孤獨癥譜系障礙腦梭狀回靜息態(tài)功能性磁共振動態(tài)腦功能連接的時間變異性研究

蘇曉然,段旭君,王鵬,韓東明

孤獨癥譜系障礙(ASD)是一種神經(jīng)發(fā)育性障礙,其核心癥狀包括語言交流障礙、社交障礙、刻板行為及興趣狹隘等[1]。約每54名8歲以下的兒童中就有1例孤獨癥兒童,男孩患病比例明顯高于女孩[2]。梭狀回是社會腦回路的關(guān)鍵腦區(qū),在人腦的視覺和感知覺通路起重要作用,其功能異常會導(dǎo)致ASD患者識別人臉功能障礙,是導(dǎo)致孤獨癥核心癥狀的一個重要節(jié)點。既往對梭狀回研究都是從結(jié)構(gòu)和靜態(tài)功能連接進(jìn)行研究[3-4]。近年來研究表明,動態(tài)功能連接可獲得不同狀態(tài)下大腦功能連接隨時間的動態(tài)性,然而,現(xiàn)階段的研究還未探究基于梭狀回的動態(tài)功能連接。本研究采用基于體素形態(tài)學(xué)測量法(VBM)發(fā)現(xiàn),與正常對照相比,ASD患者右側(cè)梭狀回體積增大最顯著,因此,本研究選取右側(cè)梭狀回作為感興趣區(qū),利用滑動窗法分析ASD患者右側(cè)梭狀回與全腦功能連接的時間變異性及其與ASD主要癥狀的相關(guān)性,以求為探索ASD的神經(jīng)病理機制提供新的依據(jù)。

1 對象和方法

1.1 對象

本研究采用的所有靜息態(tài)功能磁共振數(shù)據(jù)來自公開數(shù)據(jù)庫ABIDE-I和ABIDE-II[5]中美國紐約大學(xué)(NYU )的數(shù)據(jù)。本組研究對象的排除標(biāo)準(zhǔn)為圖像質(zhì)量差,頭動過大(即平移或旋轉(zhuǎn)頭動超過3 mm或3°)。最終120例ASD患者和131名健康對照被納入本研究,被試的人口統(tǒng)計學(xué)及臨床資料見表1。年齡統(tǒng)計均值與標(biāo)準(zhǔn)差,性別統(tǒng)計女性和男性人數(shù),利手統(tǒng)計左利手、右利手與混合利手人數(shù)。還統(tǒng)計了所有被試3個獨癥診斷觀察量表(ADOS)——社會溝通量表,社交互動量表,重復(fù)刻板行為量表。

表1 被試人口統(tǒng)計學(xué)和臨床資料

1.2 方法

1.2.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理 使用DPABI v4.3(http://rfmri.org/dpabi)預(yù)處理靜息態(tài)功能圖像,步驟為:前10個時間點去除、進(jìn)行時間、頭動校正、空間標(biāo)準(zhǔn)化、平滑、去線性漂移、回歸頭動、白質(zhì)和腦脊液信號。

1.2.2 動態(tài)功能連接計算 利用自動解剖AAL模板,右側(cè)梭狀回為興趣區(qū),采用DynamicBC軟件包(www.restfmri.net/forum/DynamicBC)[6]中滑動窗法對動態(tài)功能連接進(jìn)行計算。參考以往關(guān)于動態(tài)分析相關(guān)文獻(xiàn)[7],窗寬設(shè)置50 TRs,步長5 TRs,每次滑動5倍重復(fù)時間,每個被試產(chǎn)生25個窗。

2 結(jié)果

2.1 兩組臨床資料比較

兩組被試性別、年齡、利手差異差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05),組間智商評分差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.001),見表1。

2.2 右側(cè)梭狀回與全腦動態(tài)功能連接的分析結(jié)果

ASD組的右側(cè)梭狀回與右側(cè)額中回、雙側(cè)內(nèi)側(cè)額中回、左側(cè)背外側(cè)額上回動態(tài)功能連接的變異性顯著高于對照組(GRF校正,體素水平P<0.005且團(tuán)塊水平P<0.05)。見表2,見圖1。

圖1 基于右側(cè)梭狀回的動態(tài)功能連接變異性組間差異具有統(tǒng)計學(xué)意義腦區(qū)

表2 右側(cè)梭狀回與全腦動態(tài)功能連接分析

2.3 Spearman相關(guān)性分析顯示

右側(cè)梭狀回與右側(cè)額中回、雙側(cè)內(nèi)側(cè)額中回、左側(cè)背外側(cè)額上回的動態(tài)功能連接時間變異值與ADOS重復(fù)刻板行為評分呈正相關(guān),見圖2。

圖2 差異區(qū)域動態(tài)功能連接變異性與臨床癥狀相關(guān)性

3 討論

本研究利用靜息態(tài)動態(tài)功能連接技術(shù)分析發(fā)現(xiàn)以右側(cè)梭狀回為感興趣區(qū),右側(cè)梭狀回與右側(cè)額中回、雙側(cè)內(nèi)側(cè)額中回、左側(cè)背外側(cè)額上回的動態(tài)功能連接變異性增高,且變異值與ADOS中重復(fù)刻板行為評分呈正相關(guān)。右側(cè)梭狀回及雙側(cè)內(nèi)側(cè)額中回、左側(cè)背外側(cè)額上回均屬于社會腦的組成部分。社會腦是1990年由Brothers等首次提出的,主要包括內(nèi)側(cè)前額葉、前扣帶回、前腦島、額下回、頂枕溝、梭狀回等,主要負(fù)責(zé)社會認(rèn)知功能。既往利用動態(tài)功能連接技術(shù)研究結(jié)果發(fā)現(xiàn),孤獨癥患者腦網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)大范圍的高動態(tài)性,功能連接動態(tài)性異常的核心腦區(qū)主要在社會腦環(huán)路[8],本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)與動態(tài)功能連接增高的腦區(qū)位于社會腦環(huán)路,與既往研究結(jié)果相符。本研究發(fā)現(xiàn)動態(tài)功能連接異常腦區(qū)的時間變異值與ADOS中重復(fù)刻板行為呈正相關(guān),也就是說社會腦環(huán)路動態(tài)功能連接的不穩(wěn)定與重復(fù)刻板行為有著密切關(guān)系。Bishop[9]等及Tomaszewski[10]等的研究中指出認(rèn)知能力對社交技能和重復(fù)刻板行為發(fā)展的作用可能從幼兒后期開始加強。管理社會認(rèn)知能力的腦區(qū)主要為社會腦,因此社會腦的功能影響社交技能和重復(fù)刻板行為發(fā)展。劉靜然等[11]在研究中發(fā)現(xiàn)左梭狀回與左顳下回局部靜息態(tài)腦功能連接強度顯著升高,且與孤獨癥患者的興趣狹窄,動作行為重復(fù)刻板呈正相關(guān),用靜息態(tài)靜態(tài)分析技術(shù)解釋了社會腦功能連接異常與重復(fù)刻板行為發(fā)生的相互作用。本研究從動態(tài)的角度進(jìn)一步證實了社會腦功能的改變影響重復(fù)刻板行為發(fā)展這一觀點。我們的發(fā)現(xiàn)為理解ASD重復(fù)刻板行為的神經(jīng)病理機制提供了新的角度,基于右側(cè)梭狀回為感興趣的動態(tài)功能連接時間變異性可能成為實現(xiàn)孤獨癥精準(zhǔn)診療服務(wù)的潛在生物標(biāo)記物。本研究不足之處在于未將右側(cè)梭狀回與上述腦區(qū)的動態(tài)功能連接變異值與ASD的臨床治療效果進(jìn)行相關(guān)性分析,今后將進(jìn)一步進(jìn)行相關(guān)性研究。