青少年肌陣攣癲癇的小腦半球功能連接分析

賈曉燕，葉國鳳，蔣思思，何忠瓊，羅 程，堯德中

(電子科技大學(xué)，四川 成都 610054*通信作者：羅 程，E-mail:chengluo@uestc.edu.cn)

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青少年肌陣攣癲癇的小腦半球功能連接分析

賈曉燕，葉國鳳，蔣思思，何忠瓊，羅 程*，堯德中

(電子科技大學(xué)，四川 成都 610054*通信作者：羅 程，E-mail:chengluo@uestc.edu.cn)

目的 探討青少年肌陣攣癲癇(JME)患者的小腦半球與大腦的功能連接特征。方法 采用橫斷面研究方法，選取2014年3月-2015年12月在成都市新華社區(qū)衛(wèi)生服務(wù)中心和成都市第一人民醫(yī)院就診的JME患者25例(患者組)，同期納入26名健康對照者(對照組)。利用GE 3.0T磁共振采集兩組靜息態(tài)功能磁共振(fMRI)圖像，對雙側(cè)小腦半球的18個感興趣區(qū)域(ROI)分別進(jìn)行與大腦的功能連接，分析JME患者各個感興趣區(qū)與大腦功能連接的改變。結(jié)果 ①兩組年齡、性別差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P均>0.05)。②JME患者的小腦半球與顳、枕葉功能連接高于健康對照組，而與額葉、默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)(DMN)以及運動相關(guān)腦區(qū)的功能連接低于健康對照組，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P均<0.05)。結(jié)論 小腦與額葉的功能連接降低，可能與臨床上JME患者額葉高波幅放電有關(guān)，同時小腦與運動相關(guān)腦區(qū)的功能連接降低可能與JME患者的運動功能異常有關(guān)。

青少年肌陣攣癲癇；小腦半球；靜息態(tài)功能磁共振；功能連接

青少年肌陣攣癲癇(juvenile myoclonic epilepsy，JME)患者的臨床發(fā)作通常表現(xiàn)為雙側(cè)、單次或重復(fù)多次、無節(jié)律的肌陣攣抽動，還常伴有強直陣攣發(fā)作和不典型失神發(fā)作[1]，約占全部癲癇的5%～11%[2]。癲癇患者反復(fù)的癲癇發(fā)作、社會歧視、長期服藥情況使其個人及家庭承受了沉重的負(fù)擔(dān)。有研究顯示，JME患者的運動系統(tǒng)存在明顯損傷，也有研究表明，小腦對全面性癲癇的放電有一定調(diào)控作用[3]，故小腦可能在JME的病理生理過程中扮演重要角色。然而，目前很少有基于功能磁共振成像技術(shù)(functional magnetic resonance imaging，fMRI)專門研究JME腦網(wǎng)絡(luò)的報道。本研究應(yīng)用靜息態(tài)fMRI評估JME患者小腦半球與其全腦功能的連接特征，以預(yù)測JME的發(fā)病情況，對JME的研究提供可能的影像學(xué)標(biāo)記。

1 對象與方法

1.1 對象

采用橫斷面研究方法，患者組為2014年3月-2015年12月就診于成都市第一人民醫(yī)院和成都市新華社區(qū)衛(wèi)生服務(wù)中心的JME患者。入組標(biāo)準(zhǔn)：①均行常規(guī)腦電圖檢查，并根據(jù)2001年國際抗癲癇聯(lián)盟(International League Against Epilepsy，ILAE)[4]發(fā)布的診斷方案診斷為JME者；②接受正規(guī)治療者。排除標(biāo)準(zhǔn)：①有神經(jīng)系統(tǒng)疾病史、腦外傷或者物質(zhì)濫用史者；②有磁共振掃描禁忌者。符合入組標(biāo)準(zhǔn)且不符合排除標(biāo)準(zhǔn)共25例。同期在電子科技大學(xué)公開招募與患者組年齡、性別匹配的26名健康志愿者作為對照組。排除標(biāo)準(zhǔn)：①有神經(jīng)系統(tǒng)疾病史、腦外傷或者物質(zhì)濫用史者；②有磁共振掃描禁忌者。本研究通過電子科技大學(xué)信息醫(yī)學(xué)研究中心倫理委員會審核，所有受試對象及其家屬均被告知該研究的詳細(xì)過程，均同意參與并簽署知情同意書。

1.2 數(shù)據(jù)采集

功能磁共振數(shù)據(jù)采集在電子科技大學(xué)信息醫(yī)學(xué)研究中心磁共振實驗室完成，采集儀器為GEDISCOVERYMR 750 3.0T磁共振成像系統(tǒng)。靜息態(tài)功能圖像采集使用標(biāo)準(zhǔn)回波平面成像(Echo planar imaging，EPI)序列，軸面掃描，使用前聯(lián)合-后聯(lián)合連線定位。具體掃描參數(shù)：重復(fù)時間2 000 ms，回波時間30 ms，翻轉(zhuǎn)角度90°，分辨率64×64，視野24 cm×24 cm，掃描層數(shù)35層，層厚4 mm，掃描時間8分30秒。掃描過程中給被試佩戴降噪耳塞并用泡沫墊固定頭部，要求被試在整個掃描過程中閉上雙眼，不要睡著，盡量不思考。

1.3 數(shù)據(jù)分析

利用SPM8軟件(http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/software/spm8/)對靜息態(tài)功能磁共振數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像預(yù)處理。首先去除每個被試的前5組全腦功能圖像，以去除掃描初期磁場的不穩(wěn)定性影響，然后進(jìn)一步進(jìn)行時間層矯正、頭動校正(Realign)、空間標(biāo)準(zhǔn)化(Normalize)(3 mm×3 mm×3 mm)，接著對圖像進(jìn)行平滑(Smooth，F(xiàn)HWM=8 mm)、去線性漂移(Detrend，選取no mask)和低頻濾波(Filter)0.01～0.08 Hz處理。

本研究依據(jù)AAL腦分割模板選取小腦半球的18個亞區(qū)作為功能連接的感興趣區(qū)域(region of interest，ROI)，包括雙側(cè)小腦半球皮質(zhì)腳1區(qū)、2區(qū)，以及小腦半球3區(qū)、4-5聯(lián)合區(qū)、6區(qū)、7b區(qū)、8區(qū)、9區(qū)、10區(qū)。再基于ROI的功能連接分析，評估患者組相對于健康對照組的小腦半球與大腦的功能連接改變。功能連接的計算過程：首先提取平均種子區(qū)域內(nèi)所有體素的時間序列，然后計算平均時間序列和全腦每個體素時間序列的時間相關(guān)，得到每個體素和種子點之間的時間相關(guān)系數(shù)，最后將時間相關(guān)系數(shù)通過Fisher-Z變換轉(zhuǎn)換為服從正態(tài)分布的Z值，獲得全腦的功能連接圖譜。

1.4 統(tǒng)計方法

使用SPSS 18.0對被試一般資料進(jìn)行統(tǒng)計分析。組間年齡比較采用獨立樣本t檢驗，兩組性別比較采用2×2列聯(lián)表的χ2檢驗。對被試各ROI的組內(nèi)功能連接網(wǎng)絡(luò)模式分別作單樣本t檢驗。基于組內(nèi)結(jié)果構(gòu)建出每組的顯著功能連接模式二值化模板，并取兩組二值化模板的并集作為接下來的組間統(tǒng)計區(qū)域(mask)。通過兩獨立樣本雙邊t檢驗得出組間各ROI的全腦功能連接的差異腦區(qū)。組間和組內(nèi)統(tǒng)計對比時，P<0.05(FDR校驗，體素簇大于27個體素)認(rèn)為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。為了避免單個被試對檢驗結(jié)果造成較大偏差，采用“留一交叉驗證法”對結(jié)果進(jìn)行了穩(wěn)定性檢測。

2 結(jié) 果

2.1 兩組一般資料比較

患者組男性9例，女性16例；平均年齡(24.3±9.3)歲；平均病程(10.8±6.8)年。對照組男性11名，女性15名；年齡(25.2±7.2)歲。t檢驗顯示兩組年齡差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.765)，驗顯示兩組性別差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.644)。

2.2 兩組連接分析比較

患者組的小腦皮質(zhì)腳1區(qū)與雙側(cè)梭狀回、枕中回、右側(cè)顳下回功能連接高于對照組，與左側(cè)島蓋部額下回、左側(cè)內(nèi)側(cè)額上回、左側(cè)輔助運動區(qū)、右側(cè)額中回的功能連接低于對照組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05，F(xiàn)DR校正)，見圖1A與表1。小腦皮質(zhì)腳2區(qū)與雙側(cè)枕中回、右側(cè)中央前回、左側(cè)楔前葉的功能連接患者組高于對照組，與雙側(cè)內(nèi)側(cè)額上回、額中回的功能連接低于對照組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05，F(xiàn)DR校正)，見圖1B與表2?；颊呓M小腦6區(qū)與雙側(cè)枕中回、角回的功能連接高于對照組，與左側(cè)內(nèi)側(cè)和旁扣帶腦回、左側(cè)輔助運動區(qū)、雙側(cè)腦島的功能連接低于對照組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05，F(xiàn)DR校正)，見圖1C與表3。而患者組小腦4-5聯(lián)合區(qū)、7b區(qū)、8區(qū)與大腦連接差異相對較少，主要與輔助運動區(qū)功能連接低于對照組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05，F(xiàn)DR校正)，見表4。小腦3區(qū)、9區(qū)、10區(qū)與全腦的功能連接基本無差異。兩獨立樣本t檢驗結(jié)果與“留一法交叉驗證”結(jié)果基本一致，表明沒有讓實驗結(jié)果造成較大偏差的實驗被試。

表1 患者組較對照組小腦腳1區(qū)功能連接差異的腦區(qū)

注：FDR校驗(P<0.05)，體素數(shù)>27；MNI，蒙特利爾神經(jīng)研究所

表2 患者組較對照組小腦腳2區(qū)功能連接差異的腦區(qū)

注：FDR校驗(P<0.05)，體素數(shù)>27；MNI，蒙特利爾神經(jīng)研究所

表3 JME患者較健康對照組與小腦6區(qū)功能連接差異的腦區(qū)

注：FDR校驗(P<0.05)，體素數(shù)>27；MNI，蒙特利爾神經(jīng)研究所

注：紅色表示功能連接增強區(qū)域，藍(lán)色表示功能連接減弱區(qū)域；圖A，小腦皮質(zhì)腳1區(qū)作為ROI，患者組較對照組的全腦功能連接 差異腦區(qū)圖；圖B，小腦皮質(zhì)腳2區(qū)作為ROI，患者組較對照組的全腦功能連接差異腦區(qū)圖；圖C，小腦6區(qū)作為ROI，患者組較對 照組的全腦功能連接差異腦區(qū)圖

圖1 JME組較健康對照組功能連接差異腦區(qū)圖

注：FDR校驗(P<0.05)，體素數(shù)>27； MNI，蒙特利爾神經(jīng)研究所

3 討 論

JME是一種特發(fā)性全面性癲癇綜合癥，被認(rèn)為是一種遺傳類疾病，但其具體機(jī)制仍不明確[5]。近年來，基于fMRI的功能連接分析已廣泛應(yīng)用于臨床研究[6]。在家族性癲癇中研究小腦與大腦功能連接時發(fā)現(xiàn)，相較于健康對照組而言，家族性癲癇患者右側(cè)小腦皮質(zhì)腳1區(qū)與左側(cè)額中回出現(xiàn)功能連接降低，體現(xiàn)該類癲癇患者小腦與默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)(Default Mode Network，DMN)的功能連接出現(xiàn)減弱的現(xiàn)象[7]。在本研究中，JME患者的小腦半球也與DMN功能連接顯現(xiàn)出了顯著降低，這反映了JME中小腦參與了DMN的異常。

有研究顯示小腦與局灶性癲癇有關(guān)，在局灶性癲癇發(fā)作時有過度灌注現(xiàn)象[8]。而在全面性癲癇發(fā)作中還會出現(xiàn)兩側(cè)小腦激活現(xiàn)象[9]。在棘慢復(fù)合波發(fā)放的實驗中發(fā)現(xiàn)小腦受累，人們開始認(rèn)識到小腦神經(jīng)元可能有助于棘慢復(fù)合波的節(jié)律發(fā)放[10]。同時也有研究顯示，JME患者異常的丘腦-運動皮層網(wǎng)絡(luò)中的異?；顒涌赡芘c癲癇活動的起源與傳播有關(guān)[11]?，F(xiàn)有研究已利用正電子發(fā)射斷層掃描技術(shù)(positron emission tomography，PET)、單光子發(fā)射計算機(jī)斷層成像術(shù)(single-photon emission computed tomography，SPECT)、磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)、彌散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)和磁共振波譜(magnetic resonance spectroscopy，MRS)等技術(shù)發(fā)現(xiàn)了JME患者額葉和丘腦的變化[5]，這些發(fā)現(xiàn)可能與腦電圖上癲癇異常放電的額葉高波幅表現(xiàn)相關(guān)；同時有報道JME中丘腦和腦干結(jié)構(gòu)的生化變化[1]。本研究中，JME患者的小腦與前額葉的功能連接降低，可能反映小腦對額葉的抑制作用有減弱，這也與臨床JME的癲癇放電特征相一致。

通常的觀點認(rèn)為小腦主要參與運動相關(guān)功能，本研究發(fā)現(xiàn)的小腦與輔助運動區(qū)及腦島的功能連接改變，應(yīng)該參與了JME發(fā)作過程中的運動異常。經(jīng)顱磁刺激作為一種常見的腦活動調(diào)節(jié)技術(shù)[12]，有研究者對額葉癲癇患者的大腦半球初級與次級運動皮層進(jìn)行重復(fù)經(jīng)顱磁刺激的研究，發(fā)現(xiàn)在患側(cè)的初級和次級運動皮層引起了較健側(cè)低的抑制作用，說明癲癇病灶長期的癲樣放電使初級和次級運動皮層的功能連接受到損傷[13]。在利用腦電圖/腦磁圖對IGE進(jìn)行研究時發(fā)現(xiàn)JME在腦島、丘腦和額葉的中央和運動前區(qū)神經(jīng)元活動增強，推測肌陣攣可能累及到丘腦-島葉-運動區(qū)網(wǎng)絡(luò)[14]。本研究發(fā)現(xiàn)小腦半球腦區(qū)和大腦運動相關(guān)腦區(qū)，存在顯著的功能連接降低，反映了JME 患者的運動功能異常，特別是陣攣發(fā)作表現(xiàn)。

綜上所述，JME患者存在小腦半球區(qū)與額葉、運動相關(guān)皮層及DMN腦區(qū)等廣泛皮層間的功能連接改變，提示小腦與全腦皮層間的功能耦合失調(diào)，在一定程度上反映了小腦對皮層癲癇放電的異常調(diào)節(jié)。靜息態(tài)fMRI功能連接分析能夠用于研究JME腦改變的機(jī)制。未來研究應(yīng)更精細(xì)地劃分各個腦區(qū)，探索JME患者的小腦-大腦功能耦合的細(xì)節(jié)改變，并結(jié)合神經(jīng)認(rèn)知功能測評，評估小腦在JME非運動功能異常中的作用。

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(本文編輯：唐雪莉)

Analysis of cerebello-cerebral functional connectivity in juvenile myoclonic epilepsy

JiaXiaoyan,YeGuofeng,JiangSisi,HeZhongqiong,LuoCheng*,YaoDezhong

(UniversityofElectronicScienceandTechnologyofChina,Chengdu610054,China*Correspondingauthor:LuoCheng,E-mail:chengluo@uestc.edu.cn)

Objective To investigate characteristics of cerebello-cerebral functional connectivity in juvenile myoclonic epilepsy(JME).Methods A cross-sectional study, including 25 patients of Chengdu Xinhua Community Health Service Center and Chengdu First People's Hospital from March 2014 to December 2015, and 26 healthy controls, were performed. Resting-state functional magnetic resonance imaging of were scanned by GE 3.0T Magnetic Resonance for all subjects. Functional connectivity was calculated between 18 regions of interest (ROI) of the bilateral cerebellar hemisphere and cerebrum,and then was evaluated for each ROI respectively. Results ①There was no significant difference in age or gender between the two groups(P>0.05). ②The functional connectivity between the cerebellar hemisphere and the temporal lobe, occipital lobe of JME were higher than healthy control, while the functional connectivity between the cerebellar hemisphere and frontal lobe, default mode network, motor-related brain areas of JME were lower than healthy control. All the differences were statistically significant(P<0.05).Conclusion The decreased functional connectivity in frontal lobe and cerebellum would be associated with the front central region discharge with high amplitude in the clinic and the decreased functional connectivity between the cerebellum and the motor-related brain areas is correlated with the motor dysfunction of JME.

JME; Cerebellar hemisphere; Resting-state fMRI; Functional connectivity

R742.1

A

10.11886/j.issn.1007-3256.2017.01.007

國家自然科學(xué)基金(81271547)

2016-12-20)