阿爾茨海默患者面部情緒識別MRI研究進(jìn)展

賈巴見明，蔣明寬，袁文歡，羅 琳，陳 強(qiáng)

(內(nèi)蒙古科技大學(xué)包頭醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科，內(nèi)蒙古 包頭 014010)

癡呆是全球65歲以上老年人致殘的主要原因[1]，其中約60%為阿爾茨海默病(Alzheimer's disease, AD)所致[2]。除語言和肢體動作外，人類個體之間的交流還依賴于表達(dá)與識別面部情緒；正確解讀面部情緒對于了解他人精神狀態(tài)和成功的社會互動具有舉足輕重的作用。AD使患者面部情緒識別(facial emotion recognition, FER)能力受損[3-6]。顱腦MRI研究結(jié)果[3-6]顯示，對于基本面部情緒，包括驚訝、高興、悲傷、厭惡、憤怒、恐懼和中性等的識別能力與特定腦功能區(qū)灰質(zhì)體積及白質(zhì)纖維束彌散指標(biāo)相關(guān)。本文對MRI研究AD患者FER相關(guān)進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 結(jié)構(gòu)MRI

為觀察AD患者腦形態(tài)學(xué)改變，常以高分辨率3D-T1W序列采集結(jié)構(gòu)MRI(structural MRI, sMRI)，用于測量顱腦灰質(zhì)和白質(zhì)體積。在神經(jīng)退行性疾病sMRI相關(guān)研究[7]中，灰質(zhì)體積亦是較常用的影像學(xué)指標(biāo)?；隗w素的形態(tài)學(xué)(voxel-based morphometry, VBM)方法是測量灰質(zhì)體積的最常用方法之一，其核心步驟包括空間標(biāo)準(zhǔn)化、圖像分割、平滑處理及統(tǒng)計(jì)分析等[7]，可通過Matlab平臺中的SPM等軟件實(shí)現(xiàn)圖像預(yù)處理、分割及空間歸一化等過程；應(yīng)用自建模板及微分同胚圖像融合(diffeomorphic anatomical registration through exponentiated lie algebra, DARTEL)算法不僅可提高圖像配準(zhǔn)的準(zhǔn)確性，并支持對圖像進(jìn)行歸一化處理，以減少掃描設(shè)備不同所帶來的差異[8]。

AD較典型影像學(xué)表現(xiàn)包括內(nèi)嗅皮層、海馬及杏仁核萎縮等，這些核團(tuán)均為大腦處理情緒的重要腦區(qū)，其早期萎縮及不同腦區(qū)之間白質(zhì)纖維連接受損可能與患者社會認(rèn)知障礙和情緒識別不良有關(guān)。目前對于AD患者消極FER是否普遍受損、消極FER與哪些功能腦區(qū)灰質(zhì)體積存在相關(guān)關(guān)系的認(rèn)知尚有爭議。PARK等[9]對AD患者進(jìn)行VBM分析，發(fā)現(xiàn)其對消極情緒(包括恐懼、憤怒、厭惡和悲傷)的識別能力降低，且與顳前區(qū)灰質(zhì)體積呈正相關(guān)，而積極情緒(驚奇和快樂)則與額頂區(qū)(中央前回和中央后回)灰質(zhì)體積呈正相關(guān)。SAPEY-TRIOMPHE等[10]報(bào)道，AD患者存在明顯的基本情緒識別障礙，其對恐懼情緒的認(rèn)知程度與杏仁核體積呈負(fù)相關(guān)，而對于厭惡、高興的FER則分別與蒼白球和梭狀回的體積呈負(fù)相關(guān)。SAHIN等[11]觀察抑郁性假性癡呆(depressive pseudodementia, DPD)和AD患者，發(fā)現(xiàn) 后者FER評分與海馬體積存在顯著正相關(guān)，且DPD與AD患者FER得分及左側(cè)海馬體積均存在顯著差異，評估FER和左側(cè)海馬體積可能為區(qū)分DPD與AD提供依據(jù)。另一方面，WIECHETEK OSTOS等[12]認(rèn)為AD患者對憤怒和悲傷兩種消極情緒的識別能力并無明顯受損。PARK等[9]提出消極FER主要與顳前區(qū)的灰質(zhì)體積有關(guān)；CALDER等[13]則發(fā)現(xiàn)對于憤怒情緒的識別與腹側(cè)紋狀體和顳中回灰質(zhì)體積顯著相關(guān)；KUMFOR等[14]報(bào)道，識別悲傷情緒與左側(cè)胼胝體下皮層體積有關(guān)。

2 功能成像

功能MRI(functional MRI, fMRI)可顯示不同認(rèn)知條件下的腦神經(jīng)活動分布。常以血氧水平依賴(blood oxygen level-dependent, BOLD)技術(shù)采集顱腦fMRI，即BOLD-fMRI，其常用模式主要分為靜息態(tài)和任務(wù)態(tài)。靜息態(tài)fMRI(resting-state fMRI, rs-fMRI)通常指受試者在靜息(不給予任何刺激)狀態(tài)下接受fMRI，可檢測患者不同腦區(qū)的功能連接狀況；任務(wù)態(tài)fMRI(task-state fMRI, ts-fMRI)主要指在掃描過程中給予受試者視覺、聽覺或其他物理刺激，使其大腦處于不同神經(jīng)狀態(tài)，并通過比較不同狀態(tài)下的信號獲取激活圖[15]。

靜息態(tài)功能連接為2個灰質(zhì)體素之間的整個靜息態(tài)時間序列的Pearson相關(guān)系數(shù)，>0.30時認(rèn)為其間存在功能連接；功能連接異?？稍谝欢ǔ潭壬戏从尘植磕X功能活動改變[16]。結(jié)合認(rèn)知評估與rs-fMRI可鑒別神經(jīng)退行性疾病類型及預(yù)測疾病進(jìn)展，分析不同腦區(qū)及功能網(wǎng)絡(luò)與主要預(yù)測因子之間的相關(guān)性。IBAEZ等[17]發(fā)現(xiàn)，與健康對照者相比，AD患者認(rèn)知判別(包括FER)分?jǐn)?shù)與額葉區(qū)(額上回、眶回等)、頂葉區(qū)(頂上小葉、角回等)和基底核區(qū)(蒼白球、殼核)功能連接較低相關(guān)。需要注意的是，疾病嚴(yán)重程度不同，其所致相同腦區(qū)之間功能連接改變亦可不同[18]。

內(nèi)感受(interoception)主要包括本體感覺和內(nèi)臟感覺[19]，外感受(exteroception)主要包括觸覺、嗅覺和視覺等信號；后內(nèi)感受(post-interoception)和后外感受(post-exteroception) 則主要指機(jī)體接受聲音、面部情緒圖片等外部刺激后產(chǎn)生的信號。消極FER與內(nèi)感受的情緒處理有關(guān)[20]，機(jī)體內(nèi)感受(如心臟誘發(fā)電位)變化可能影響FER的啟動和處理過程。SALAMONE等[21]指出 AD患者FER在后內(nèi)感受條件下與凸顯網(wǎng)絡(luò)(salience network)的功能連接呈負(fù)相關(guān)，而在后外感受條件下則與執(zhí)行網(wǎng)絡(luò)(executive network)的功能連接呈正相關(guān)。元認(rèn)知指對認(rèn)知過程的監(jiān)控與調(diào)節(jié)[22]；對情緒識別的元認(rèn)知是社會互動的基礎(chǔ)。GARCIA-CORDERO等[23]利用多模態(tài)成像評估元認(rèn)知的神經(jīng)標(biāo)記物，分析AD患者全腦灰質(zhì)體積和fMRI所示靜息態(tài)腦功能連接，發(fā)現(xiàn)AD患者FER受損與額-頂葉區(qū)域灰質(zhì)體積減小和額后神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中斷有關(guān)。

人類視覺處理皮層主要位于、但并不局限于枕葉，可延伸至顳葉和頂葉。與視覺處理有關(guān)的皮層區(qū)域多達(dá)十余處，利用通路模型可將其分為腹側(cè)通路和背側(cè)通路[24]。HUANG等[25]的ts-fMRI研究結(jié)果顯示，AD患者腹側(cè)通路中視覺處理網(wǎng)絡(luò)被破壞而減少，且其程度與疾病嚴(yán)重程度呈正相關(guān)：輕、中度AD患者的視覺處理網(wǎng)絡(luò)破壞和減少主要集中于高階視覺關(guān)聯(lián)區(qū)，而重度AD患者的高階關(guān)聯(lián)區(qū)視覺處理網(wǎng)絡(luò)則幾已不存在，其低階關(guān)聯(lián)區(qū)視覺處理網(wǎng)絡(luò)也被破壞而減少。

3 彌散張量成像

彌散張量成像(diffusion tensor imaging, DTI)是基于彌散加權(quán)成像并采用更多彌散梯度的MRI技術(shù)，可清晰顯示活體內(nèi)腦白質(zhì)纖維走行及其彌散狀態(tài)；各向異性分?jǐn)?shù)(fractional anisotropy, FA)、平均擴(kuò)散率(mean diffusivity, MD)及表觀彌散系數(shù)(apparent diffusion coefficient, ADC)為其常用參數(shù)，主要用于評估水分子在特定方向上的彌散特性，其中FA常用于評價白質(zhì)纖維的完整性，ADC、MD則用于表征水分子在組織中的彌散程度[26]。除上述常用參數(shù)外，軸向彌散率(axial diffusivity, DA)和徑向彌散率(radial diffusivity, DR)分別代表水分子在平行和垂直于彌散軸方向的彌散速率。DA降低提示軸突受損，而DR升高則與髓鞘受損有關(guān)。

DTI常被用于研究神經(jīng)退行性疾病所致腦白質(zhì)纖維改變。MORIKAWA等[27]發(fā)現(xiàn)，雙側(cè)鉤狀束FA和ADC可反映AD患者認(rèn)知功能障礙嚴(yán)重程度。左側(cè)鉤狀束FA與對恐懼情緒的識別相關(guān)[28]。相比健康老年人，輕度認(rèn)知障礙老年患者FER能力普遍降低，左側(cè)鉤狀束FA顯著降低。TAKAHASHI等[29]評估AD患者FER，并測量其鉤狀束、下額枕束和下縱束DTI相關(guān)參數(shù)，發(fā)現(xiàn)AD患者FER評分、尤其對于消極情緒的得分明顯低于健康對照者，且其消極情緒分量表得分左側(cè)鉤狀束MD呈負(fù)相關(guān)，而左側(cè)鉤狀束FA與消極FER得分未見明顯相關(guān)。AD患者FA降低和MD升高提示限制水分子彌散的屏障(腦白質(zhì))受損，這與AD患者腦白質(zhì)中髓鞘和軸突丟失的病理學(xué)表現(xiàn)相符[30]。

AD患者多見相應(yīng)腦區(qū)FA降低和MD增大，前額葉邊緣網(wǎng)絡(luò)功能障礙可能是AD患者對于消極情緒的識別能力降低的潛在神經(jīng)基礎(chǔ)。現(xiàn)有不同研究結(jié)果存在一定差異，原因可能主要在于各研究納入樣本病情不同，且用于測量DTI和fMRI相關(guān)參數(shù)的ROI位置及大小均不統(tǒng)一。

4 小結(jié)與展望

FER受損嚴(yán)重影響AD患者生活質(zhì)量。目前將MRI用于AD患者FER的臨床研究較少，所用技術(shù)不同，結(jié)果之間亦存在差異。通過融合sMRI、fMRI或DTI等技術(shù)，可能進(jìn)一步促進(jìn)AD FER受損相關(guān)神經(jīng)基礎(chǔ)研究，為早期診斷及干預(yù)提供理論基礎(chǔ)。