慢性嗜酒者腦鏡像同倫功能連接的MRI初步研究

敖亞雯， 陳軍， 桑菲， 聶鴻雁

·中樞神經影像學·

慢性嗜酒者腦鏡像同倫功能連接的MRI初步研究

敖亞雯， 陳軍， 桑菲， 聶鴻雁

目的：運用靜息態功能磁共振(rs-fMRI)基于體素鏡像同倫功能連接(VMHC)方法分析慢性嗜酒者大腦半球間功能連接的改變情況。方法：對20例慢性嗜酒者(慢性嗜酒組)和14例健康志愿者(對照組)進行頭部常規MRI和rs-fMRI掃描。將所有數據進行預處理，采用雙樣本t檢驗對兩組的VMHC圖進行分析，并對兩組間VMHC顯著性差異腦區的相關系數值與密西根酒精依賴調查表(MAST)及飲酒問卷(ADS)評分進行相關性分析。結果：因4名受試者圖像不合格，最終納入研究的慢性嗜酒者16例，健康對照者14例。與對照組相比，慢性嗜酒組楔狀葉/楔前葉、顳中回及島蓋部VMHC值顯著減低(P均<0.05)。VMHC減低腦區相關系數值與MAST、ADS評分均無顯著相關性(P均>0.05)。結論：慢性嗜酒者在靜息態下存在大腦半球間的功能連接減低，可能為慢性酒精成癮病理生理機制及相關臨床表現的研究提供新的視角。

酒精依賴； 磁共振成像； 大腦; 基于體素鏡像同倫連接

慢性嗜酒能使飲酒者產生欣快感，從而無法控制自己的飲酒行為，可導致酒精濫用、成癮及戒斷后復飲等問題[1]。酒精成癮亦可導致嚴重的神經系統功能損傷，包括腦形態學改變[2]、認知功能損害[3]及腦代謝異常[4]。以往研究表明慢性嗜酒者存在腦區域性灰白質萎縮、白質微結構損害及腦區間功能連接的異常。

靜息態功能磁共振成像(resting-state functional magnetic resonance imaging，rs-fMRI)是在靜息狀態下，捕獲自發波動的血氧水平依賴信號[5]，可用于定量揭示大腦基線狀態下神經元之間的相互作用。功能同倫的定義為幾何對應半球間高度同步性自發活動，其被認為是大腦固有功能結構的關鍵特征[6]。基于體素鏡像同倫連接(voxel-mirrored homotopic connectivity,VMHC)可用于量化靜息狀態下一側半球與對稱鏡像之間的功能連接，測量半球間協調性[7]。不同對稱區域VMHC強度差異可代表在信息處理、感覺統合、運動協調等大腦半球特化特征的差別[8]。本研究采用VMHC定量評估慢性嗜酒者半球間功能信息交流整合改變的空間異質性。

材料與方法

1.研究對象

慢性嗜酒組：于2015年5月-2016年2月臨床招募慢性酒精依賴者20例，飲酒年限均>10年，日均飲酒量>150 g(以38°白酒為標準)。參照美國精神疾病診斷與統計手冊(DSM-IV)第4版中慢性嗜酒或濫用的診斷標準，并按照密西根酒精依賴調查表(Michigan alcoholism screening test，MAST)及飲酒問卷(alcohol drinking scale，ADS)評分標準[9]評估酒精依賴程度。排除標準(滿足以下任意一條即排除本研究)：①伴精神障礙癥狀；②除酒精以外的其他藥物成癮史；③伴大腦器質性病變或嚴重軀體疾病；④顱腦外傷史或昏迷史；⑤癲癇或癲癇家族史；⑥掃描前2周使用過苯二氮卓類藥物或接受過抗精神病藥物治療；⑦正在接受藥物治療(為排除短期飲酒對腦組織的影響，本研究所有受試者最后一次飲酒至MRI檢查的時間間隔為1周)；⑧有MRI檢查的絕對禁忌證。

表2 慢性嗜酒組與對照組VMHC比較

注：MNI為蒙特利爾神經科學研究所；VMHC值有正有負，部分數據標準差較均數大，仍符合正態分布。

健康對照組：同期從臨床中招募志愿者14例，在年齡、性別、受教育程度以及利手方面與慢性嗜酒組相匹配，無其他任何物質成癮或依賴的病史，不飲酒。排除標準同慢性嗜酒組。

本研究通過武漢大學人民醫院醫學倫理委員會的批準與監督，所有受試者或其家屬均簽署知情同意書。

2．數據采集

采用Discovery MR 750Plus 3.0T超導磁共振掃描儀(GE Healthcare，Milwaukee，Wisconsin，USA)，8通道陣列頭線圈(并使用配套的橡膠軟塞固定頭部)。掃描時受試者仰臥位、閉眼、平靜呼吸、最大限度地減少身體主動及被動運動、盡量不做任何思維活動，同時使用軟泡沫耳塞降低設備噪音。rs-fMRI采用梯度回波-回波平面成像(gradient echo-echo planar imaging，GRE-EPI)序列掃描，掃描參數：TR 2000 ms，TE 30 ms，層厚4.0 mm，層間距0.6 mm，層數32，視野22 cm×22 cm，矩陣64×64，激勵次數 l，翻轉角90°，掃描時間8 min 10 s。

3．數據處理

將原始數據傳至計算機，數據處理采用基于MATLAB 2014a操作界面、在統計參數圖SPM8及REST運行環境下的DPARSF軟件(DPARSF，http://www.restfmri.net)。數據預處理過程包括：①剔除前10個時間點，排除受試者不適應以及縱向磁化弛豫未穩定而帶來的影響；②時間層校正：使不同時間點采集的數據校正到同一時間點；③頭動校正：減少掃描過程中因為受試者頭部運動的噪音影響，排除水平頭動>1 mm與旋轉頭動>1.0°的受試者靜息態數據；④空間標準化：將所有的功能圖像配準到SPM8提供的標準模板，使功能像在空間上對齊；⑤平滑：采用8 mm×8 mm×8 mm半高全寬(full widthat half maximum，FWHM)對標準化之后的圖像進行平滑，減少標準化之后的個體差異并在一定程度上提高圖像信噪比；⑥去線性漂移：進一步去除諸多原因造成的受試者數據偏離生理基線的程度；⑦低頻濾波：對受試者數據進行頻率為0.01～0.08 Hz的帶通濾波，以盡量減少諸如心跳、呼吸節律等生理性噪音的影響；⑧去除協變量：提取頭動、全腦、白質及腦脊液的平均信號作為計算功能連接的協變量進行簡單線性回歸，以排除這些因素對結構造成的影響。

4.統計學方法

利用SPSS 22.0軟件對受試者年齡、教育年限、MAST及ADS評分資料進行獨立樣本t檢驗。使用REST軟件中的統計模塊對慢性嗜酒組和對照組的VMHC圖進行雙樣本t檢驗分析，經計算，以單個體素P<0.01，同時體素簇>20個體素的結果為達到總體顯著性水平。使用REST工具提取慢性嗜酒組和對照組VMHC顯著性差異腦區間的相關系數值，并分析其與MAST、ADS評分的相關性，P<0.05為差異有統計學意義。

結 果

慢性嗜酒組(20例)及對照組(14例)均完成MRI檢查。慢性嗜酒組中1例受試者在功能像采集時，因血壓升高未完成采集導致數據不完整；另3名受試者在預處理時，因頭動超出標準，其數據被剔除，故慢性嗜酒組中最終納入研究的受試者為16例。對照組14例志愿者均納入研究。

1.一般資料的統計結果

慢性嗜酒組(16例)及對照組(14例)受試者均為男性及右利手；慢性嗜酒組飲酒年限達(31.3±7.7)年，日均飲酒量達(246±93) g；兩組的年齡、受教育程度均無統計學差異(P均>0.05)；MAST、ADS評分均具有統計學差異(P均<0.05，表1)。

表1 慢性嗜酒組與對照組的一般資料比較

2.慢性嗜酒組與對照組VMHC分析結果

與對照組相比，慢性嗜酒組未發現雙側半球VMHC顯著增高的腦區；而慢性嗜酒組VMHC顯著下降的腦區包括雙側楔葉、顳中回及島蓋(圖1、2，表2)。VMHC減低腦區相關系數值與MAST、ADS評分均無顯著相關性(r為-0.414～-0.240，P均>0.05)。

圖1 VMHC在慢性嗜酒組與對照組間的差異軸面展示圖，顯著變化的腦區主要包括楔葉、顳中回、島蓋。

討 論

同倫靜息功能連接是大腦內在功能結構一個顯著的特征，本研究運用VMHC方式探討慢性嗜酒者半球間同倫靜息功能連接發現，靜息狀態下，慢性嗜酒者存在兩大腦半球鏡像同倫區間的功能連接減低，改變的腦區主要位于楔葉、顳中回及島蓋。

楔葉與視覺信息的加工、情景記憶的提取、視空間意象、自我意識等功能有關。楔葉為默認模式網絡(default mode networ，DMN)的組成成分之一，而DMN涉及自我反省或自我意識的處理、監測周圍環境、情景記憶等功能[10]。當個體處于靜息狀態時，其對環境監測需要視空間能力[11]。本研究中，慢性嗜酒組雙側楔葉VMHC減低，提示視覺信息處理功能損害，亦可能反映其對飲酒場景及飲酒后欣快感的記憶強化。Bagga等[12]的研究發現慢性嗜酒者的雙側前額枕束、下額枕束FA值降低，雙側前額枕束、左測下額枕束MD值顯著增高，提示視覺皮質可能存在軸突損傷及星型膠質細胞增生。額枕葉白質結構損傷，為形成的額枕環路間信息交流下降提供了結構基礎，可導致相應的視覺功能障礙[13]。白質連接同源區域左右半球，相應腦區白質損傷可能會破壞同倫連接區域的同步性。本研究發現兩半球楔葉間的功能連接強度減低，可能與腦白質完整性的廣泛破壞及功能連接異常有關，進而引起慢性嗜酒者視覺皮層功能損傷，具體認知功能域異常與不同腦區VMHC改變的對應關系還需進一步研究及探索。

顳中回的主要功能是語義詞典存儲區域，參與語言的語義信息加工，包括語義概念、詞典語義及更高級的句法加工[14]。Acheson等[15]通過對有家族酗酒史及無家族酗酒史青年的fMRI對比研究發現，家族酗酒史青年組的左頂上小葉、楔前葉、頂下小葉及顳中回腦區表現相對大的激活，其原因可能與參與認知處理及工作記憶的網絡區域損傷導致認知功能低下或溝通能力薄弱有關。既往的功能神經影像學研究報道認為，顳中回與杏仁核都參與情感反應，是情感回路的一部分。Kim等[16]對酒精依賴者的厭惡刺激fMRI研究發現，相對于酒精依賴者，健康參與者的右側杏仁核、右側顳中回、橋腦、左側額葉腦回對厭惡刺激表現為更顯著的反應。本研究中，慢性嗜酒組雙側顳中回VMHC減低，可能與其相應腦區半球間信息交流及整合功能損傷，或情感回路系統異常有關。

在傳統的大腦功能分區上，島蓋被認為主要與語言相關。文獻研究表明，與語言相關的功能主要由島蓋的左半球部執行。在大腦進化過程中，左右大腦半球的同一區域逐漸分化和專用，形成優勢半球。而本研究發現，慢性嗜酒組雙側島蓋VMHC減低，具體的角色和功能有待進一步探索。

圖2 VMHC在慢性嗜酒組與對照組間的差異腦平面展示圖，顯著變化的腦區主要包括楔葉、顳中回、島蓋。

本研究發現楔葉、顳中回及島蓋VMHC下降，但與MAST、ADS評分均無顯著相關性，筆者推測，酒精依賴時間及每日飲酒量形成的原因多樣，可能造成嗜酒者的飲酒特征與VMHC值無顯著相關。

本研究采用VMHC方法分析慢性嗜酒者大腦半球間的鏡像功能連接，研究發現慢性嗜酒者在靜息態下存在涉及視覺、語言及情緒加工等相應腦區功能連接減低，其結果可能為慢性酒精成癮的病理生理機制及相關臨床表現的研究提供新的視角。本研究尚存在一些不足之處，樣本量較少，結果的可重復性有待進一步證實。

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Alteration of the cerebral inter-hemispheric resting-state functional connectivity in chronic alcoholics:a voxel-mirrored homotopic connectivity MRI study

AO Ya-wen，CHEN Jun，SANG Fei，et al.

Department of Radiology，Renmin Hospital of Wuhan University，Wuhan 430060，China

Objective:To investigate the difference of the inter-hemispheric functional connectivity between chronic alcoholics and normal controls using the voxel-mirrored homotopic connetivity (VMHC) method based on resting-state functional magnetic resonance imaging (rs-fMRI).Methods:Conventional and rs-fMRI sequences were conducted in 20 chronic alcoholics and 14 normal controls.Pre-processed of all the raw data were performed.VMHC image were analyzed by two samplettest;we performed VMHC analyses on rs-fMRI data of these participants.Results:Images of 4 cases in chronic alcoholics group were not qualified,16 chronic alcoholics and 14 healthy controls were finally included in the study.Compared with healthy controls,alcoholics showed significant VMHC decreases in the middle temporal gyrus,cuneus and operculum (P<0.05).Parameter values in brain regions with significant VMHC changes had no correlation with the MAST and ADS score (P>0.05).Conclusion:The functional connectivity between homotopic brain regions decreased in alcoholics,it may provide a new perspective on the pathophysiology and clinical manifestations of chronic alcohol addiction.

Alcohol dependence; Magnetic resonance imaging; Cerebrum; Voxel-mirrored homotopic connectivity

430060 武漢，武漢大學人民醫院放射科

敖亞雯(1990-)，女，湖北武漢人，碩士研究生，主要從事中樞神經系統影像學診斷工作。

陳軍，E-mail:whuchenjun@163.com

R445.2; R749.4

A

1000-0313(2017)02-0126-05

10.13609/j.cnki.1000-0313.2017.02.006

2016-06-07

2016-11-25)