輕度認(rèn)知障礙患者言語(yǔ)流暢性下降的靜息態(tài)功能磁共振研究

郭春蕾，何家愷，馬躍，孫繼飛，張斌龍，王智，洪洋，張磊，方繼良*，羅萍*

作者單位：1.中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院廣安門醫(yī)院功能成像研究室，北京 100053；2.中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院針灸研究所機(jī)能室，北京 100700；3.中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院廣安門醫(yī)院針灸科，北京 100053；4.中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院廣安門醫(yī)院放射科，北京 100053

輕度認(rèn)知障礙（mild cognitive impairment, MCI）是未達(dá)到癡呆狀態(tài)，且日常生活功能未受損或輕度受損的認(rèn)知功能減退性疾病。目前認(rèn)為，MCI 與多種癡呆有關(guān)，特別是與阿爾茨海默?。ˋlzheimer's disease, AD）關(guān)系密切。據(jù)流行病學(xué)調(diào)查顯示，我國(guó)MCI 患病率高達(dá)19%，且患病率逐年增長(zhǎng)[1]。部分MCI患者可能會(huì)隨著時(shí)間推移逆轉(zhuǎn)為認(rèn)知正常狀態(tài)[2-4]，給診斷帶來(lái)了巨大挑戰(zhàn)。但其診斷標(biāo)準(zhǔn)不一，客觀量表的敏感性不足，腦功能異常模式尚不清楚，以上因素制約了MCI的治療和藥物研發(fā)。

研究發(fā)現(xiàn)，言語(yǔ)流暢性下降對(duì)診斷和區(qū)分MCI與其他疾病有重要意義，但未從影像學(xué)的角度探究言語(yǔ)流暢性下降與腦區(qū)功能異常的關(guān)系，未闡明其機(jī)制[5-7]。近年來(lái)，靜息態(tài)功能磁共振成像（resting-state functional magnetic resonance imaging, rs-fMRI）技術(shù)廣泛應(yīng)用于多種神經(jīng)精神疾病的研究，可在活體狀態(tài)下對(duì)大腦功能進(jìn)行可視化，已被證實(shí)為一種安全可靠的研究手段[8]。低頻振幅（amplitude of low frequency fluctuation, ALFF）反映了大腦局部區(qū)域自發(fā)腦活動(dòng)情況，已在MCI 研究中得到應(yīng)用[9-10]。然而，研究MCI言語(yǔ)流暢性下降腦機(jī)制的fMRI研究較少。因此，本研究基于ALFF分析方法，分析MCI言語(yǔ)流暢性下降的腦機(jī)制，為臨床靶向治療提供一定依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究對(duì)象

參照影像學(xué)樣本量的文獻(xiàn)以及既往MCI相關(guān)機(jī)制研究文獻(xiàn)[11-13]，本研究從2021 年7 月到2022 年3 月，前瞻性納入20例來(lái)自廣告招募及北京慈愛(ài)嘉養(yǎng)老服務(wù)有限公司負(fù)責(zé)管理的50家社區(qū)居家養(yǎng)老服務(wù)中心的MCI 患者（MCI組）。研究采用2004年Jak/Bodi的診斷標(biāo)準(zhǔn)[14]，該標(biāo)準(zhǔn)較傳統(tǒng)的Petersen 診斷標(biāo)準(zhǔn)敏感度和特異度更高，診斷假陽(yáng)性率更低，可提高M(jìn)CI診斷的準(zhǔn)確性[14-15]。MCI組納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）有明顯認(rèn)知下降，但日常生活功能基本正常，日常生活功能采用社會(huì)活動(dòng)功能量表（Functional Activities Questionnaire, FAQ）進(jìn)行評(píng)估，總分30分，分值＞9分提示存在日常生活活動(dòng)功能障礙；（2）年齡55～79歲，漢族，右利手；（3）蒙特利爾認(rèn)知量表基礎(chǔ)版（Montreal Cognitive Assessment-Basic,MoCA-B）評(píng)分低于以下標(biāo)準(zhǔn)者：受教育年限≤6 年，評(píng)分≤19 分；7～12 年，評(píng)分≤22 分；＞12 年，評(píng)分≤24分；（4）磁共振檢查未見(jiàn)明顯腦實(shí)質(zhì)病變?；颊吲懦龢?biāo)準(zhǔn)：（1）各種原因?qū)е碌陌V呆；（2）炎癥腦血管病、腦炎、腦腫瘤、腦外傷、癲癇、帕金森病等其他導(dǎo)致認(rèn)知下降的神經(jīng)系統(tǒng)疾??；（3）嚴(yán)重的精神疾病，如重度抑郁等，17 項(xiàng)漢密爾頓抑郁量表（17-item Hamilton Depression Scale,HAMD-17）＞7分，漢密爾頓焦慮量表（Hamilton Anxiety Scale, HAMA）＞7分；（4）患有急性或嚴(yán)重威脅生命的疾病，有心臟起搏器、金屬關(guān)節(jié)、幽閉恐懼癥等磁共振檢查禁忌證；（5）嚴(yán)重的視力、聽(tīng)力或語(yǔ)言問(wèn)題不能配合認(rèn)知量表評(píng)估；（6）服用精神類藥物或藥物濫用。

同時(shí)，招募同樣來(lái)源的16例性別、年齡、受教育程度相匹配的健康人作為對(duì)照（健康對(duì)照組）。健康對(duì)照組納入標(biāo)準(zhǔn)：（1）無(wú)明顯記憶下降或認(rèn)知障礙主訴；（2）無(wú)神經(jīng)精神疾病病史。健康對(duì)照組排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）有磁共振檢查禁忌證（心臟起搏器、金屬關(guān)節(jié)、幽閉恐懼癥等）；（2）磁共振檢查見(jiàn)明顯腦器質(zhì)性病變。MCI組和健康對(duì)照組均在入組前先進(jìn)行HAMD-17 和HAMA評(píng)估精神狀態(tài)，再進(jìn)行華山版聽(tīng)覺(jué)詞語(yǔ)學(xué)習(xí)測(cè)驗(yàn)（Auditory Verbal Learning Test-Huashan version,AVLT-H）、形狀連線測(cè)驗(yàn)A 和B（Shape Trails Test A＆B, STT A＆B）、動(dòng)物詞語(yǔ)流暢性（Animal Fluency Test, AFT）及波士頓命名測(cè)試（Boston Naming Test,BNT）以及FAQ 評(píng)估。AVLT-H、STT A＆ B、AFT、BNT 以及FAQ 分別評(píng)估記憶、執(zhí)行、語(yǔ)言功能和日常生活功能，至少同一個(gè)認(rèn)知域（記憶、語(yǔ)言、執(zhí)行功能）中的2個(gè)神經(jīng)心理檢查測(cè)試損害程度均大于1.0 SD（經(jīng)年齡校正的常模）、每一個(gè)認(rèn)知域（記憶、語(yǔ)言、執(zhí)行功能）中有1 個(gè)神經(jīng)心理檢查測(cè)試損害程度均大于1.0 SD（經(jīng)年齡校正的常模）或者FAQ評(píng)分為9分，可認(rèn)為存在認(rèn)知障礙?；颊邌为?dú)進(jìn)行MoCA-B 評(píng)估。本試驗(yàn)獲得中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院廣安門醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)（批準(zhǔn)文號(hào)：2021-077-KY-01），全體受試者均簽署了知情同意書。

1.2 rs-fMRI數(shù)據(jù)采集

所有被試均在中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院廣安門醫(yī)院放射科進(jìn)行rs-fMRI 掃描，設(shè)備為德國(guó)西門子Magneton Skyra 3.0 T磁共振，采用標(biāo)準(zhǔn)20通道頭頸聯(lián)合線圈。掃描過(guò)程中囑被試保持安靜、閉眼、放松狀態(tài)。先進(jìn)行T2WI MRI平掃，以排除嚴(yán)重腦器質(zhì)性病變，如腦梗死、腦缺血等。再進(jìn)行3D T1WI 腦結(jié)構(gòu)像掃描，掃描參數(shù)為：重復(fù)時(shí)間（repetition time, TR）2530 ms，回波時(shí)間（echo time, TE）2.98 ms，視野（field of view, FOV）256 mm×256 mm，層厚1.0 mm，層間距1.0 mm，層數(shù)128 層，矩陣256×192，翻轉(zhuǎn)角（flip angle, FA）7°；最后進(jìn)行血氧水平依賴（blood oxygenation level dependent, BOLD）的靜息態(tài)功能掃描，參數(shù)為：TR 2000 ms，TE 30 ms，層厚3.5 mm，層間隔0.6 mm，層數(shù)32 層，F(xiàn)OV 224 mm×224 mm，矩陣64×64，F(xiàn)A 90°。每個(gè)被試各掃描一次fMRI，掃描序列、掃描參數(shù)保持一致。

1.3 rs-fMRI數(shù)據(jù)預(yù)處理

所有rs-fMRI原始數(shù)據(jù)均采用基于MATLAB（R2020a）平臺(tái)的DPABI 6.0 進(jìn)行處理。預(yù)處理首先對(duì)原始DICOM數(shù)據(jù)進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換，先剔除前10個(gè)時(shí)間點(diǎn)的數(shù)據(jù)，再進(jìn)行時(shí)間層校正、頭動(dòng)校正（排除所有平動(dòng)方向移動(dòng)＞3 mm 和轉(zhuǎn)動(dòng)方向＞3°）的數(shù)據(jù)，所有被試頭動(dòng)均合格，接著回歸白質(zhì)信號(hào)、腦脊液信號(hào)等噪聲協(xié)變量、去線性漂移，采用統(tǒng)一分割算法進(jìn)行空間標(biāo)準(zhǔn)化得到每個(gè)被試在MNI標(biāo)準(zhǔn)空間的功能像，然后將空間標(biāo)準(zhǔn)化后的功能像重采樣到3 mm×3 mm×3 mm體素大小，選擇半高寬值為4 mm 的高斯平滑核進(jìn)行空間平滑提高信噪比，最后將得到的數(shù)據(jù)在0.01～0.1 Hz頻段進(jìn)行濾波。

1.4 ALFF分析

計(jì)算ALFF指標(biāo)并進(jìn)行Z值標(biāo)準(zhǔn)化，隨后將兩組標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)據(jù)進(jìn)行兩樣本t檢驗(yàn)，將年齡，受教育年限以及頭動(dòng)參數(shù)值作為協(xié)變量回歸。參考rs-fMRI研究的閾值[16-17]，采用高斯隨機(jī)場(chǎng)（Gaussian Random Field, GRF）校正，設(shè)定對(duì)比差異voxelP＜0.005，clusterP＜0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，最后將結(jié)果進(jìn)行提值并進(jìn)行可視化展現(xiàn)。計(jì)算、統(tǒng)計(jì)和結(jié)果呈現(xiàn)均采用DPABI 6.0。

1.5 臨床數(shù)據(jù)分析

采用SPSS 26.0 軟件統(tǒng)計(jì)分析數(shù)據(jù)。計(jì)數(shù)資料采用卡方檢驗(yàn)。計(jì)量資料符合正態(tài)分布用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（xˉ±s）表示；不符合正態(tài)性分布或部分不符合正態(tài)分布則采用秩和檢驗(yàn)，用中位數(shù)（四分位數(shù)間距）[M（IQR）]表示。P＜0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。兩組ALFF 兩樣本t檢驗(yàn)的陽(yáng)性結(jié)果提值后得到的ALFF值分別與MCI組MoCA-B的流暢性測(cè)試、AFT、BNT量表進(jìn)行相關(guān)性分析，兩組均服從正態(tài)分布用Pearson相關(guān)分析，否則用Spearman 相關(guān)分析，P＜0.05 表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 人口學(xué)特征

MCI組和健康對(duì)照組在性別、年齡、教育年限和平均FD-Jenkinson上的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；兩組的FAQ、HAMD-17 以及HAMA 均在正常范圍；經(jīng)過(guò)受教育年限的調(diào)整，患者組的MoCA-B 均未達(dá)到正常水平；AVLT-H（N5）、AVLT-H（N7）、STT A、STT B、AFT、BNT 量表得分上差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（表1，表2）。

表1 人口學(xué)資料Tab.1 Demographic data

表2 MCI組MoCA-B各個(gè)認(rèn)知域測(cè)試完成情況Tab.2 The completion of each cognitive domain test of MOCA-B in MCI group

2.2 圖像數(shù)據(jù)兩樣本t檢驗(yàn)結(jié)果

與健康對(duì)照組相比，MCI組右側(cè)島葉/顳上回ALFF降低（GRF校正，voxelP＜0.005，clusterP＜0.05），未見(jiàn)ALFF升高的腦區(qū)（表3，圖1）。

表3 MCI組與健康對(duì)照組兩樣本t檢驗(yàn)顯著的腦區(qū)Tab.3 Significant brain regions of two sample t test in MCI group and healthy controls group

圖1 MCI 組與健康對(duì)照組兩樣本t 檢驗(yàn)顯著的腦區(qū)和兩組對(duì)比圖。1A中藍(lán)色團(tuán)塊表示與健康對(duì)照組相比，MCI組ALFF降低的腦區(qū)（右側(cè)島葉/顳上回），色條代表t 值；1B 表示MCI 組和健康對(duì)照組ALFF 值的差異，****表示P＜0.0001。MCI：輕度認(rèn)知障礙；ALFF：低頻振幅。Fig. 1 Significant brain regions of two sample t test in MCI group and healthy controls group and comparison of the two groups. The blue mass in 1A represents the brain region (right insula/superior temporal gyrus)with decreased ALFF in MCI group compared with healthy control group,color bar represents t value. 1B represents the difference in ALFF values between the MCI group and the healthy control group, and ****represents P＜0.0001. MCI: mild cognitive impairment;ALFF: amplitude of low frequency fluctuation.

2.3 相關(guān)性分析結(jié)果

Spearman相關(guān)分析結(jié)果顯示，MCI組降低的ALFF值與MoCA-B 中的流暢性測(cè)試顯著相關(guān)（rs=0.500，P=0.025），但與AFT和BNT無(wú)顯著相關(guān)（圖2）。

圖2 MoCA-B 流暢性測(cè)試圖。MoCA-B 中流暢性測(cè)試的個(gè)數(shù)與MCI組ALFF 值的相關(guān)，二者呈正相關(guān)（rs=0.500，P=0.025）。MoCA-B：蒙特利爾認(rèn)知評(píng)估量表基礎(chǔ)版；MCI：輕度認(rèn)知障礙；ALFF：低頻振幅。Fig. 2 Moca-B fluency test chart. The number of fluency tests in MOCA-B was positively correlated with the ALFF value of MCI group(RS=0.500, P=0.025). MoCA-B: Montreal Cognitive Assessment-Basic;MCI: mild cognitive impairment; ALFF: Amplitude of low frequency fluctuation.

3 討論

本研究是首個(gè)采用Jak/Bondi診斷標(biāo)準(zhǔn)，以AVLT-H、STT A＆B、AFT、BNT評(píng)估多個(gè)認(rèn)知域以及FAQ評(píng)估日常生活功能來(lái)篩查MCI患者，同時(shí)結(jié)合MoCA-B和rs-fMRI技術(shù)研究MCI 言語(yǔ)流暢性下降的腦機(jī)制研究。本研究發(fā)現(xiàn)在靜息態(tài)狀態(tài)下MCI存在局部腦功能異常改變：與健康對(duì)照相比，MCI 患者局部腦功能活動(dòng)降低，表現(xiàn)為右側(cè)島葉和右側(cè)顳上回ALFF值降低，且與MoCA-B中的流暢性測(cè)試顯著相關(guān)。

3.1 島葉與語(yǔ)言和注意力

語(yǔ)言是人類特有的一種認(rèn)知能力，在其他疾病上可觀察到注意力受損與言語(yǔ)流暢性有一定聯(lián)系[18]。注意力受損是MCI 患者的常見(jiàn)癥狀[19]，且注意力一定程度上影響記憶力[20]，記憶減退是MCI 的主要臨床表現(xiàn)。島葉作為突顯網(wǎng)絡(luò)的核心節(jié)點(diǎn)，是參與外部導(dǎo)向和內(nèi)部導(dǎo)向注意或與自我相關(guān)認(rèn)知等其他大型腦網(wǎng)絡(luò)之間的動(dòng)態(tài)切換的中樞[21]。突顯網(wǎng)絡(luò)、默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)、執(zhí)行控制網(wǎng)絡(luò)功能異常是MCI 的常見(jiàn)改變，且與AD 的疾病進(jìn)程和AD 前期診斷相關(guān)[22-23]。島葉還與語(yǔ)言產(chǎn)生和處理有關(guān)[24-25]，島葉功能異?？赡芴崾狙哉Z(yǔ)記憶功能受損[26]。

Bi等[26]提出的一種基于rs-fMRI 數(shù)據(jù)和遺傳數(shù)據(jù)的遺傳進(jìn)化隨機(jī)森林算法，發(fā)現(xiàn)島葉、額上回、杏仁核等腦區(qū)是早期MCI 相關(guān)的致病腦區(qū)。Duan等[27]發(fā)現(xiàn)，MCI 患者的島葉、右側(cè)顳頂區(qū)和右側(cè)額下區(qū)局部腦血流較健康人降低。樊響等[28]表明，與健康人比較，MCI 患者左側(cè)島葉、左側(cè)殼核、雙側(cè)尾狀核和雙側(cè)海馬旁回ALFF 降低。此外，趙澄等[29]發(fā)現(xiàn)，MCI 患者右側(cè)島葉前部-額葉島蓋與左側(cè)嗅皮質(zhì)、左側(cè)頂上小葉功能連接較健康人顯著降低，左側(cè)島葉前部-額葉島蓋與嗅皮質(zhì)的功能連接減低。Hu等[30]表明，MCI 患者雙側(cè)島葉和右側(cè)小腦的度中心性降低。本研究的結(jié)果也發(fā)現(xiàn)了島葉功能活動(dòng)下降，可能與患者的言語(yǔ)流暢性下降有關(guān)。

3.2 顳上回與聽(tīng)力和言語(yǔ)功能

顳上回位于頂葉、枕葉和顳葉交匯處，是聽(tīng)覺(jué)言語(yǔ)中樞[31-32]。MCI的神經(jīng)心理學(xué)改變包括語(yǔ)言功能減退[33]，此外，聽(tīng)力受損與認(rèn)知下降存在明顯相關(guān)，嚴(yán)重的聽(tīng)力下降與更高的癡呆發(fā)病率相關(guān)[34-35]。顳上回位于默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)，默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)參與注意力集中和多種形式的復(fù)雜認(rèn)知活動(dòng)，與記憶或抽象思維有關(guān)[36-37]。在MCI 早期，默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)功能即出現(xiàn)自發(fā)活動(dòng)增強(qiáng)，為功能代償?shù)囊环N形式[38]。

既往研究表明，MCI 患者多個(gè)腦區(qū)，包括顳葉、頂葉區(qū)存在低灌注和低代謝[39]。此外，fMRI 研究也發(fā)現(xiàn)MCI患者顳上回的局部腦活動(dòng)下降，顳上回與其他腦區(qū)的功能連接下降。汪騰龍等[40]發(fā)現(xiàn)，MCI 患者右側(cè)顳上回、右側(cè)顳中回、顳極、中央后回的局部一致性比健康人降低，后扣帶回/楔前葉與左側(cè)顳上回、左側(cè)顳中回、左側(cè)角回、左側(cè)枕中回功能連接降低。另外，吳欽娟等[41]發(fā)現(xiàn)，MCI 患者后扣帶與右側(cè)顳上回、雙側(cè)顳中回、雙側(cè)舌回功能連接顯著降低。Fam等[42]表明，MCI 患者左側(cè)顳上回、島葉和右側(cè)扣帶回較健康人的時(shí)間全局效率要低。MCI 患者右側(cè)顳上回ALFF 降低可能是患者言語(yǔ)流暢性下降的表現(xiàn)，這在MoCA-B的流暢性測(cè)試也有體現(xiàn)。

MCI 腦功能研究的Meta 分析研究結(jié)果表明，MCI患者存在多個(gè)腦區(qū)的ALFF降低，包括雙側(cè)島葉、左側(cè)顳枕區(qū)、雙側(cè)后扣帶/楔前葉等[43-44]。此外，MCI 腦結(jié)構(gòu)研究的meta 分析也發(fā)現(xiàn)，島葉和顳上回體積共同減少是MCI 的危險(xiǎn)因素，可能反映了溝通障礙、精神或社會(huì)活動(dòng)刺激減少[45]。我們的結(jié)果有類似發(fā)現(xiàn)，再次驗(yàn)證了MCI存在島葉和顳上回局部腦功能異常，島葉和顳上回的功能改變?cè)贛CI病程中是常見(jiàn)的，而且這種改變可能是MCI 患者言語(yǔ)流暢性下降的原因之一。但是，也有研究發(fā)現(xiàn)MCI 患者存在島葉和顳葉ALFF 升高[46-47]，認(rèn)為與疾病早期出現(xiàn)的腦功能代償、伴隨疾病或MCI的亞型相關(guān)。

3.3 局限性

本研究尚存在許多不足：第一，納入的樣本量較小，未對(duì)MCI 進(jìn)行分型；第二，本研究關(guān)注的指標(biāo)較少。考慮到本研究納入患者的標(biāo)準(zhǔn)較嚴(yán)格，假陽(yáng)性的可能性較低?；谏鲜龅脑?，患者和健康對(duì)照差異腦區(qū)較少的原因可能是樣本量較小。未來(lái)將在更大樣本量的基礎(chǔ)上，對(duì)MCI 的亞型進(jìn)行研究，進(jìn)一步探索MCI患者言語(yǔ)流暢性下降發(fā)生的腦機(jī)制，驗(yàn)證是否是由于島葉和顳上回功能異?；蛘咂渌c言語(yǔ)相關(guān)的腦區(qū)功能異常導(dǎo)致的。此外，鑒于前期研究發(fā)現(xiàn)島葉和顳上回體積減小與MCI的功能改變有關(guān)，我們未來(lái)的研究也將結(jié)合基于體素的形態(tài)學(xué)方法，經(jīng)過(guò)灰質(zhì)體積校正后再次驗(yàn)證MCI存在功能異常的腦區(qū)。

作者利益沖突聲明：全部作者均聲明無(wú)利益沖突。