卒中后失語(yǔ)非損傷側(cè)腦電功率譜網(wǎng)絡(luò)特征研究

樊瑞文，黃幸，李曉琳，鄢鶴銘，舒鑫，孔喬，李昌明，常靜玲

北京中醫(yī)藥大學(xué)東直門(mén)醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，北京市100700

腦卒中是導(dǎo)致失語(yǔ)癥的常見(jiàn)病因，約30%腦卒中患者伴有不同程度語(yǔ)言障礙[1-2]。傳統(tǒng)對(duì)卒中后失語(yǔ)(post-stroke aphasia,PSA)的研究多集中于對(duì)語(yǔ)言發(fā)生過(guò)程進(jìn)行解構(gòu)，尋找導(dǎo)致語(yǔ)言功能損傷關(guān)鍵腦區(qū)，例如構(gòu)建Wernicke-Lichtheim 等經(jīng)典語(yǔ)言區(qū)模型[3-4]。然而語(yǔ)言相關(guān)腦區(qū)在經(jīng)典語(yǔ)言區(qū)外存在更為廣泛的分布[5]。隨著腦成像技術(shù)不斷發(fā)展，對(duì)PSA 神經(jīng)損傷與恢復(fù)機(jī)制探索不斷深入，人類語(yǔ)言功能被認(rèn)為是不同腦區(qū)功能網(wǎng)絡(luò)的整合，關(guān)鍵腦區(qū)受損導(dǎo)致語(yǔ)言網(wǎng)絡(luò)連接異常是導(dǎo)致PSA的關(guān)鍵因素[6-7]。

當(dāng)前針對(duì)PSA 語(yǔ)言功能恢復(fù)主要有以下假說(shuō)。①損傷殘存語(yǔ)言網(wǎng)絡(luò)或通道替代參與[8]。該假說(shuō)認(rèn)為PSA 患者可調(diào)用不同的語(yǔ)言處理通道來(lái)完成相同的任務(wù)，而語(yǔ)言恢復(fù)機(jī)制可能是損傷后殘存通道的重復(fù)使用，在損傷后進(jìn)行康復(fù)調(diào)整，可發(fā)生替代路徑的接合。②非語(yǔ)言區(qū)皮質(zhì)輔助語(yǔ)言功能[9-10]，即視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)及語(yǔ)言區(qū)皮層功能可隨腦部異常刺激發(fā)生轉(zhuǎn)移。③右側(cè)鏡像網(wǎng)絡(luò)重組[11]。在語(yǔ)言網(wǎng)絡(luò)受損后，右腦鏡像語(yǔ)言網(wǎng)絡(luò)靜默區(qū)域可能會(huì)激活重組，參與PSA 語(yǔ)言功能恢復(fù)。

在前期研究中，我們通過(guò)功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging,fMRI)發(fā)現(xiàn)PSA 患者左側(cè)額-頂網(wǎng)絡(luò)與右側(cè)額中回、額下回皮層的功能連接增強(qiáng)，該現(xiàn)象與語(yǔ)言理解能力顯著相關(guān)，PSA 患者語(yǔ)言恢復(fù)過(guò)程中發(fā)生代償性重組[12]。但fMRI主要血氧水平依賴(blood oxygenation level dependent,BOLD)信號(hào)來(lái)探究腦功能信號(hào)，并不能直接反映神經(jīng)電活動(dòng)特點(diǎn)[13]。而腦電圖(electroencephalogram,EEG)可以直接探測(cè)大腦皮層電活動(dòng)，具有高時(shí)間分辨率特征，可對(duì)腦網(wǎng)絡(luò)特征進(jìn)行精準(zhǔn)評(píng)價(jià)[14]。

本研究基于前期研究提出假說(shuō)：PSA 患者右腦功率譜網(wǎng)絡(luò)可發(fā)生重組進(jìn)而代償左側(cè)語(yǔ)言功能。嘗試應(yīng)用EEG探查卒中后左側(cè)損傷PSA患者恢復(fù)期右腦語(yǔ)言網(wǎng)絡(luò)功率譜功能連接特征，選取與語(yǔ)言功能相關(guān)的Alpha(8～12 Hz)[15]和Theta(4～8 Hz)頻段功率譜[16]，探討PSA右側(cè)電生理網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)機(jī)制，為PSA的臨床康復(fù)提供評(píng)價(jià)指標(biāo)以及診療新思路。

1 資料與方法

1.1 一般資料

2018 年12 月至2019 年6 月在東直門(mén)醫(yī)院招募腦卒中發(fā)病1～6 個(gè)月左腦半球損傷PSA 患者12 例(PSA組)，其中男性8 例，女性4 例；年齡39～62 歲，平均51歲。所有被試母語(yǔ)為漢語(yǔ)，右利手，波士頓診斷性失語(yǔ)癥檢查(Boston Diagnostic Aphasia Examination,BDAE)分級(jí)2～4 級(jí)；小學(xué)及以上學(xué)歷；無(wú)癡呆、精神障礙史，無(wú)言語(yǔ)或語(yǔ)言發(fā)展障礙。

同時(shí)招募年齡、性別、受教育程度相匹配的健康者12 例(健康對(duì)照組)有償參加實(shí)驗(yàn)，其中男性10 例，女性2 例；年齡48～66 歲，平均57 歲。所有被試自我報(bào)告無(wú)情感障礙歷史和使用精神藥物的情況。

兩組性別、年齡、教育程度比較無(wú)顯著性差異(P＞0.05)。見(jiàn)表1。

表1 兩組一般資料比較

本研究經(jīng)北京中醫(yī)藥大學(xué)東直門(mén)醫(yī)院倫理審查委員會(huì)批準(zhǔn)，所有被試在實(shí)驗(yàn)前簽署知情同意書(shū)。

1.2 語(yǔ)言學(xué)量表采集

語(yǔ)言功能采用中國(guó)康復(fù)研究中心失語(yǔ)癥檢查(China Rehabilitation Research Center aphasia examination,CRRCAE)[17]進(jìn)行評(píng)價(jià)。CRRCAE 是借鑒日本標(biāo)準(zhǔn)失語(yǔ)癥檢查量表(Standard Language Test of Aphasia,SLTA)的設(shè)計(jì)理論和框架，按照漢語(yǔ)詞句用語(yǔ)的習(xí)慣和規(guī)則編制而成，適用于漢語(yǔ)語(yǔ)言環(huán)境，具有良好的信度和敏感度，并能用于失語(yǔ)癥的診斷和治療評(píng)估。CRRCAE 共有30 個(gè)分測(cè)驗(yàn)，由聽(tīng)、復(fù)述、說(shuō)、出聲讀、閱讀理解、抄寫(xiě)、描寫(xiě)、聽(tīng)寫(xiě)和計(jì)算9 大項(xiàng)目組成，大多數(shù)項(xiàng)目采用6 級(jí)評(píng)分法。按照失語(yǔ)癥癥狀特點(diǎn)把量表分為理解能力、表達(dá)能力和其他與言語(yǔ)相關(guān)能力3大分項(xiàng)。

1.3 腦電數(shù)據(jù)采集

采用64導(dǎo)腦電系統(tǒng)(美國(guó)NEUROSCAN公司)進(jìn)行腦電采集。測(cè)試室內(nèi)保持安靜，保證手機(jī)及空調(diào)等可能影響腦電信號(hào)的電器關(guān)機(jī)，被試舒適地坐在椅子上。腦電數(shù)據(jù)采集前，囑受試者清洗頭發(fā)，禁用護(hù)發(fā)素等護(hù)發(fā)用品。所有實(shí)驗(yàn)在被試進(jìn)餐后3 h 內(nèi)進(jìn)行。保證被試的精神狀態(tài)良好，囑其保持閉目放松清醒狀態(tài)。在記錄EEG 過(guò)程中以頭頂中央的Cz 電極為參考電極，采樣頻率1000 Hz，各通道阻抗低于5 kΩ，并對(duì)50 Hz工頻干擾進(jìn)行濾波處理，采集時(shí)長(zhǎng)10 min。

1.4 腦電數(shù)據(jù)處理

采用Matlab2018a 數(shù)據(jù)處理分析軟件(美國(guó)THE MATH WORKS 公司)及其腦電分析子軟件EEGLAB工具包(https：//sccn.ucsd.edu/eeglab/index.php)進(jìn)行腦電數(shù)據(jù)的離線分析。去除無(wú)關(guān)電極以及左腦電極，保留右側(cè)34個(gè)電極，將參考電極由記錄時(shí)的雙側(cè)乳突轉(zhuǎn)為所有電極平均，帶通濾波0.5～30 Hz；以2 s 為單位進(jìn)行分段，利用獨(dú)立成分分析(Independent Component Analysis,ICA)算法校正眼電、肌電等偽跡；對(duì)預(yù)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行帶通濾波以及希爾伯特變換，得到各個(gè)電極的相位和相位差，求每個(gè)分段的相位鎖值(phase locking value,PLV)，得到分段間PLV的平均值。最后對(duì)兩組被試右腦34 個(gè)電極之間功能連接做獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，構(gòu)建差異顯著腦功率譜功能網(wǎng)絡(luò)。本研究重點(diǎn)關(guān)注Theta(4～8 Hz)、Alpha(8～13 Hz)兩個(gè)頻段。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 20.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。計(jì)量資料以(±s)表示，組間比較采用t檢驗(yàn)；計(jì)數(shù)資料以頻數(shù)表示，組間比較采用χ2檢驗(yàn)。采用Person 相關(guān)系數(shù)對(duì)各腦功能網(wǎng)絡(luò)特性與量表得分進(jìn)行相關(guān)分析。顯著性水平α=0.05。

2 結(jié)果

12 例PSA 患者僅有左腦半球梗死病灶(圖1)，患者平均病程為52.75 d，平均病灶體積15.54 ml。

2.1 PSA患者EEG功率譜網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)

PSA患者右側(cè)腦功能網(wǎng)絡(luò)在Alpha頻段與Theta頻段呈功能連接增強(qiáng)狀態(tài)，主要增強(qiáng)腦區(qū)為中央?yún)^(qū)(C4、C6)與額、頂及額頂聯(lián)合區(qū)(F6、F8、FP2)，顳頂聯(lián)合區(qū)(T8、TP8)與額、頂、中央?yún)^(qū)(F6、FP2、C4)，此外還有中央頂區(qū)(CP4、CP6)與額、額頂聯(lián)合區(qū)、額顳區(qū)(F6、F8、FC4、FC6、FT8)(圖2、圖3右)。

除外功能連接增強(qiáng)腦區(qū)，在Theta 頻段也存在功能連接減弱區(qū)域，主要集中在顳頂、頂枕區(qū)(TP8、P2、P4、P8、PO4、PO6、PO8)與額、額頂、額中央?yún)^(qū)(F2、FZ、FP2、FPZ)之間(圖3左)。

圖1 病灶疊加圖

圖2 PSA患者右腦Alpha頻段功能連接

2.2 功能連接與語(yǔ)言成績(jī)相關(guān)

右側(cè)頂枕區(qū)(PO4)至中央?yún)^(qū)(C6)Alpha 頻段功能連接增強(qiáng)與患者語(yǔ)言表達(dá)能力降低相關(guān)(P＜0.05)。見(jiàn)表2。而頂、頂枕(P2、P8、PO4、PO6、PO8)與前額、額中央(F2、F4、FZ、FC2)Theta 頻段功能連接減弱與患者語(yǔ)言的說(shuō)、讀、抄寫(xiě)、聽(tīng)寫(xiě)和計(jì)算等能力相關(guān)(P＜0.05)。見(jiàn)表3。

表2 功率譜連接增強(qiáng)與語(yǔ)言成績(jī)顯著相關(guān)區(qū)域

圖3 PSA患者右腦Theta頻段功能連接

表3 功率譜連接減弱與語(yǔ)言成績(jī)顯著相關(guān)區(qū)域

3 討論

功率譜網(wǎng)絡(luò)是研究人腦功能重要手段，其中Alpha與Theta頻段與語(yǔ)言認(rèn)知的關(guān)系密切[18-19]。Alpha頻段在語(yǔ)言表達(dá)障礙人群存在抑制趨勢(shì)[20]，右腦額、頂葉Alpha 頻段功能連接隨著年齡增長(zhǎng)顯著增強(qiáng)[21]，提示Alpha頻段與語(yǔ)言表達(dá)功能密切相關(guān)。本研究提示，繼左半球病損后，右側(cè)額、頂、顳、皮層下等語(yǔ)言網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵腦區(qū)Alpha 頻段功率譜功能連接增強(qiáng)。人腦和語(yǔ)言相關(guān)功能節(jié)點(diǎn)主要分布在額葉(55%)、顳葉(29%)和頂葉(16%)[22]。右側(cè)額-頂葉功能連接強(qiáng)度與高級(jí)語(yǔ)言認(rèn)知功能密切相關(guān)[23]，且顳葉是語(yǔ)言-記憶功能網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分[24]。人腦語(yǔ)言-計(jì)算網(wǎng)絡(luò)由左側(cè)額下回、頂上小葉、角回以及雙側(cè)頂葉內(nèi)溝共同組成[25]。本研究顯示，與語(yǔ)言功能密切相關(guān)的額、頂、顳腦區(qū)功率譜功能連接相比健康人顯著增強(qiáng)，這與PSA 恢復(fù)假說(shuō)中的右腦語(yǔ)言鏡像區(qū)代償左側(cè)語(yǔ)言功能理論一致。

在既往語(yǔ)言詞匯匹配實(shí)驗(yàn)中，Alpha 功率譜對(duì)于非常規(guī)詞匯的腦機(jī)制表達(dá)，呈現(xiàn)抑制特點(diǎn)，而在處理詞匯輸入的過(guò)程中表現(xiàn)為網(wǎng)絡(luò)連接功能的減弱。而Theta 功率只對(duì)模糊的非詞選擇性表達(dá)為雙側(cè)額-顳網(wǎng)絡(luò)連接增強(qiáng)[26]。因此，增強(qiáng)的Alpha 功率可以表征腦的詞匯整合能力，而增強(qiáng)的Theta 功率可以索引詞匯的歧義消解過(guò)程。在兩個(gè)頻段交互方面，語(yǔ)言詞匯表現(xiàn)差的兒童在較弱Alpha 頻段功能連接的同時(shí)具有更強(qiáng)的Theta 頻段功能連接[27]，提示Theta 頻段與語(yǔ)言表達(dá)，特別是詞匯量呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)。Theta 頻段與句子理解關(guān)系密切，句子理解能力障礙患者往往伴隨有Theta 頻段振幅的變化，前額背側(cè)語(yǔ)言網(wǎng)絡(luò)Theta 頻段可有效表征患者句子理解水平[28]。PSA 患者右腦頂、頂枕與前額、額中央Theta 頻段功能連接減弱，進(jìn)一步驗(yàn)證了右腦鏡像語(yǔ)言相關(guān)網(wǎng)絡(luò)與PSA 語(yǔ)言功能改變密切相關(guān)。

將右腦功率譜網(wǎng)絡(luò)連接值與語(yǔ)言功能進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果提示Alpha 頻段功率譜連接的增強(qiáng)與PSA 患者大聲讀與復(fù)述顯著相關(guān)，Theta 頻段功率譜連接降低與說(shuō)、讀能力顯著相關(guān)，提示右側(cè)額-頂-中央腦區(qū)可能出現(xiàn)腦功能網(wǎng)絡(luò)重組來(lái)代償患者語(yǔ)言表達(dá)能力。在PSA 臨床康復(fù)中，缺乏反映特定語(yǔ)言功能的敏感評(píng)價(jià)指標(biāo)。本研究提示，EEG 在額-頂-中央的Alpha 和Theta 功率譜網(wǎng)絡(luò)可能作為臨床考察PSA 語(yǔ)言康復(fù)療效的客觀證據(jù)。

本研究存在以下幾點(diǎn)不足。①本研究為觀察性試驗(yàn)，樣本量較小，僅用于探索驗(yàn)證網(wǎng)絡(luò)變化規(guī)律。在此基礎(chǔ)上未來(lái)將開(kāi)展大樣本隨機(jī)臨床試驗(yàn)研究，進(jìn)一步對(duì)研究結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。②本研究?jī)H對(duì)發(fā)病后單個(gè)時(shí)點(diǎn)靜息腦電信息進(jìn)行挖掘，無(wú)多時(shí)點(diǎn)對(duì)照驗(yàn)證PSA 恢復(fù)過(guò)程右腦功率譜網(wǎng)絡(luò)動(dòng)態(tài)變化。未來(lái)可補(bǔ)充任務(wù)態(tài)及多時(shí)點(diǎn)比較信息，對(duì)右腦網(wǎng)絡(luò)重組情況進(jìn)行探索，為PSA的防治提供更多預(yù)防與治療思路。