靜息態(tài)腦否認(rèn)模式改變的功能磁共振研究

靜息態(tài)腦否認(rèn)模式改變的功能磁共振研究

癲癇是一種常見的神經(jīng)疾病，其病因尚不清楚。它的主要特點(diǎn)是大腦局部或根本腦的異常放電，這會(huì)導(dǎo)致大腦功能的損害。我國(guó)癲癇的患病率約為0.7%;而目前研究對(duì)癲癇患者的腦功能改變尚有許多不明之處。靜息狀態(tài)的腦功能活動(dòng)是目前腦功能研究的熱點(diǎn)之一,多項(xiàng)研究表明人腦的某些區(qū)域在靜息狀態(tài)下處于激活狀態(tài),而當(dāng)其執(zhí)行任務(wù)時(shí)處于負(fù)激活狀態(tài)(Deactivation)。這些區(qū)域主要包括扣帶回后分及臨近的楔前葉(PCC),前扣帶回腹側(cè)(vACC)及前額葉中分。靜態(tài)功能磁共振(restfunctionalMRI,rfMRI)通過采集靜息狀態(tài)下血氧依賴的磁共振信號(hào)(BOLD)的變化發(fā)現(xiàn)這些區(qū)域有同步低頻震蕩(Lowfrequencyfluctuation),波動(dòng)范圍在0.01～0.08Hz,因此,有學(xué)者將這些區(qū)域看成一個(gè)功能網(wǎng)絡(luò),稱為“默認(rèn)模式”(defaultmode)。已有研究發(fā)現(xiàn)“默認(rèn)模式”在某些慢性神經(jīng)精神疾病如阿爾采莫氏病(AD)等受到破壞,且與其臨床癥狀存在一定的聯(lián)系。本研究運(yùn)用rfMRI觀察癲癇患者的“默認(rèn)模式”情況。1材料和方法1.1兩組患者年齡分布本研究納入28例原發(fā)性癲癇患者,其診斷根據(jù)臨床表現(xiàn)及頭皮腦電圖情況確定,部分患者進(jìn)行視頻腦電圖檢查。根據(jù)其臨床發(fā)作癥狀分為3組:部分發(fā)作組(PS),共9例,女性6例,男性3例,年齡范圍16～48歲,平均年齡27.2±13歲,其中單純部分發(fā)作2例,復(fù)雜部分發(fā)作7例;強(qiáng)直陣攣發(fā)作組(GTCS),共7例,女性4例,男性3例,年齡范圍16～43歲,平均年齡25.6±11.1歲;復(fù)雜部分發(fā)作繼發(fā)強(qiáng)直陣攣發(fā)作組(SGTCS)12例,女性7例,男性5例,年齡范圍16～51歲,平均年齡25.7±9.7歲。同時(shí),本研究共納入34名正常對(duì)照,其中女性22名,男性12名,年齡范圍16～48歲,平均年齡29.5±10.5歲。1.2核磁共振掃描參數(shù)所有受試者均采用科研用GE3T(EXCITE,GeneralElectric,Milwaukee,USA)掃描儀,并運(yùn)用8通道頭線圈以提高信噪比。所有受試者均被要求閉眼靜躺于磁共振中,盡量不進(jìn)行特定的思維活動(dòng),同時(shí)調(diào)暗磁共振室內(nèi)的燈光。掃描時(shí),首先采集3DT1加權(quán)圖像,掃描參數(shù)如下:擾相梯度回波序列(SPGR),TR/TE=8.5/3.4ms;翻轉(zhuǎn)角=12°,層厚1mm,單個(gè)體素大小為0.96mm×0.96mm×1mm。接著進(jìn)行靜態(tài)功能掃描,采用平面梯度回波(EPI)序列,掃描參數(shù)如下:TR/TE=2,000/30ms;翻轉(zhuǎn)角=90°,層厚=5mm,矩陣64×64,FOV=240mm×240mm,單個(gè)體素大小為3mm×3mm×5mm。每個(gè)時(shí)間點(diǎn)采集30幅軸位圖像,共采集200個(gè)時(shí)間點(diǎn)。1.3靜態(tài)分析的方法數(shù)據(jù)處理采用統(tǒng)計(jì)參數(shù)圖軟件(SPM2)進(jìn)行。對(duì)每個(gè)納入對(duì)象的EPI圖像首先進(jìn)行頭動(dòng)校正(realign),排除頭動(dòng)大于0.5mm的EPI圖像;而后將校正后的圖像進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化(normalization),采用SPM自帶EPI模板,將每個(gè)體素重采樣至3mm×3mm×3mm;最后對(duì)標(biāo)準(zhǔn)化后的圖像進(jìn)行平滑(smooth),采用全寬半高值(FWHM)8mm。而后采用Fransson(2005)的方法進(jìn)行靜態(tài)分析,首先建立10個(gè)余弦波動(dòng)模型,覆蓋從0.01～0.1Hz(如圖1),然后將平滑后的EPI圖像與這些余弦模型進(jìn)行擬和,采用F檢驗(yàn)(P<0.05,多重比較校正后)取0.01～0.08Hz范圍,從而得到單個(gè)受試者的靜態(tài)激活圖。隨后,我們對(duì)納入對(duì)象的激活圖進(jìn)行組分析,首先將每個(gè)受試得到的F檢驗(yàn)激活圖進(jìn)行變換,取F值>6.3(即P<0.05,多重比較校正后)得到一個(gè)二值圖,隨后將這些二值圖帶入SPM2進(jìn)行組分析。對(duì)正常對(duì)照組,PS組,GTCS組,SGTCS組分別進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn),得到各個(gè)組的靜態(tài)圖,而后分別將各組進(jìn)行兩樣本t檢驗(yàn),當(dāng)P<0.05(多重比較校正后)時(shí)認(rèn)為有意義。最后將上述結(jié)果重疊到3D圖像上進(jìn)行分析和觀察。2結(jié)果2.1激活狀態(tài)組vacc和前葉激活區(qū)34名正常對(duì)照的靜息態(tài)結(jié)果如圖所示,可見正常人靜息狀態(tài)時(shí)扣帶回后分(PCC)及臨近的楔前葉,枕葉,前扣帶回腹側(cè)(vACC)及前額葉中分處于激活狀態(tài),其頻率波動(dòng)范圍在0.01～0.08Hz,同時(shí)顳葉的某些區(qū)域葉處于激活狀態(tài)。同樣,PS組患者具有類似的激活模式,主要區(qū)域位于PCC和vACC區(qū)域。相反,GTCS和SGTCS組患者PCC及臨近的楔前葉,枕葉激活區(qū)消失,SGTCS組前額葉中分尚有激活而GTCS組在靜息狀態(tài)下無一致顯著的活躍區(qū)域。具體(表1～3),圖2所示。2.2兩組靜息狀態(tài)的激活模式本研究比較了正常對(duì)照組和PS組的“默認(rèn)模式”,發(fā)現(xiàn)二者之間并不存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。對(duì)照組扣帶回后分(PCC)及臨近的楔前葉,枕葉的激活區(qū)域明顯多于全面發(fā)作組(包括GTCS和SGTCS組),同樣PS組的扣帶回后分(PCC)及臨近的楔前葉也明顯多于全面發(fā)作組(包括GTCS和SGTCS組),GTCS組靜息狀態(tài)的激活模式與SGTCS組之間不存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。具體如圖3所示。3號(hào)低頻振蕩活躍區(qū)域本研究分別分析了正常對(duì)照組,PS組,GTCS及SGTCS組靜息狀態(tài)下Bold信號(hào)低頻震蕩活躍的區(qū)域,發(fā)現(xiàn)正常組及PS組均有相似的激活模式,主要包括扣帶回后分(PCC)及臨近的楔前葉和枕葉,以及前額葉中分及臨近的前扣帶回腹側(cè)(vACC),而這些區(qū)域在GTCS和SGTCS組均未出現(xiàn),現(xiàn)分別分析如下:3.1數(shù)據(jù)處理及結(jié)果本組34名正常對(duì)照在PCC及臨近楔前葉,vACC及臨近前額葉中分均出現(xiàn)明顯的低頻震蕩,這一結(jié)果與Fransson的研究結(jié)果一致。雖然本研究在進(jìn)行信號(hào)擬合時(shí)只用了10個(gè)余弦函數(shù),但無論是個(gè)體還是組分析的研究結(jié)果都與以往使用120個(gè)余弦函數(shù)的研究結(jié)果一致;同時(shí),本研究的結(jié)果與使用相關(guān)(correlation)等方法所得的結(jié)果也是一致的。這充分說明本研究使用10個(gè)余弦曲線是有效可行的,而使用10個(gè)余弦函數(shù)使得數(shù)據(jù)處理的過程大大簡(jiǎn)化。本研究的結(jié)果再次證實(shí)正常人的某些腦結(jié)構(gòu)在靜息狀態(tài)下處于活躍狀態(tài),而這些區(qū)域是恒定的即腦的“默認(rèn)模式”。以往研究運(yùn)用PET和功能磁共振(fMRI)的研究發(fā)現(xiàn)大腦在執(zhí)行各種認(rèn)知功能時(shí),PCC和vACC區(qū)域均處于負(fù)激活狀態(tài),這一結(jié)果提示“默認(rèn)模式”的這種轉(zhuǎn)換使得被試的注意力從內(nèi)部思維活動(dòng)轉(zhuǎn)向外界發(fā)生的事情,而這些區(qū)域的負(fù)激活代表著內(nèi)源性(internallydirected)思維活動(dòng)的終止。另一方面,有研究發(fā)現(xiàn)“默認(rèn)模式”所包含的腦區(qū)負(fù)責(zé)處理諸如自身清醒狀態(tài)(self-awareness)及自我判斷情緒負(fù)載圖片(self-referentialjudgmentsofemotionallyladenpictures)等內(nèi)源性思維過程。3.2未發(fā)現(xiàn)案件中的主要犯罪表現(xiàn)形式與正常對(duì)照及PS組不同,首發(fā)及繼發(fā)全面發(fā)作的癲癇患者(GTCS及SGTCS組)的PCC和vACC區(qū)域活動(dòng)在靜息狀態(tài)下均受到了抑制(如圖2)。組分析結(jié)果也顯示GTCS和SGTCS組PCC及臨近楔前葉激活的體素比正常組和PS組明顯減少(如圖3)。而Gotman等運(yùn)用fMRI和同步腦電圖(simultaneousEEG-fMRItechnique)研究特發(fā)性全面發(fā)作癲癇的“默認(rèn)模式”所得的結(jié)果與本研究一致。他們發(fā)現(xiàn)特發(fā)性癲癇患者靜息狀態(tài)下的PCC和vACC區(qū)域處于負(fù)激活狀態(tài),而這種負(fù)激活是全腦放電如棘尖波的結(jié)果。然而,本組研究中有五例GTCS患者其頭皮腦電圖并無異常,而其“默認(rèn)模式”依然受到抑制。我們認(rèn)為可能有兩種因素導(dǎo)致這一結(jié)果,首先,頭皮腦電圖的假陰性率較高,不易發(fā)現(xiàn)發(fā)作間期腦部較弱的放電。其次,癲癇患者長(zhǎng)期反復(fù)的全腦放電可能導(dǎo)致“默認(rèn)模式”的永久性損害,從而使得“默認(rèn)模式”在沒有全腦放電時(shí)仍處于抑制狀態(tài)。以往研究已發(fā)現(xiàn)在多種涉及嚴(yán)重意識(shí)障礙的情況下,腦的“默認(rèn)模式”都受到了嚴(yán)重的影響。在對(duì)植物人的研究中,人們發(fā)現(xiàn)患者額頂葉區(qū)域(主要包括前額葉和PCC區(qū)域)的糖耗量明顯下降,這說明這些腦區(qū)的功能降低。研究人員認(rèn)為這些腦區(qū)功能的降低以及由此導(dǎo)致的額葉與PCC區(qū)域聯(lián)系的下降是引起植物狀態(tài)意識(shí)障礙的重要原因。另一些研究則發(fā)現(xiàn)癲癇強(qiáng)直陣攣發(fā)作時(shí)的嚴(yán)重意識(shí)障礙主要與額、頂葉區(qū)腦血流的降低相關(guān),而額、頂葉區(qū)(主要包括“默認(rèn)模式”區(qū)域)在人腦清醒,靜息的狀態(tài)下處于高代謝狀態(tài)。這些結(jié)果使我們從“默認(rèn)模式”的角度進(jìn)一步理解全面發(fā)作患者為何存在較長(zhǎng)時(shí)間的意識(shí)障礙。多項(xiàng)心理學(xué)研究已發(fā)現(xiàn)全面發(fā)作患者的一些腦功能較部分發(fā)作患者明顯下降,而這些腦功能中,注意力的下降最為明顯。研究者認(rèn)為無論是原發(fā)還是繼發(fā)的全面發(fā)作對(duì)注意力產(chǎn)生不良的影響都高于部分發(fā)作患者。近期的fMRI研究已發(fā)現(xiàn),扣帶回的主要功能與注意力有關(guān)。本研究發(fā)現(xiàn)在靜息狀態(tài)下,GTCS和SGTCS組的PCC區(qū)域都受到了抑制,而PS組患者PCC區(qū)域的影響不大。這一結(jié)果反映出PCC區(qū)域的功能在GTCS和SGTCS組患者中受到了嚴(yán)重的影響,這也許可以解釋為什么其注意力功能較部分發(fā)作患者顯著降低。3.3部分復(fù)雜部分發(fā)作患者的“認(rèn)同模式”三部分發(fā)作患者靜息狀態(tài)下PCC和vACC區(qū)域仍處于活躍狀態(tài),分析結(jié)果顯示正常對(duì)照與PS組之間部存在顯著差異。這一結(jié)果提示癲癇的局灶放電并不會(huì)導(dǎo)致“默認(rèn)模式”系統(tǒng)的消失,這可能與局灶放電通常在局部循環(huán)而很少影響遠(yuǎn)處腦結(jié)構(gòu)有關(guān)?！澳J(rèn)模式”的存在使得其“自身清醒”的功能得以保留,這也許可以解釋部分發(fā)作不會(huì)導(dǎo)致意識(shí)完全喪失。當(dāng)然,復(fù)雜部分發(fā)作的患者也會(huì)出現(xiàn)一定的意識(shí)障礙,但不會(huì)出現(xiàn)意識(shí)的喪失,而且已有研究發(fā)現(xiàn),在復(fù)雜部分發(fā)作患者出現(xiàn)意識(shí)障礙時(shí)其額、頂葉聯(lián)系區(qū)(即“默認(rèn)模式”)區(qū)域也會(huì)出現(xiàn)血流降低。本研究認(rèn)為這種對(duì)“默認(rèn)模式”的