靜息態(tài)腦否認模式改變的功能磁共振研究

靜息態(tài)腦否認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。它的主要特點是大腦局部或根本腦的異常放電，這會導致大腦功能的損害。我國癲癇的患病率約為0.7%;而目前研究對癲癇患者的腦功能改變尚有許多不明之處。靜息狀態(tài)的腦功能活動是目前腦功能研究的熱點之一,多項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),而當其執(zhí)行任務時處于負激活狀態(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(BOLD)的變化發(fā)現(xiàn)這些區(qū)域有同步低頻震蕩(Lowfrequencyfluctuation),波動范圍在0.01～0.08Hz,因此,有學者將這些區(qū)域看成一個功能網(wǎng)絡,稱為“默認模式”(defaultmode)。已有研究發(fā)現(xiàn)“默認模式”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。本研究運用rfMRI觀察癲癇患者的“默認模式”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,復雜部分發(fā)作7例;強直陣攣發(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;復雜部分發(fā)作繼發(fā)強直陣攣發(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,本研究共納入34名正常對照,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,盡量不進行特定的思維活動,同時調(diào)暗磁共振室內(nèi)的燈光。掃描時,首先采集3DT1加權圖像,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,單個體素大小為0.96mm×0.96mm×1mm。接著進行靜態(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,單個體素大小為3mm×3mm×5mm。每個時間點采集30幅軸位圖像,共采集200個時間點。1.3靜態(tài)分析的方法數(shù)據(jù)處理采用統(tǒng)計參數(shù)圖軟件(SPM2)進行。對每個納入對象的EPI圖像首先進行頭動校正(realign),排除頭動大于0.5mm的EPI圖像;而后將校正后的圖像進行標準化(normalization),采用SPM自帶EPI模板,將每個體素重采樣至3mm×3mm×3mm;最后對標準化后的圖像進行平滑(smooth),采用全寬半高值(FWHM)8mm。而后采用Fransson(2005)的方法進行靜態(tài)分析,首先建立10個余弦波動模型,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行擬和,采用F檢驗(P<0.05,多重比較校正后)取0.01～0.08Hz范圍,從而得到單個受試者的靜態(tài)激活圖。隨后,我們對納入對象的激活圖進行組分析,首先將每個受試得到的F檢驗激活圖進行變換,取F值>6.3(即P<0.05,多重比較校正后)得到一個二值圖,隨后將這些二值圖帶入SPM2進行組分析。對正常對照組,PS組,GTCS組,SGTCS組分別進行獨立樣本t檢驗,得到各個組的靜態(tài)圖,而后分別將各組進行兩樣本t檢驗,當P<0.05(多重比較校正后)時認為有意義。最后將上述結果重疊到3D圖像上進行分析和觀察。2結果2.1激活狀態(tài)組vacc和前葉激活區(qū)34名正常對照的靜息態(tài)結果如圖所示,可見正常人靜息狀態(tài)時扣帶回后分(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),其頻率波動范圍在0.01～0.08Hz,同時顳葉的某些區(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照組和PS組的“默認模式”,發(fā)現(xiàn)二者之間并不存在統(tǒng)計學差異。對照組扣帶回后分(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)計學差異。具體如圖3所示。3號低頻振蕩活躍區(qū)域本研究分別分析了正常對照組,PS組,GTCS及SGTCS組靜息狀態(tài)下Bold信號低頻震蕩活躍的區(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)處理及結果本組34名正常對照在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,這一結果與Fransson的研究結果一致。雖然本研究在進行信號擬合時只用了10個余弦函數(shù),但無論是個體還是組分析的研究結果都與以往使用120個余弦函數(shù)的研究結果一致;同時,本研究的結果與使用相關(correlation)等方法所得的結果也是一致的。這充分說明本研究使用10個余弦曲線是有效可行的,而使用10個余弦函數(shù)使得數(shù)據(jù)處理的過程大大簡化。本研究的結果再次證實正常人的某些腦結構在靜息狀態(tài)下處于活躍狀態(tài),而這些區(qū)域是恒定的即腦的“默認模式”。以往研究運用PET和功能磁共振(fMRI)的研究發(fā)現(xiàn)大腦在執(zhí)行各種認知功能時,PCC和vACC區(qū)域均處于負激活狀態(tài),這一結果提示“默認模式”的這種轉(zhuǎn)換使得被試的注意力從內(nèi)部思維活動轉(zhuǎn)向外界發(fā)生的事情,而這些區(qū)域的負激活代表著內(nèi)源性(internallydirected)思維活動的終止。另一方面,有研究發(fā)現(xiàn)“默認模式”所包含的腦區(qū)負責處理諸如自身清醒狀態(tài)(self-awareness)及自我判斷情緒負載圖片(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)域活動在靜息狀態(tài)下均受到了抑制(如圖2)。組分析結果也顯示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“默認模式”所得的結果與本研究一致。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)域處于負激活狀態(tài),而這種負激活是全腦放電如棘尖波的結果。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“默認模式”依然受到抑制。我們認為可能有兩種因素導致這一結果,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,癲癇患者長期反復的全腦放電可能導致“默認模式”的永久性損害,從而使得“默認模式”在沒有全腦放電時仍處于抑制狀態(tài)。以往研究已發(fā)現(xiàn)在多種涉及嚴重意識障礙的情況下,腦的“默認模式”都受到了嚴重的影響。在對植物人的研究中,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。研究人員認為這些腦區(qū)功能的降低以及由此導致的額葉與PCC區(qū)域聯(lián)系的下降是引起植物狀態(tài)意識障礙的重要原因。另一些研究則發(fā)現(xiàn)癲癇強直陣攣發(fā)作時的嚴重意識障礙主要與額、頂葉區(qū)腦血流的降低相關,而額、頂葉區(qū)(主要包括“默認模式”區(qū)域)在人腦清醒,靜息的狀態(tài)下處于高代謝狀態(tài)。這些結果使我們從“默認模式”的角度進一步理解全面發(fā)作患者為何存在較長時間的意識障礙。多項心理學研究已發(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。研究者認為無論是原發(fā)還是繼發(fā)的全面發(fā)作對注意力產(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。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。這一結果反映出PCC區(qū)域的功能在GTCS和SGTCS組患者中受到了嚴重的影響,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部分復雜部分發(fā)作患者的“認同模式”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),分析結果顯示正常對照與PS組之間部存在顯著差異。這一結果提示癲癇的局灶放電并不會導致“默認模式”系統(tǒng)的消失,這可能與局灶放電通常在局部循環(huán)而很少影響遠處腦結構有關?！澳J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)作不會導致意識完全喪失。當然,復雜部分發(fā)作的患者也會出現(xiàn)一定的意識障礙,但不會出現(xiàn)意識的喪失,而且已有研究發(fā)現(xiàn),在復雜部分發(fā)作患者出現(xiàn)意識障礙時其額、頂葉聯(lián)系區(qū)(即“默認模式”)區(qū)域也會出現(xiàn)血流降低。本研究認為這種對“默認模式”的