功能磁共振成像在顳葉癲癇患者語言功能研究中的運(yùn)用

耿俊紅 侯群 蔣艷

自1990 年以來，功能磁共振成像（functional magnetic resonance imaging，fMRI）作為一種具有良好空間分辨率的非侵入性工具，被廣泛應(yīng)用于認(rèn)知神經(jīng)科學(xué)、臨床精神病學(xué)、心理學(xué)和手術(shù)前規(guī)劃等領(lǐng)域。顳葉癲癇（temporal lobe epilepsy，TLE）是最常見的癲癇類型。TLE 患者常具有多方面的認(rèn)知功能損害，其中語言功能相對于視覺、聽覺等基本認(rèn)知過程顯得更為復(fù)雜，是人類特有的一種較高級的認(rèn)知過程。近年來，fMRI 已應(yīng)用于顳葉癲癇患者語言功能的研究。本文就fMRI 在顳葉癲癇患者語言功能中的研究進(jìn)展綜述如下。

1 fMRI的工作原理

fMRI 利用施加的磁場來測量與神經(jīng)活動相關(guān)的血液動力學(xué)響應(yīng)［1］。神經(jīng)元的激活增加了大腦血液流向局部大腦區(qū)域的程度，并且向活動區(qū)域供應(yīng)了富氧的血液，從而導(dǎo)致氧合血紅蛋白與脫氧血紅蛋白的比例增加。氧化和脫氧的血紅蛋白的磁性不同，導(dǎo)致激活區(qū)域的磁共振信號發(fā)生變化。這種血氧水平依賴性（BOLD）用作MR 成像的內(nèi)源性造影劑。

2 TLE患者的語言障礙及語言功能評估的重要性

TLE 是指發(fā)作起源于顳葉，或放電經(jīng)直接通路或者間接通路首先傳播至顳葉結(jié)構(gòu)的癲癇，是最常見及研究最多的癲癇類型之一。由于顳葉參與語言和語義處理［2-3］，TIE 的患者經(jīng)常會出現(xiàn)語言障礙，包括聽覺命名、視覺命名和語言流利度［4-7］等方面均受到影響。此外，在某些語言任務(wù)方面（如拼字決策、押韻決策、類別決策等），TLE 患者的反應(yīng)時間較長［8］。語言功能在認(rèn)知領(lǐng)域中具有重要地位。因此，對TLE 患者語言功能的研究受到人們的廣泛關(guān)注。

3 fMRI對TLE患者語言功能的研究

3.1 fMRI 對TLE 不同語言表達(dá)模式的研究 早期的fMRI研究發(fā)現(xiàn)顳葉致癇區(qū)可能存在三種非經(jīng)典的語言表達(dá)模式：（1）優(yōu)勢半球從左向右遷移［9-10］；（2）雙側(cè)語言區(qū)或左右半球語言功能互相交叉，如某些語言區(qū)域轉(zhuǎn)移至右半球，而其他語言區(qū)域則保留在左半球［9，11］；（3）同一半球內(nèi)語言區(qū)重組，即受影響的語言區(qū)轉(zhuǎn)移至相鄰的健康組織［12］。近年來，Berl 等［13］又進(jìn)一步拓展了對TLE 患者語言區(qū)的重組方式的認(rèn)識，選取額下回（inferior frontal gyrus，IFG；Broca 區(qū)）和右Wernicke 區(qū)（WA）作為感興趣區(qū)域，最終確定了9 種獨(dú)特的fMRI 語言模式。其中特別提到兩種交叉優(yōu)勢模式：左側(cè)額下回（IFG）和右Wernicke 區(qū)（WA）激活模式，右側(cè)額下回（IFG）和左WA 激活模式。發(fā)現(xiàn)這兩種激活模式在癲癇發(fā)作年齡較早的患者中較常出現(xiàn)。這項(xiàng)研究顯示在癲癇發(fā)作年齡較早、左利手或雙利手、放電來源于左側(cè)顳葉的癲癇患者中，非典型語言區(qū)優(yōu)勢、尤其是大腦半球間優(yōu)勢側(cè)移位的比例更高［10，14-15］。Berl 等［16］的研究推翻了既往fMRI和癲癇領(lǐng)域?qū)⒄Z言視為整體存在于右半球或保持偏側(cè)的觀點(diǎn)，認(rèn)為語言區(qū)是一個由不同組件和離散功能區(qū)組成的多元結(jié)構(gòu)，這些組件和功能區(qū)可以一起或單獨(dú)重組。這些不同的語言區(qū)優(yōu)勢模式，對理解語言網(wǎng)絡(luò)重組和癲癇手術(shù)具有重要意義。

3.2 fMRI 對預(yù)測前顳葉切除術(shù)（anterior temporal lobectomy，ATL）后語言功能下降的研究 ATL 已被用于藥物難治性TLE患者的治療，可控制多達(dá)70%的頑固性TLE 患者的癲癇發(fā)作［17］。該手術(shù)通常切除海馬體前部、海馬旁回和杏仁核前部，以及鄰近顳葉白質(zhì)和側(cè)皮質(zhì)［18］。由于所切除的多個顳葉結(jié)構(gòu)在語言中起著重要作用，因此，在接受ATL 的成人癲癇患者中有25%～60%會發(fā)展為嚴(yán)重的語言功能障礙，并有證據(jù)表明術(shù)前功能磁共振成像可預(yù)測ATL 術(shù)后患者的命名功能下降［19］。最近一項(xiàng)研究表明，在TLE 患者中，命名功能與術(shù)前左海馬體和左額葉語言流利度激活程度相關(guān)［20］。

3.3 fMRI 對TLE 患者語言功能網(wǎng)絡(luò)重組的研究 近年來，大量的研究認(rèn)為癲癇異常放電損傷的大腦區(qū)域遠(yuǎn)超過了局部癲癇灶的范圍，累及相應(yīng)的功能及結(jié)構(gòu)腦區(qū)，即癲癇是一種腦網(wǎng)絡(luò)疾?。?1-22］。由于TLE 患者語言網(wǎng)絡(luò)發(fā)生重組的幾率及程度在不同的患者之間存在顯著差異，對TLE 患者語言網(wǎng)絡(luò)的定位顯得尤為重要。fMRI 作為一種研究TLE 患者語言網(wǎng)絡(luò)定側(cè)的常用方法，起了巨大的作用。最近的研究表明，TLE 患者語言重組可能取決于大腦周圍神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)或微結(jié)構(gòu)改變的程度。Powell 等［23］發(fā)現(xiàn)LTLE 患者額顳葉纖維束各向異性分?jǐn)?shù)（fractional anisotropy，F(xiàn)A）的向右不對稱與fMRI 語言激活的向右不對稱有關(guān)，提示LTLE 語言重組可能是由左半球白質(zhì)的變化引起的。相反，Rodrigo 等［24］只在右顳葉癲癇患者中觀察到弓狀束（arcuate fasciculus，ARC）FA不對稱性的降低與fMRI 激活的降低有關(guān)，表明白質(zhì)微結(jié)構(gòu)與血氧水平依賴反應(yīng)無明顯相關(guān)。這種不一致性顯示了TLE患者語言重組的復(fù)雜性。此外，Labudda 等［25］認(rèn)為新皮質(zhì)結(jié)構(gòu)的重組可能伴隨或促進(jìn)血氧水平依賴的轉(zhuǎn)變。Chang 等［26］發(fā)現(xiàn)在健康對照組中，語言表現(xiàn)與左側(cè)顳頂和顳枕激活程度呈正相關(guān)，在LTLE 患者中，語言表現(xiàn)與右下額葉、顳頂葉和顳枕葉激活程度呈正相關(guān)，LTLE 患者中的這些右側(cè)激活與右側(cè)ARC FA 有關(guān)。結(jié)果顯示，LTLE 中的半球語言重組與周邊區(qū)域白質(zhì)的變化有關(guān)，這些同步發(fā)生的結(jié)構(gòu)和功能轉(zhuǎn)變從左到右的遷移可能與LTLE 患者中的語言障礙減輕有關(guān)。

3.4 任務(wù)態(tài)和靜止態(tài) fMRI 對顳葉癲癇語言功能的研究 Chai 等［27］運(yùn)用語言功能解剖學(xué)描述的語音處理雙流模型［28］（左額葉區(qū)域：背側(cè)流；雙側(cè)顳葉區(qū)域：腹側(cè)流），觀察到在執(zhí)行任務(wù)的過程中與語言相關(guān)的區(qū)域之間存在短暫而波動的交互作用。通過將“靈活性”定義為隨時間變化其區(qū)域間交流的頻率［29］，發(fā)現(xiàn)在語言系統(tǒng)中具有“核心”（即較不靈活）和“外圍”（即較靈活）的動態(tài)組織。He 等［30］利用腦功能的核心和外圍模型，將與語言功能相關(guān)的區(qū)域分為四個子系統(tǒng)：雙側(cè)額葉及雙側(cè)顳葉子系統(tǒng)［13，31］，研究了50例難治性單側(cè)TLE 患者，分別收集任務(wù)態(tài)和靜止態(tài)fMRI 圖像，在進(jìn)行語言任務(wù)時捕獲了語言系統(tǒng)的核心外圍組織。其中左額葉區(qū)域被識別為“核心”，其他區(qū)域，尤其是左顳葉和右額葉被識別為“外圍”，與之前研究結(jié)果一致［27］，語言系統(tǒng)在靜止?fàn)顟B(tài)下更靈活。在任務(wù)狀態(tài)下左TLE 和右TLE患者在這些外圍子系統(tǒng)中靈活性均降低，左額葉“核心”子系統(tǒng)內(nèi)的區(qū)域更偏好于子系統(tǒng)內(nèi)部交流，左顳葉及右額葉“外圍”子系統(tǒng)內(nèi)的區(qū)域更偏好于子系統(tǒng)間交流，得出結(jié)論，左額葉區(qū)域在整個語言任務(wù)中保持穩(wěn)定，主要與同一子系統(tǒng)中的其他區(qū)域進(jìn)行交流。這項(xiàng)研究介紹了語言網(wǎng)絡(luò)動力學(xué)的新觀點(diǎn)和特征，增加了我們對癲癇語言功能障礙的理解，為此類神經(jīng)疾病引起的語言缺陷提供了新穎的解釋。

與基于任務(wù)的fMRI 相比，靜止?fàn)顟B(tài)fMRI（Resting-state fMRI，rs-fMRI）是假定語言網(wǎng)絡(luò)之間存在合作性或連通性，測量內(nèi)在活動或靜止時（未執(zhí)行任何任務(wù)時）大腦的神經(jīng)和代謝活動。然后通過測量皮質(zhì)區(qū)域之間的BOLD 相關(guān)性來測量功能連接（functional connectivity，F(xiàn)C），目前有許多研究在確定rs-fMRI 的臨床實(shí)用性，并探索其如何在TLE 中更好地描述語言網(wǎng)絡(luò)。但其應(yīng)用價值仍存在爭議。Waites 等［32］使用基于任務(wù)的單詞流暢度和rs-fMRI 檢查了17 例LTLE患者和30 例健康對照者的語言網(wǎng)絡(luò)。在基于任務(wù)的fMRI中，患者和對照表現(xiàn)出相似激活模式。然而，在rs-fMRI 中，LTLE 患者與對照組相比語言區(qū)域的FC 減少。研究表明，rs-FC 可以有效地揭示連通性的改變模式。Doucet 等［33］得出了相似的結(jié)論，即rs-FC 數(shù)據(jù)可能比基于任務(wù)的fMRI 更為靈敏，可以檢測語言網(wǎng)絡(luò)的連通性。rs-FC 已經(jīng)成為探測癲癇患者網(wǎng)絡(luò)連接性的最有前途的工具之一，與基于任務(wù)的fMRI 相比，該技術(shù)在量化TLE 語言網(wǎng)絡(luò)破壞方面可能具有一定的優(yōu)勢。但rs-fMRI 可能對研究群體的語言網(wǎng)絡(luò)中與癲癇相關(guān)的破壞敏感，對確定研究個體的語言優(yōu)勢方面的敏感性和特異性尚未得到證實(shí)。

4 結(jié)語與展望

fMRI 對TLE 患者語言功能的研究使我們對語言功能的理解推廣至復(fù)雜語言網(wǎng)絡(luò)。目前，癲癇網(wǎng)絡(luò)檢查較少應(yīng)用于臨床，但是隨著先進(jìn)的神經(jīng)影像技術(shù)的發(fā)展，以及不同影像方式的相互結(jié)合，我們探索癲癇的發(fā)病機(jī)制，精確定位病灶，制定個性化的診療方案，以及減少癲癇患者的語言功能障礙，提高癲癇患者的生活質(zhì)量等方面都將獲得巨大進(jìn)步。