左側(cè)顳葉癲癇患者靜息態(tài)腦網(wǎng)絡(luò)間功能連接改變研究

吳小寧，付麗媛，李輝，趙春雷，許尚文,，肖慧,

1. 福建醫(yī)科大學(xué) ?？偱R床醫(yī)學(xué)院，福建 福州 350025；2. 聯(lián)勤保障部隊(duì)第900醫(yī)院 放射診斷科，福建 福州 350025

引言

內(nèi)側(cè)顳葉癲癇（Mesial Temporal Lobe Epilepsy，MTLE）是最為常見(jiàn)的難治性癲癇[1]。主要病理改變是海馬硬化與膠質(zhì)增生，隨著癲癇反復(fù)發(fā)作，患者常伴有不同程度的認(rèn)知障礙，影響患者的生活質(zhì)量。既往研究顯示癲癇是一種廣泛的腦網(wǎng)絡(luò)改變疾病[2‐3]，現(xiàn)已發(fā)現(xiàn)存在多種靜息態(tài)腦網(wǎng)絡(luò)（Resting‐State Networks，RSNs）結(jié)構(gòu)及功能連接異常與認(rèn)知功能障礙密切相關(guān)，包括默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)、執(zhí)行控制網(wǎng)絡(luò)、突顯網(wǎng)絡(luò)（Salience Network，SN）、視覺(jué)網(wǎng)絡(luò)、背側(cè)注意網(wǎng)絡(luò)等。獨(dú)立成分分析（Independent Component Analysis，ICA）是研究腦網(wǎng)絡(luò)功能連接的方法之一，基于數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)模式，可提取靜息態(tài)下不同的功能腦網(wǎng)絡(luò)成分[4‐6]，這種方法已廣泛應(yīng)用于多種中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病的腦網(wǎng)絡(luò)功能連接的研究[7‐8]。先前的研究多是局限在關(guān)注腦網(wǎng)絡(luò)具體網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的改變[9‐10]，而采用ICA方法對(duì)左側(cè)內(nèi)側(cè)顳葉癲癇（Left Medial Temporal Lobe Epilepsy，LMTLE）患者同時(shí)選取多個(gè)腦網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)間功能連接的對(duì)比研究較少。為了更加深入的了解腦功能及其異常改變，我們應(yīng)該在關(guān)注具體的腦區(qū)異常的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步從網(wǎng)絡(luò)水平研究不同的腦區(qū)之間存在相互聯(lián)系以及在MTLE患者中這些聯(lián)系可能發(fā)生的異常改變。在本研究中，我們通過(guò)基于組水平的ICA方法提取LMTLE患者和正常對(duì)照組的4個(gè)靜息態(tài)功能網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)比較分析，探討了LMTLE患者和正常對(duì)照組間默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)、SN、執(zhí)行控制網(wǎng)絡(luò)間的功能連接的改變，從而幫助我們理解LMTLE潛在的未被發(fā)現(xiàn)的病理生理機(jī)制。

1 材料與方法

1.1 研究對(duì)象

選取自 2017年5月至2019年6月經(jīng)手術(shù)病理證實(shí)為左側(cè)海馬硬化的MTLE 患者19 例，其中男性8例，女性11例；年齡15～45歲，平均（30.05±8.23）歲；病程2～13年，平均（6.74±2.58）年；受教育3～16年，平均（9.05±3.82）年；均經(jīng)手術(shù)病理證實(shí)存在相應(yīng)一側(cè)的海馬硬化。納入標(biāo)準(zhǔn)：① 病例資料齊全且經(jīng)手術(shù)病理證實(shí)為左側(cè)海馬硬化TLE患者；② 病程>1年，癲癇發(fā)作頻率≥1次/月，抗癲癇藥治療后無(wú)緩解；③ 右利手，年齡范圍為15～50歲；④ 能夠耐受MRI檢查。排除標(biāo)準(zhǔn)：① 有明確的腦外傷病史、精神疾病家族史、精神障礙、酗酒史或長(zhǎng)期用除抗癲癇藥外的其他用藥史，有心腦血管病、嚴(yán)重的肝腎疾病、糖尿病及其他的系統(tǒng)性疾??；② 有短暫性腦缺血缺氧發(fā)作、習(xí)慣性暈厥、偏頭痛或其他可能影響腦網(wǎng)絡(luò)間功能連接的疾病；③ 被試者不能耐受MRI檢查。同時(shí)選取20例與LMTLE組年齡、性別及受教育程度均匹配的右利手健康志愿者作為正常對(duì)照組，其中男性9例，女性11例；年齡15～45歲，平均（29.35±7.39）歲；受教育3～19年，平均（9.65±3.76）年。所有受試者均經(jīng)醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，且簽署了知情同意書(shū)。

1.2 檢查方法

采用蒙特利爾認(rèn)知量表（Montreal Cognitive Assessment，MoCA）評(píng)估每個(gè)被試者的認(rèn)知水平，量表分?jǐn)?shù)≥26為認(rèn)知正常。采用3.0 T Siemens Magnetom Trio Tim超導(dǎo)磁共振掃描儀及12通道相控陣線圈?；颊哐雠P，頭先進(jìn)，囑被試者帶上耳塞，閉眼、靜止不動(dòng)，雙耳內(nèi)置入棉團(tuán)以降低噪聲干擾，用配套的泡沫墊固定頭部以減少頭動(dòng)，囑咐患者盡量不進(jìn)行刻意的思維活動(dòng)。首先行T2WI軸位掃描以排除顱腦占位、腦水腫、腦梗塞、腦萎縮等顱腦疾病者，然后行全腦矢狀面三維磁化準(zhǔn)備快速梯度回波（3D Magnetization Prepared Rapid Gradient Echo Imaging，MP‐RAGE）T1WI，參數(shù) ：TR/TE =1900 ms/2.5 ms，層厚=1.0 mm，層間距=0，層數(shù)160層，F(xiàn)OV =240 mm×240 mm，翻轉(zhuǎn)角=9°。

靜息狀態(tài)下功能磁共振（resting state functional Magnetic Resonance Imaging，rs‐fMRI）數(shù)據(jù)采集，參數(shù)：采用平面回波成像序列，TR=2000 ms，TE=21 ms，F(xiàn)OV=240 mm×240 mm，層厚=3.8 mm，層間距=1 mm，掃描層數(shù)33層，翻轉(zhuǎn)角=90°，采集時(shí)間點(diǎn)數(shù)為 240個(gè)時(shí)間點(diǎn)。

1.3 數(shù)據(jù)處理及分析

1.3.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

在MATLAB 2013a工作站平臺(tái)使用DPARSF‐V2.3（Data Processing Assistant for Resting‐State MRI） 軟 件 對(duì) 導(dǎo) 入 的rs‐fMRI 掃描數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括去除前10 個(gè)時(shí)間點(diǎn)、時(shí)間校正、頭動(dòng)校正、圖像配準(zhǔn)、空間標(biāo)準(zhǔn)化和平滑，進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理。

1.3.2 ICA提取

采用GIFT 軟件包（group independent component analysis toolbox，version 2.0e）對(duì)fMRI數(shù)據(jù)進(jìn)行組水平上的ICA。采用 0.01～0.08 Hz 進(jìn)行低頻濾減低高頻噪聲及低頻漂移，并且通過(guò)線性回歸的方法去除協(xié)變量（Removal of Covariance），去除運(yùn)動(dòng)、腦脊液信號(hào)、白質(zhì)信號(hào)及全腦平均信號(hào)對(duì)低頻同步振蕩信號(hào)的影響。參考以往文獻(xiàn)[11‐12]，在LMTLE 組和正常對(duì)照組分別挑選出4個(gè)RSNs，分別是前默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)（Anterior Default Mode Network，aDMN）、后默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)（Posterior Default Mode Network，pDMN）、SN、中央執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)（Central‐Executive Network，CEN）。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

1.4.1 一般資料分析

采用SPSS 21.0統(tǒng)計(jì)學(xué)分析軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，年齡、病程、受教育年限等計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，采用t檢驗(yàn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，計(jì)數(shù)資料采用χ2檢驗(yàn)，P<0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

1.4.2 ICA數(shù)據(jù)分析

用SPM8的單樣本t檢驗(yàn)的隨機(jī)效應(yīng)統(tǒng)計(jì)感興趣的ICs，獲取每個(gè)RSN群體水平空間分布圖，校正閾值為P<0.05。

1.4.3 網(wǎng)絡(luò)間功能連接的分析

提取每一組每個(gè)被試的感興趣成分的時(shí)間序列，對(duì)每組單個(gè)被試的4個(gè)腦網(wǎng)絡(luò)平均時(shí)間序列進(jìn)行Pearson相關(guān)分析，將得到的相關(guān)系數(shù)做Fisher’s Z轉(zhuǎn)換，對(duì)Z值行單樣本t檢驗(yàn)判斷每一對(duì)腦網(wǎng)絡(luò)之間是否具有相關(guān)性（P<0.05），若有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，行雙樣本t檢驗(yàn)比較組間網(wǎng)絡(luò)間功能連接情況。

2 結(jié)果

2.1 一般資料分析結(jié)果

兩組間年齡與受教育年限均為計(jì)量資料且符合正態(tài)分布，采用t檢驗(yàn)得出兩組被試者的年齡及受教育程度比較，差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（表1）。

表1 受試者基本信息表

與對(duì)照組相比，LMTLE組的MoCA評(píng)分明顯降低，其中除定向能力的減低無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義外，其余均明顯低于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）（表2）。

表2 LMTLE組和對(duì)照組MoCA評(píng)分的比較（mean±SD，分）

2.2 組內(nèi)網(wǎng)絡(luò)間功能連接情況

對(duì)照組的aDMN‐CEN、pDMN‐SN間為負(fù)功能連接，其余均為正功能連接（圖1），左內(nèi)側(cè)顳葉癲癇組的pDMN‐SN間為負(fù)功能連接，其余均為正功能連接（圖2）。

圖1 正常對(duì)照組內(nèi)網(wǎng)絡(luò)間功能連接情況

圖2 左側(cè)內(nèi)側(cè)顳葉癲癇組內(nèi)網(wǎng)絡(luò)間功能連接情況

2.3 組間網(wǎng)絡(luò)間功能連接情況

與正常對(duì)照組相比，LMTLE組的CEN‐aDMN之間的功能連接發(fā)生改變，正功能連接增加，與aDMN‐pDMN、aDMN‐SN、CEN‐SN、pDMN‐SN、pDMN‐CEN 功 能 連 接比較，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）（圖3 ，表3）。

圖3 左側(cè)內(nèi)側(cè)顳葉癲癇與正常對(duì)照組組間網(wǎng)絡(luò)間功能連接情況

表3 LMTLE與正常對(duì)照組組間網(wǎng)絡(luò)間功能連接（mean±SD）

3 討論

rs‐fMRI技術(shù)作為一種無(wú)創(chuàng)，便捷的方法被廣泛應(yīng)用于人類(lèi)大腦功能活動(dòng)特性的研究。本研究基于ICA，分離出aDMN、pDMN、CEN、SN，進(jìn)行組間網(wǎng)絡(luò)間功能連接的比較，發(fā)現(xiàn)LMTLE與對(duì)照組均存在正向及負(fù)向功能連接，說(shuō)明人類(lèi)的高水平認(rèn)知過(guò)程依賴于大腦網(wǎng)絡(luò)之間平衡的動(dòng)態(tài)相互作用，腦網(wǎng)絡(luò)功能連接是一個(gè)復(fù)雜的相互協(xié)調(diào)的過(guò)程。

默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)在靜息狀態(tài)下活躍，在執(zhí)行認(rèn)知任務(wù)時(shí)活性降低[13]，與抽象思維、記憶提取等多種認(rèn)知任務(wù)有關(guān)，既往有研究表明默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)并不是一個(gè)同質(zhì)性網(wǎng)絡(luò)[14]，Damoiseaux等[15]發(fā)現(xiàn)輕度認(rèn)知功能障礙患者默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)后部連接減少，前部及腹部連接增加，本研究選取了aDMN、pDMN，發(fā)現(xiàn)癲癇組aDMN與CEN間連接明顯增強(qiáng)，但pDMN與其他網(wǎng)絡(luò)間功能均未見(jiàn)明顯差異，說(shuō)明aDMN與pDMN存在異質(zhì)性，與其他網(wǎng)絡(luò)的連接方式存在差異。

CEN主要針對(duì)外部的刺激任務(wù)，參與到工作記憶信息等多個(gè)高級(jí)認(rèn)知功能的處理。大量研究顯示CEN的功能連接異常與認(rèn)知障礙有關(guān)[16‐17]。Zhang等[18]在關(guān)于海馬硬化的MTLE患者的研究中，發(fā)現(xiàn)DMN與其他腦區(qū)的功能連接明顯降低，而本研究LMTLE組患者的CEN‐aDMN網(wǎng)絡(luò)之間的正向功能連接明顯增加（P<0.05），以往研究認(rèn)為這種功能連接的增加可能是其他腦區(qū)損傷之后的代償性增加[19]，但也有研究認(rèn)為這可能是一種非適應(yīng)性的改變[20]，并不能完全替代原有的腦區(qū)及腦網(wǎng)絡(luò)功能，根據(jù)本研究的結(jié)果，考慮CEN‐aDMN功能連接的增加是癲癇反復(fù)發(fā)作后網(wǎng)絡(luò)間建立了不恰當(dāng)?shù)拇鷥敾蛑亟M所致，進(jìn)而影響認(rèn)知功能。

SN參與大腦自下而上的信息處理過(guò)程，評(píng)估外環(huán)境的刺激，與執(zhí)行控制網(wǎng)絡(luò)同為任務(wù)正激活網(wǎng)絡(luò)，有研究表明SN調(diào)節(jié)認(rèn)知過(guò)程中默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)與執(zhí)行控制網(wǎng)絡(luò)的競(jìng)爭(zhēng)[21]。Wei等[22]發(fā)現(xiàn)全身性強(qiáng)直陣攣發(fā)作的特發(fā)性全面性癲癇伴認(rèn)知功能障礙的患者SN與執(zhí)行控制網(wǎng)絡(luò)連接明顯增加、與默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)的連接明顯減少，但本研究發(fā)現(xiàn)SN與執(zhí)行控制網(wǎng)絡(luò)、aDMN及pDMN功能連接較對(duì)照組略有差別，但差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，考慮可能與前人研究的入組年齡有關(guān)。Onoda 等[23]及He 等[24]發(fā)現(xiàn)，隨著年齡增長(zhǎng)，SN內(nèi)及其與其他默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)、執(zhí)行控制網(wǎng)絡(luò)等與認(rèn)知功能相關(guān)網(wǎng)絡(luò)的連接減少。因不同年齡層網(wǎng)絡(luò)連接的差異，需進(jìn)行年齡匹配減少對(duì)結(jié)果的影響。還有可能與本研究納入的樣本量偏少有關(guān)，后期需擴(kuò)大樣本量。TLE患者復(fù)雜的腦網(wǎng)絡(luò)間功能連接印證了其臨床癥狀的復(fù)雜性和多樣性。

本研究的局限性：① 沒(méi)有排除抗癲癇藥物治療對(duì)研究的影響；② 樣本量較少，需進(jìn)一步擴(kuò)大樣本量；③ 本研究未對(duì)其他與認(rèn)知功能相關(guān)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行研究。