研究開始前，由福建中醫(yī)藥大學(xué)附屬康復(fù)醫(yī)院評(píng)定部醫(yī)師對(duì)研究者進(jìn)行培訓(xùn)、考核，以確保評(píng)定結(jié)果具有良好的一致性。本研究采用盲法評(píng)定，即評(píng)定者不知道被試屬于哪一組，以避免主觀偏倚。具體記分方法按照《修訂韋氏記憶量表手冊》(龔耀先等，1989年2月，湖南醫(yī)科大學(xué))進(jìn)行操作。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析與圖像呈現(xiàn)方法 使用SPSS20.0軟件對(duì)兩組受試者的一般資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析,繼續(xù)使用DPABI軟件對(duì)aMCI組與HC組功能核磁共振圖像進(jìn)行兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn),以受試者年齡、性別、受教育程度及灰質(zhì)體積(VBM)為協(xié)變量。采用 AlphaSim校正進(jìn)行多重比較校正,校正后P<0.05具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。使用DPABI基于xjview8.14(http://www.alivelearn.net/xjview)的圖像呈現(xiàn)功能,自動(dòng)報(bào)告有統(tǒng)計(jì)差異的腦區(qū)及體素團(tuán)大小。將WMS-RC-甲式10個(gè)分測試的評(píng)分及記憶商錄入SPSS20.0做組間比較，若數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布，則采用兩樣本t檢驗(yàn)；不符合正態(tài)則使用秩和檢驗(yàn)。DPABI工具提取每一名被試有顯著差異腦區(qū)的DC峰值，與WMS-RC記憶商及各部分分值做相關(guān)分析。

2 結(jié) 果

2.1 圖像質(zhì)控結(jié)果 本研究共納入50名被試，所有被試的T1像、功能像和標(biāo)準(zhǔn)化的圖像評(píng)分均>3分。經(jīng)反復(fù)核查，未發(fā)現(xiàn)圖像有嚴(yán)重位移者，各被試圖像與組模板重合度均在90%以上。但有6名被試頭動(dòng)參數(shù)Mean FD Jenkinson>0.15，其中aMCI組5人,對(duì)照組1人。頭動(dòng)過大可能影響統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，使結(jié)果出現(xiàn)假陽性，所以將這6人的圖像予以剔除，最終有44名被試納入統(tǒng)計(jì)分析。

2.2 靜息態(tài)DC的比較 對(duì)aMCI組與HC組的RS-fMRI基于體素的DC值進(jìn)行兩樣本t檢驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)有部分腦區(qū)DC值存在顯著差異(P<0.01,k≥18)。aMCI組在右側(cè)額中回、右側(cè)角回、顳上回、雙側(cè)扣帶回、右側(cè)扣帶旁回等腦區(qū)DC值顯著低于HC組；而在右側(cè)舌回、左側(cè)尾狀核等腦區(qū)aMCI組的DC值明顯高于HC組。見表1、圖1。

表1 aMCI組與HC組靜息態(tài)DC的差異

Alphasim校正,P<0.01,最少體素集合為18

2.3 WMS-RC評(píng)分的比較 aMCI組在心智(1→100)、心智(積累)、記圖、理解、背數(shù)等5項(xiàng)分測試評(píng)分及記憶商明顯低于HC組(P<0.05)，其中記圖與記憶商兩項(xiàng)具有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.001)。而心智(100→1)、再認(rèn)、再生、聯(lián)想、觸摸等5個(gè)分測試評(píng)分兩組無顯著差異。見表2。

2.4 DC差異與WMS-RC評(píng)分的相關(guān)性分析 將心智(1→100)、心智(積累)、記圖、理解、背數(shù)、記憶商等6項(xiàng)具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異的評(píng)分與DC改變最為顯著的右側(cè)額中回區(qū)峰值點(diǎn)(MNI坐標(biāo)：39,45,9)DC值進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果顯示峰值點(diǎn)DC值與WMS-RC圖片記憶部分評(píng)分有中等強(qiáng)度的正相關(guān)(r=0.536 7)，而與其他分測試及記憶商無明顯相關(guān)性(r<0.3)。見圖2。

組別n心智(1→100)心智(100→1)心智(積累)記圖再認(rèn)再生聯(lián)想觸摸理解背數(shù)記憶商MCI組207.90±2.698.00±3.209.05±2.506.75±3.067.85±3.567.35±2.466.50±2.878.25±1.627.20±2.535.60±2.5291.65±12.08HC組2410.00±2.3610.00±3.5110.92±1.619.96±2.129.58±2.218.75±2.728.17±2.799.50±2.819.08±2.309.00±3.58110.42±8.84P值0.0090.0520.009<0.0010.0740.0830.0580.1780.0130.001<0.001

圖2 峰值點(diǎn)DC值與圖片記憶相關(guān)性

3 討 論

目前常見的RS-fMRI分析方法有低頻振幅(ALFF)與比率低頻振幅(fALFF)、區(qū)域一致性(ReHo)、功能連接(FC)、種子點(diǎn)相關(guān)分析法(ROI)、獨(dú)立成分分析(ICA)等。ALFF與fALFF選擇特定頻率進(jìn)行分析,無法分析全頻域信號(hào)；ReHo時(shí)通過相鄰體素的肯德爾和諧系數(shù)間接反映局部信號(hào)的一致性；FC與ROI需基于先驗(yàn)知識(shí)選擇感興趣區(qū),再分析其他腦區(qū)與感興趣區(qū)之間的功能連接,結(jié)果受感興趣區(qū)的影響較大；ICA分析需先確定成分的個(gè)數(shù),由于腦網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性,各成分的獨(dú)立性存在爭議。DC是指某個(gè)體素與全腦其他體素的連接數(shù)量,通過連接數(shù)量的變化來評(píng)價(jià)某個(gè)體素在全腦的中心度。DC分析法能充分利用全腦信號(hào),并且能避免主觀選擇種子點(diǎn),是一種較可靠的分析方法。而WMS-RC是國內(nèi)使用最為廣泛的記憶力測試工具，能較為全面而準(zhǔn)確的測試記憶力。故本研究采用DC的方法顯示腦區(qū)內(nèi)在的變化，而用WMS-RC來反映記憶力改變的外在表現(xiàn)，并通過相關(guān)分析探討兩者之間的聯(lián)系。本研究右側(cè)額中回區(qū)腦連接增強(qiáng)與Li等〔10〕的系統(tǒng)綜述結(jié)果一致,該研究表明，aMCI患者相對(duì)于正常老年人殼核、腦島、海馬、額下回、顳中回、額中回出現(xiàn)明顯的DC值下降;而顳上回、屏狀核、緣上回等腦區(qū)出現(xiàn)代償性的上升。Lau等〔11〕的系統(tǒng)綜述的結(jié)果卻顯示aMCI患者后扣帶回、角回、顳中回、海馬旁回、梭狀回負(fù)激活,而顳中回、緣上回DC值增高。該研究認(rèn)為Li等〔10〕的系統(tǒng)綜述中混雜了皮質(zhì)下血管性MCI,所以會(huì)出現(xiàn)額中回區(qū)的DC值下降。本研究再次表明,aMCI患者右側(cè)額中回確實(shí)存在DC值的顯著降低。為了排除這種變化是由于混雜因素所致,在統(tǒng)計(jì)分析中將性別、年齡、受教育年限及VBM作為協(xié)變量予以控制,結(jié)果仍然顯示aMCI患者右側(cè)額中回存在明顯的DC值減低，這可能與額中回參與了工作記憶中信息儲(chǔ)存與處理過程有密切關(guān)系。額中回區(qū)對(duì)空間信息的儲(chǔ)存有重要的意義〔12〕，有研究表明，隨著年齡的增加,右側(cè)額中回的體積逐漸縮小,并與情景檢索功能的下降呈正相關(guān)〔13〕。而aMCI患者由于β淀粉樣蛋白在右側(cè)額中回的沉積使該腦區(qū)與其他腦區(qū)聯(lián)系減少〔14〕，故aMCI患者往往有明顯的情景記憶能力下降。角回與顳上回區(qū)域處于韋尼克區(qū),是感覺性語言中樞所在。角回與顳上回區(qū)出現(xiàn)DC值降低可能與詞語工作記憶下降有關(guān)〔15,16〕,aMCI患者短期詞語儲(chǔ)存與檢索能力下降可能導(dǎo)致該腦區(qū)的對(duì)傳入傳出通路減少?？蹘Щ嘏c扣帶旁回在血管性MCI中往往呈正激活〔17〕,而在AD超早期中往往出現(xiàn)負(fù)激活〔18〕。在本研究中,后扣帶回出現(xiàn)了明顯的DC值下降，這與之前的研究結(jié)果一致。有研究表明aMCI與AD患者后扣帶回灰質(zhì)體積明顯降低〔19,20〕,但是本研究兩組老年人基于體素的VBM組間無顯著差異。所以本研究中扣帶回與扣帶旁回出現(xiàn)的負(fù)激活更有可能是腦區(qū)功能下降導(dǎo)致的。在右側(cè)舌回與左側(cè)尾狀核出現(xiàn)了正激活,可能是對(duì)部分腦區(qū)功能減退的代償。aMCI組與正常老年人組的WMS-RC結(jié)果表明，aMCI患者存在多方面的記憶力損害，表明aMCI患者出現(xiàn)了情景記憶損害。情景記憶是個(gè)人對(duì)其過往經(jīng)歷的事件的記憶，是人類的最高級(jí)記憶系統(tǒng)，受老化影響嚴(yán)重，情景記憶的損害在aMCI患者的轉(zhuǎn)歸上具有重要意義〔21〕。而在心智(100→1)、再認(rèn)、再生、聯(lián)想4方面aMCI組與正常老年人組沒有顯著差異，可能是因?yàn)閍MCI尚處于疾病早期，并非所有記憶維度同時(shí)被損害。這一結(jié)果也可能與測試工具的選擇有關(guān)，如觸摸測試兩組老年人得分均較低，大部分老人無法準(zhǔn)確的摸出木塊的形狀并記住其位置，可能是項(xiàng)測試對(duì)于老年人過于困難，出現(xiàn)地板效應(yīng)。目前有關(guān)腦連接DC改變與記憶力改變的相關(guān)性目前研究較少，本研究表明aMCI組額中回區(qū)DC值的降低與WMS-RC-甲式的記圖得分呈中等強(qiáng)度的正相關(guān)，這可能與額中回參與情景記憶的檢索過程有關(guān)〔22〕。Li等〔23〕采用WMS-RC等量表測試aMCI患者的情景記憶，結(jié)果顯示aMCI患者情景記憶能力明顯低于正常老年人。吳欽娟等〔24〕以PCC為種子點(diǎn)來研究MCI患者情景記憶與腦功能連接的變化，結(jié)果顯示雙側(cè)顳中回等腦區(qū)與PCC的功能連接減弱，而右側(cè)額中回與PCC的功能連接增強(qiáng)。張文青等〔25〕的研究進(jìn)一步表明，這種差異與BIN1基因的多態(tài)性無明顯相關(guān)性。這可能是研究的方法不同所導(dǎo)致的，ROI分析是基于種子點(diǎn)的，而DC是不依賴于種子點(diǎn)的選擇的。額中回區(qū)與PCC的連接增強(qiáng)，而與全腦其他部位的連接減弱更多，則該區(qū)域的DC值總體還是降低的。本研究是一個(gè)輕MCI患者DC的初步研究,觀察病例較少,且一般資料不符合正態(tài)分布,受教育程度基線不均衡,可能影響檢驗(yàn)效能；但為彌補(bǔ)這些問題帶來的偏倚,本研究在數(shù)據(jù)處理過程中,進(jìn)行了嚴(yán)格的質(zhì)控,以盡量減少結(jié)果的混雜因素。

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〔2016-11-16修回〕

(編輯 曲 莉)

Investigation of memory and resting-state abnormalities with degree centrality in amnestic mild cognitive impairment patients

XIA Rui,LI Mo-Yi,ZHOU Wen-Ji,etal.

School of Health Information Technology and Managemernt,Shanghai University of Medicine and Health Sciences,Shanghai 200120,China

Objective To explore the changes of resting state fMRI brain network in amnestic mild cognitive impairment(aMCI),and correlation with the memory impairment.Methods 25 aMCI patients and 25 normal elders were observed,and were investigated by gathering general information,assessment scale for the mini mental state examination (MMSE),Wechsler Memory Scale-Revised of China(WMS-RC)and anther cognitive function test.Results Compared with those of HC group,the aMCI groups' DC value was significantly below in the right middle frontal gyri,right angular gyri,right superior temporal gyri,left and right cingulate gyri,right paracingulate gyri and so on.The areas of DC value significantly were higher than those of HC group: right Lingual gyri and left caudate nucleus.The DC values in the right Middle frontal gyri had moderate intensity correlation with the WMS scores(r=0.536 7).Conclusions The DC values in the aMCI are different from those of the normal elders,they are correlation with the episodic memory.

Mild cognitive impairment;Resting-state functional magnetic resonance imaging;Degree centrality;Memory

國家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(81574045)

1 福建中醫(yī)藥大學(xué)康復(fù)醫(yī)學(xué)院

鄭國華(1969-)，男，教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事腦與認(rèn)知康復(fù)研究。

夏 銳(1987-)，男，在讀碩士，主要從事腦與認(rèn)知康復(fù)研究。

R445.2

A

1005-9202(2017)07-1704-04；

10.3969/j.issn.1005-9202.2017.07.059