重復(fù)經(jīng)顱磁刺激對輕度認(rèn)知障礙的靜息腦網(wǎng)絡(luò)調(diào)控研究?

羅 鴻 郭志偉 王文軒 蔣炳虎 張福洲 母其文

南充市中心醫(yī)院(北京安貞醫(yī)院南充醫(yī)院)/川北醫(yī)學(xué)院第二臨床醫(yī)學(xué)院醫(yī)學(xué)影像科(四川 南充 637000)

輕度認(rèn)知障礙(mild cognitive impairment，MCI)是處于正常老齡化導(dǎo)致的認(rèn)知下降和老年性癡呆之間的過渡狀態(tài)[1-2]，是癡呆的高風(fēng)險人群。但是，目前尚無能夠治療AD的特效藥物[3]，大量神經(jīng)科學(xué)研究將重復(fù)經(jīng)顱磁刺激(repetitive transcranial magnetic stimulation，rTMS)融入到MCI的認(rèn)知干預(yù)以及調(diào)節(jié)中[4]。rTMS能夠調(diào)整神經(jīng)元興奮性，強(qiáng)化皮質(zhì)功能[5]，可以減輕認(rèn)知功能所出現(xiàn)的衰退問題，提供潛藏的干預(yù)措施[6-7]。靜息態(tài)功能磁共振成像(resting-state functional magnetic resonance imaging，rs-fMRI)是目前神經(jīng)精神疾病臨床、科研中最常用的方法和熱門技術(shù)[8]，普遍運用到探尋生理性衰老和各類神經(jīng)退行問題的腦功能以及結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變[9]。因此，本研究擬結(jié)合rs-fMRI成像技術(shù)探討rTMS干預(yù)對MCI患者總體認(rèn)知功能障礙、記憶功能、語言功能、執(zhí)行功能的治療效果及對靜息腦網(wǎng)絡(luò)調(diào)控的影像學(xué)表現(xiàn)。

1 資料與方法

1.1 一般資料搜集2021年1月至2021年11月期間南充市中心醫(yī)院門診及周邊社區(qū)的MCI患者。

采用MCI的診斷標(biāo)準(zhǔn)：存在知情者報告的記憶功能下降。存在認(rèn)知量表評估確定的一個或多個認(rèn)知功能域損傷。一般認(rèn)知功能及日常生活能力正常或輕度受損。臨床癡呆評定量表(clinical dementia rating，CDR)=0.5。尚未達(dá)到癡呆診斷標(biāo)準(zhǔn)。排除標(biāo)準(zhǔn)：其他可能導(dǎo)致認(rèn)知功能下降的神經(jīng)疾病，如腦腫瘤、帕金森、癲癇等。存在腦梗死、感染或其他MRI可見的局灶性腦損傷。不能接受神經(jīng)心理測試或存在MR檢查禁忌癥。過去兩年有酒精或藥物濫用和依賴史。嚴(yán)重精神疾病，如重度抑郁癥、精神分裂癥、雙向情感障礙等。因其他系統(tǒng)性疾病或不確定因素導(dǎo)致不能完成實驗相關(guān)檢查。本研究經(jīng)南充市中心醫(yī)院倫理委員會審核通過。

1.2 實驗設(shè)計本實驗采用隨機(jī)對照研究，根據(jù)隨機(jī)數(shù)字表法將入組的MCI患者隨機(jī)分為rTMS真刺激組和偽刺激組(Sham組)。所有被試均不清楚刺激類型，均給予連續(xù)10天的rTMS刺激治療(真刺激組)或偽刺激治療(偽刺激組)。每位患者在入組時(基線)、連續(xù)10天治療后(治療后)分別接受一次系統(tǒng)的認(rèn)知功能評估及靜息態(tài)功能磁共振圖像采集。

1.2.1 靜息運動閾值測量 采用“8”字形經(jīng)顱磁刺激儀線圈(丹麥，MagPro R30)，通過神經(jīng)肌電圖儀檢測10次rTMS刺激拇短展肌過程中至少5次產(chǎn)生50μV峰運動誘發(fā)電位所需的最小rTMS刺激強(qiáng)度或引起手指運動反應(yīng)的最小rTMS刺激強(qiáng)度，稱為靜息運動閾值(rest motor threshold，RMT)。

1.2.2 刺激參數(shù) rTMS線圈保持與頭皮相切，頻率10Hz，之后計算個體的90%RMT作為實際刺激強(qiáng)度，刺激LDLPFC區(qū)。30個序列/天，50個脈沖/序列，序列間隔時間25s，14min32s/d，連續(xù)10天。rTMS組采用真刺激線圈，Sham組采用偽刺激線圈，兩組其余治療參數(shù)完全一致。

1.3 認(rèn)知評估量表MMSE：綜合反映被評估者的總體認(rèn)知水平。總共30個條目，包含5個認(rèn)知評估模塊。AVLT-H：詳細(xì)評估記憶功能。BNT、VFT：分別表現(xiàn)被評估者的語言命名和語言流暢性功能。STT：評估執(zhí)行功能。此外，基線狀態(tài)下還對患者進(jìn)行HIS、IADL、HAMD、HAMA等量表評估，以滿足納入、排除標(biāo)準(zhǔn)的需要。

1.4 磁共振圖像采集使用1.5T超導(dǎo)磁共振掃描儀(美國，GE Signa HDxt)的8通道頭部線圈對所有MCI進(jìn)行磁共振圖像采集，采集圖像包括高精度3D結(jié)構(gòu)磁共振T1圖像；BOLD-fMRI采用平面回波序列進(jìn)行成像，掃描參數(shù)：TR/TE=2000ms/30ms，F(xiàn)OV=24.0cm×24.0cm，Matrix=64×64，F(xiàn)lip Angle=8°，Thickness/inter-space=5.0mm/0.0mm，Slices=32;Voxel size=3.75×3.75×5.00mm3，共采集140個全腦圖像。

1.5 fMRI數(shù)據(jù)后處理采用Rest軟件包對每個被試的rs-fMRI圖像進(jìn)行空間預(yù)處理(時間校正、頭動校正、標(biāo)準(zhǔn)化、平滑)和時間預(yù)處理(0.01-0.08Hz帶通濾波、去漂移等)，SPM 12軟件包對兩組的z值功能網(wǎng)絡(luò)圖像進(jìn)行對比分析，并配對樣本t檢驗對每組被試治療前后的功能網(wǎng)絡(luò)圖像進(jìn)行對比分析，采用雙樣本t檢驗對治療后兩組的功能網(wǎng)絡(luò)圖像進(jìn)行組間對比分析。

1.6 統(tǒng)計分析采用SPSS 23.0軟件包對兩組患者的基本信息、認(rèn)知量表進(jìn)行統(tǒng)計分析，計數(shù)數(shù)據(jù)采用統(tǒng)計數(shù)量表示，采用χ2檢驗進(jìn)行統(tǒng)計對比分?jǐn)?shù)；計量數(shù)據(jù)采用()表示，符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)采用獨立樣本t檢驗或配對樣本t檢驗進(jìn)行兩組間或每組治療前后數(shù)據(jù)的統(tǒng)計對比，不符合正態(tài)分布的計量數(shù)據(jù)采用非參檢驗進(jìn)行統(tǒng)計對比。使用Pearson相關(guān)性分析方法，計算功能網(wǎng)絡(luò)差異腦區(qū)的功能連接變化量與認(rèn)知量表評估改變之間的相關(guān)系數(shù)，P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 一般資料表1為入組患者的基本信息，納入真刺激組18人、偽刺激組20人。兩組患者在年齡、性別、文化程度、各認(rèn)知功能評分及日常生活能力方面均無顯著性差異(P>0.05)。

表1 納入MCI患者基本信息

2.2 rTMS對認(rèn)知功能的改善真刺激組治療前后MCI患者的總體認(rèn)知功能(MMSE、MoCA)、記憶功能(AVLT-I、AVLT-SD、AVLT-LD、AVLT-R)、語言功能(BNT、AFT)、執(zhí)行功能(TMT-A、TMT-B)等認(rèn)知功能評分均有顯著性改變(P<0.05)。偽刺激組治療前后MCI患者僅在AVLT-I、AVLT-SD評分上有顯著改變(P<0.05)。治療前后兩組認(rèn)知功能評分改變量對比結(jié)果顯示，除AFT、TMT-B評分外，真刺激組在其余認(rèn)知功能評分上均比偽刺激組改變更明顯，且差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)，見表2。

表2 兩組MCI患者治療前后認(rèn)知功能評分

2.3 rTMS對靜息態(tài)腦網(wǎng)絡(luò)的調(diào)控

2.3.1 rTMS治療后真刺激組靜息態(tài)腦網(wǎng)絡(luò)的變化 與基線狀態(tài)相比，rTMS治療后真刺激組MCI患者的靜息態(tài)腦網(wǎng)絡(luò)在左側(cè)眶部額中回、左側(cè)額上回、雙側(cè)前扣帶回與LDLPFC功能連接顯著增強(qiáng)；右側(cè)顳中回與LDLPFC的功能連接顯著降低(P<0.05,Alphasim校正，cluster>184)，見圖1及表3。

表3 靜息功能腦網(wǎng)絡(luò)對比結(jié)果

2.3.2 rTMS治療后偽刺激組靜息態(tài)腦網(wǎng)絡(luò)的變化 偽刺激組MCI患者在rTMS治療后左側(cè)楔前葉、右側(cè)額中回、右側(cè)額下回、右側(cè)腹內(nèi)側(cè)額上回、右側(cè)腹內(nèi)側(cè)額中回及雙側(cè)前扣帶回與LDLPFC的功能連接顯著增強(qiáng)；右側(cè)頂葉與LDLPFC的功能連接顯著降低(P<0.05，Alphasim校正，cluseter >270)，見圖2及表3。

2.3.3 rTMS治療后兩組患者靜息態(tài)腦網(wǎng)絡(luò)的差異 rTMS治療后，兩組MCI患者靜息態(tài)腦網(wǎng)絡(luò)的對比結(jié)果顯示：真刺激組比偽刺激組在雙側(cè)前扣帶回、左側(cè)腦島、左側(cè)額中回、左側(cè)額下回與LDLPFC的功能連接更強(qiáng)；在右側(cè)顳中回、右側(cè)舌回、右側(cè)海馬、右側(cè)海馬旁回、左側(cè)楔前葉、右側(cè)頂下小葉、右側(cè)額中回、右側(cè)緣上回、右側(cè)頂上小葉、右側(cè)角回與LDLPFC的功能連接更弱(P<0.05，Alphasim校正，cluseter >237)，見圖3及表3。

2.4 認(rèn)知功能改變與靜息功能網(wǎng)絡(luò)變化的相關(guān)性真刺激組各認(rèn)知功能改變量與靜息功能網(wǎng)絡(luò)改變量之間的相關(guān)性分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)：左側(cè)眶部額中回與LDLPFC的功能連接改變量與MoCA、TMT-B的認(rèn)知評分改變量顯著正相關(guān)(r=0.47,P=0.047;r=-0.58,P=0.013)；右側(cè)顳中回與LDLPFC的功能連接改變量與AVLT-I、AVLT-LD的認(rèn)知評分改變量均顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.64,P=0.005;r=-0.49,P=0.039)；此外，雙側(cè)前扣帶回與LDLPFC的功能連接改變量與TMT-A的認(rèn)知評分改變量顯著正相關(guān)(r=0.53,P=0.024)，見圖4。

圖4 rTMS治療后，真刺激組認(rèn)知評分改變量與靜息腦網(wǎng)絡(luò)連接改變量之間的相關(guān)性；圖5 rTMS治療后，兩組MCI患者的認(rèn)知評分與靜息功能網(wǎng)絡(luò)連接的相關(guān)性；

2.5 rTMS治療后認(rèn)知功能與靜息功能網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)性rTMS治療后兩組患者的認(rèn)知功能評分與靜息功能網(wǎng)絡(luò)連接的相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)：右側(cè)額中回與LDLPFC的功能連接與MMSE、AVLT-I、AVLTSD、AVLT-LD、AVLT-R的認(rèn)知功能評分均顯著正相關(guān)(r=0.34,P=0.036;r=0.46,P=0.004；r=0.36,P=0.026;r=0.37,P=0.024;r=0.37,P=0.024)；右側(cè)顳中回與LDLPFC的功能連接與AVLT-I的認(rèn)知功能評分顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.46,P=0.004)；右側(cè)頂下小葉與LDLPFC的功能連接與AVLT-R的認(rèn)知功能評分顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.43,P=0.007)，見圖5。

3 討論

本研究采用隨機(jī)對照實驗研究方法進(jìn)一步驗證rTMS對MCI患者認(rèn)知功能的改善效果及具體表現(xiàn)，同時結(jié)合rs-fMRI成像方法探討rTMS對MCI患者靜息態(tài)功能網(wǎng)絡(luò)的影響和調(diào)控機(jī)制。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)：rTMS治療可以全面顯著改善患者的總體認(rèn)知功能、記憶功能、語言功能和執(zhí)行功能，尤其是總體認(rèn)知功能、瞬時記憶、短時延遲回憶、長時延遲回憶、再認(rèn)回憶、語言命名功能以及簡單執(zhí)行功能方面，改善更明顯。對靜息態(tài)功能腦網(wǎng)絡(luò)的影響主要表現(xiàn)在DMN網(wǎng)絡(luò)、SAN網(wǎng)絡(luò)以及FPN網(wǎng)絡(luò)相關(guān)腦區(qū)的調(diào)控，包括楔前葉、前扣帶回、腦島、額中回、額上回、緣上回、角回、頂上小葉、頂下小葉等以及海馬、海馬旁回等記憶功能相關(guān)腦區(qū)。此外，功能網(wǎng)絡(luò)改變與認(rèn)知功能變化的相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)：總體認(rèn)知功能、瞬時記憶、長延遲回憶、以及執(zhí)行功能的改善存在對應(yīng)腦區(qū)的靜息功能連接的改變；同時rTMS治療后總體認(rèn)知功能、各記憶功能表現(xiàn)(瞬時記憶、短延遲回憶、長延遲回憶、再認(rèn)回憶)也表現(xiàn)出與靜息功能連接的顯著相關(guān)。研究結(jié)果表明，高頻rTMS刺激LDLPFC可能通過調(diào)節(jié)DMN、SAN、FPN及記憶功能相關(guān)腦區(qū)的靜息功能連接，改善MCI患者的總體認(rèn)知功能以及記憶功能等。

作為一種非侵入性的腦刺激技術(shù)，rTMS已被認(rèn)為是治療MCI及AD患者有潛力的、有效的治療方法，但是由于rTMS多參數(shù)的特點，其有效性及對具體認(rèn)知功能的改善情況仍存在一定的爭議和不確定性。近年來，多篇Meta分析研究已證明rTMS可以顯著改善MCI患者的認(rèn)知功能[10-13]，且對總體認(rèn)知功能和記憶功能的改善效果更明顯，表現(xiàn)為長短期的總體認(rèn)知功能療效和短期記憶功能療效[14]?？傮w認(rèn)知、記憶功能以及執(zhí)行功能的顯著效果在我們的研究中也有發(fā)現(xiàn)。而且，不同頻率和刺激部位可以改善不同的MCI認(rèn)知功能。2020年Chou等發(fā)表的Meta分析發(fā)現(xiàn)，高頻rTMS刺激LDLPFC、低頻rTMS刺激右側(cè)DLPFC均可以顯著改善MCI患者的記憶功能；但是，高頻rTMS刺激右側(cè)額下回腦區(qū)可以顯著改善MCI患者的執(zhí)行功能；連續(xù)5-30天的rTMS治療，效果可以持續(xù)4-12周[10]。所以，可以確定rTMS對MCI疾病治療的有效性。本研究發(fā)現(xiàn)的rTMS對總體認(rèn)知功能、記憶功能的顯著效果與已發(fā)表多篇Meta分析結(jié)果一致，證明了本研究結(jié)果的正確性。本研究采用高頻rTMS刺激左側(cè)DLPFC也發(fā)現(xiàn)對語言、執(zhí)行功能的顯著效果，這與Meta分析中高頻刺激右側(cè)額下回得到的效果一致，但是兩者方案不同。原因可能是由于，我們對各領(lǐng)域認(rèn)知功能進(jìn)行了更加詳細(xì)的分類評估，而目前大多數(shù)研究的認(rèn)知功能評估比較籠統(tǒng)，不夠詳細(xì)，或許對rTMS治療的敏感性更高。

磁共振功能影像Meta分析研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，MCI患者存在楔前葉、額葉、島葉、緣上回、舌回、海馬、顳葉等多個腦區(qū)自發(fā)神經(jīng)活動[15]及DMN網(wǎng)絡(luò)、執(zhí)行控制網(wǎng)絡(luò)、視覺網(wǎng)絡(luò)、感覺運動網(wǎng)絡(luò)包含腦區(qū)靜息功能網(wǎng)絡(luò)連接的異常[16]。大尺度腦網(wǎng)絡(luò)研究還發(fā)現(xiàn)，MCI患者存在全腦結(jié)構(gòu)、功能網(wǎng)絡(luò)連接模式的紊亂和網(wǎng)絡(luò)連接屬性的改變[17-18]，且隨著MCI向AD疾病的轉(zhuǎn)化，神經(jīng)活動及功能連接的異常進(jìn)一步加重[19]。所以，隨著MCI患者認(rèn)知功能的恢復(fù)，上述認(rèn)知功能相關(guān)腦區(qū)的自發(fā)神經(jīng)活動或靜息功能連接的異?？赡苡邢鄳?yīng)的恢復(fù)。本研究發(fā)現(xiàn)，rTMS治療后，MCI患者表現(xiàn)出楔前葉、腦島、額葉、顳葉、海馬、海馬旁回、緣上回、舌回等上述報道一致腦區(qū)的功能連接變化，這些治療引起的認(rèn)知功能相關(guān)對應(yīng)腦區(qū)功能連接的恢復(fù)或許說明rTMS治療的有效性以及對疾病導(dǎo)致的異常神經(jīng)活動和功能連接的調(diào)控作用。

此外，本研究結(jié)果中rTMS對靜息功能網(wǎng)絡(luò)的影響主要表現(xiàn)在DMN、SAN、ECN以及FPN網(wǎng)絡(luò)包含腦區(qū)的影響。DMN網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)大腦的認(rèn)知監(jiān)測、情景記憶以及記憶處理等功能，前期研究表明AD疾病會引起DMN網(wǎng)絡(luò)的異常[20]，由疾病引起的淀粉樣蛋白沉積使DMN網(wǎng)絡(luò)首先受到危害[21]，從而引起記憶功能等認(rèn)知功能的損傷。所以，對DMN網(wǎng)絡(luò)調(diào)控改善或許可以起到治療MCI的作用。Cui等[22]采用高頻rTMS刺激右側(cè)DLPFC的研究發(fā)現(xiàn)，連續(xù)10天的高頻rTMS刺激可以顯著改善MCI患者的瞬時記憶、短期延遲回憶、長延遲回憶及再認(rèn)回憶功能等各項記憶功能，降低DMN網(wǎng)絡(luò)中前扣帶回、紡錘體區(qū)域的功能連接，且功能連接的改變與記憶功能的變化顯著相關(guān)，所以，rTMS治療可以調(diào)控DMN網(wǎng)絡(luò)的功能連接，實現(xiàn)對記憶功能的治療效果。SAN網(wǎng)絡(luò)在高級認(rèn)知功能中扮演著重要的角色，主要負(fù)責(zé)社會行為指導(dǎo)、情緒及高級心理過程[23-24]，同時負(fù)責(zé)調(diào)控其他高級認(rèn)識網(wǎng)絡(luò)如DMN網(wǎng)絡(luò)、執(zhí)行控制網(wǎng)絡(luò)認(rèn)知任務(wù)的執(zhí)行等[25]。前期研究表明除DMN外，MCI患者也存在SAN網(wǎng)絡(luò)相關(guān)腦區(qū)灰質(zhì)體積、自發(fā)神經(jīng)活動以及功能連接的結(jié)構(gòu)功能損傷，這些多指標(biāo)聯(lián)合可以作為MCI早期診斷的生物學(xué)標(biāo)記[26]。所以，本研究rTMS治療后SAN網(wǎng)絡(luò)的變化或許是各項認(rèn)知功能改變的影像表現(xiàn)。ECN與DMN、SAN被稱為認(rèn)知三角網(wǎng)絡(luò)，都在大腦的高級認(rèn)知功能中發(fā)揮著重要作用，它主要負(fù)責(zé)行為抑制、情緒、感知、疼痛等認(rèn)知功能[26-27]。此外，額頂網(wǎng)絡(luò)主要負(fù)責(zé)認(rèn)知、語言相關(guān)功能[27]。綜上，rTMS治療可以調(diào)節(jié)所有高級認(rèn)知功能相關(guān)腦區(qū)的功能連接。

相關(guān)性分析結(jié)果主要表現(xiàn)為總體認(rèn)知功能、記憶功能與功能連接的顯著相關(guān)，這與認(rèn)知評估上兩者改變更顯著的情況一致。Cui等的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)DMN網(wǎng)絡(luò)的變化也只表現(xiàn)出與記憶功能的顯著相關(guān)[22]，所以，rTMS引起的靜息功能網(wǎng)絡(luò)的變化與記憶功能的改善存在更好的一致性表現(xiàn)，也提示我們靜息功能網(wǎng)絡(luò)或許可以作為預(yù)測rTMS對MCI患者記憶功能治療效果的影像指標(biāo)。

4 結(jié)論

高頻rTMS刺激左側(cè)DLPFC可以顯著改善MCI患者的認(rèn)知功能，尤其對總體認(rèn)知功能、記憶功能、語言命名功能及簡單執(zhí)行功能的療效更好。其對靜息功能網(wǎng)絡(luò)的影響主要表現(xiàn)在對默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)、突顯網(wǎng)絡(luò)、執(zhí)行控制網(wǎng)絡(luò)及額頂網(wǎng)絡(luò)相關(guān)腦區(qū)的調(diào)控上。靜息功能網(wǎng)絡(luò)或許可以作為rTMS療效預(yù)測的影像學(xué)指標(biāo)。本研究尚存在樣本量較少等問題，有待于后期可以擴(kuò)大樣本量以及對所有入組患者進(jìn)行隨訪研究，了解rTMS的持續(xù)效應(yīng)。