卒中后失語非損傷側腦電功率譜網絡特征研究

樊瑞文，黃幸，李曉琳，鄢鶴銘，舒鑫，孔喬，李昌明，常靜玲

北京中醫藥大學東直門醫院神經內科，北京市100700

腦卒中是導致失語癥的常見病因，約30%腦卒中患者伴有不同程度語言障礙[1-2]。傳統對卒中后失語(post-stroke aphasia,PSA)的研究多集中于對語言發生過程進行解構，尋找導致語言功能損傷關鍵腦區，例如構建Wernicke-Lichtheim 等經典語言區模型[3-4]。然而語言相關腦區在經典語言區外存在更為廣泛的分布[5]。隨著腦成像技術不斷發展，對PSA 神經損傷與恢復機制探索不斷深入，人類語言功能被認為是不同腦區功能網絡的整合，關鍵腦區受損導致語言網絡連接異常是導致PSA的關鍵因素[6-7]。

當前針對PSA 語言功能恢復主要有以下假說。①損傷殘存語言網絡或通道替代參與[8]。該假說認為PSA 患者可調用不同的語言處理通道來完成相同的任務，而語言恢復機制可能是損傷后殘存通道的重復使用，在損傷后進行康復調整，可發生替代路徑的接合。②非語言區皮質輔助語言功能[9-10]，即視覺、聽覺及語言區皮層功能可隨腦部異常刺激發生轉移。③右側鏡像網絡重組[11]。在語言網絡受損后，右腦鏡像語言網絡靜默區域可能會激活重組，參與PSA 語言功能恢復。

在前期研究中，我們通過功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging,fMRI)發現PSA 患者左側額-頂網絡與右側額中回、額下回皮層的功能連接增強，該現象與語言理解能力顯著相關，PSA 患者語言恢復過程中發生代償性重組[12]。但fMRI主要血氧水平依賴(blood oxygenation level dependent,BOLD)信號來探究腦功能信號，并不能直接反映神經電活動特點[13]。而腦電圖(electroencephalogram,EEG)可以直接探測大腦皮層電活動，具有高時間分辨率特征，可對腦網絡特征進行精準評價[14]。

本研究基于前期研究提出假說：PSA 患者右腦功率譜網絡可發生重組進而代償左側語言功能。嘗試應用EEG探查卒中后左側損傷PSA患者恢復期右腦語言網絡功率譜功能連接特征，選取與語言功能相關的Alpha(8～12 Hz)[15]和Theta(4～8 Hz)頻段功率譜[16]，探討PSA右側電生理網絡重構機制，為PSA的臨床康復提供評價指標以及診療新思路。

1 資料與方法

1.1 一般資料

2018 年12 月至2019 年6 月在東直門醫院招募腦卒中發病1～6 個月左腦半球損傷PSA 患者12 例(PSA組)，其中男性8 例，女性4 例；年齡39～62 歲，平均51歲。所有被試母語為漢語，右利手，波士頓診斷性失語癥檢查(Boston Diagnostic Aphasia Examination,BDAE)分級2～4 級；小學及以上學歷；無癡呆、精神障礙史，無言語或語言發展障礙。

同時招募年齡、性別、受教育程度相匹配的健康者12 例(健康對照組)有償參加實驗，其中男性10 例，女性2 例；年齡48～66 歲，平均57 歲。所有被試自我報告無情感障礙歷史和使用精神藥物的情況。

兩組性別、年齡、教育程度比較無顯著性差異(P＞0.05)。見表1。

表1 兩組一般資料比較

本研究經北京中醫藥大學東直門醫院倫理審查委員會批準，所有被試在實驗前簽署知情同意書。

1.2 語言學量表采集

語言功能采用中國康復研究中心失語癥檢查(China Rehabilitation Research Center aphasia examination,CRRCAE)[17]進行評價。CRRCAE 是借鑒日本標準失語癥檢查量表(Standard Language Test of Aphasia,SLTA)的設計理論和框架，按照漢語詞句用語的習慣和規則編制而成，適用于漢語語言環境，具有良好的信度和敏感度，并能用于失語癥的診斷和治療評估。CRRCAE 共有30 個分測驗，由聽、復述、說、出聲讀、閱讀理解、抄寫、描寫、聽寫和計算9 大項目組成，大多數項目采用6 級評分法。按照失語癥癥狀特點把量表分為理解能力、表達能力和其他與言語相關能力3大分項。

1.3 腦電數據采集

采用64導腦電系統(美國NEUROSCAN公司)進行腦電采集。測試室內保持安靜，保證手機及空調等可能影響腦電信號的電器關機，被試舒適地坐在椅子上。腦電數據采集前，囑受試者清洗頭發，禁用護發素等護發用品。所有實驗在被試進餐后3 h 內進行。保證被試的精神狀態良好，囑其保持閉目放松清醒狀態。在記錄EEG 過程中以頭頂中央的Cz 電極為參考電極，采樣頻率1000 Hz，各通道阻抗低于5 kΩ，并對50 Hz工頻干擾進行濾波處理，采集時長10 min。

1.4 腦電數據處理

采用Matlab2018a 數據處理分析軟件(美國THE MATH WORKS 公司)及其腦電分析子軟件EEGLAB工具包(https：//sccn.ucsd.edu/eeglab/index.php)進行腦電數據的離線分析。去除無關電極以及左腦電極，保留右側34個電極，將參考電極由記錄時的雙側乳突轉為所有電極平均，帶通濾波0.5～30 Hz；以2 s 為單位進行分段，利用獨立成分分析(Independent Component Analysis,ICA)算法校正眼電、肌電等偽跡；對預處理后的數據進行帶通濾波以及希爾伯特變換，得到各個電極的相位和相位差，求每個分段的相位鎖值(phase locking value,PLV)，得到分段間PLV的平均值。最后對兩組被試右腦34 個電極之間功能連接做獨立樣本t檢驗，構建差異顯著腦功率譜功能網絡。本研究重點關注Theta(4～8 Hz)、Alpha(8～13 Hz)兩個頻段。

1.5 統計學分析

采用SPSS 20.0 軟件進行統計學分析。計量資料以(±s)表示，組間比較采用t檢驗；計數資料以頻數表示，組間比較采用χ2檢驗。采用Person 相關系數對各腦功能網絡特性與量表得分進行相關分析。顯著性水平α=0.05。

2 結果

12 例PSA 患者僅有左腦半球梗死病灶(圖1)，患者平均病程為52.75 d，平均病灶體積15.54 ml。

2.1 PSA患者EEG功率譜網絡特點

PSA患者右側腦功能網絡在Alpha頻段與Theta頻段呈功能連接增強狀態，主要增強腦區為中央區(C4、C6)與額、頂及額頂聯合區(F6、F8、FP2)，顳頂聯合區(T8、TP8)與額、頂、中央區(F6、FP2、C4)，此外還有中央頂區(CP4、CP6)與額、額頂聯合區、額顳區(F6、F8、FC4、FC6、FT8)(圖2、圖3右)。

除外功能連接增強腦區，在Theta 頻段也存在功能連接減弱區域，主要集中在顳頂、頂枕區(TP8、P2、P4、P8、PO4、PO6、PO8)與額、額頂、額中央區(F2、FZ、FP2、FPZ)之間(圖3左)。

圖1 病灶疊加圖

圖2 PSA患者右腦Alpha頻段功能連接

2.2 功能連接與語言成績相關

右側頂枕區(PO4)至中央區(C6)Alpha 頻段功能連接增強與患者語言表達能力降低相關(P＜0.05)。見表2。而頂、頂枕(P2、P8、PO4、PO6、PO8)與前額、額中央(F2、F4、FZ、FC2)Theta 頻段功能連接減弱與患者語言的說、讀、抄寫、聽寫和計算等能力相關(P＜0.05)。見表3。

表2 功率譜連接增強與語言成績顯著相關區域

圖3 PSA患者右腦Theta頻段功能連接

表3 功率譜連接減弱與語言成績顯著相關區域

3 討論

功率譜網絡是研究人腦功能重要手段，其中Alpha與Theta頻段與語言認知的關系密切[18-19]。Alpha頻段在語言表達障礙人群存在抑制趨勢[20]，右腦額、頂葉Alpha 頻段功能連接隨著年齡增長顯著增強[21]，提示Alpha頻段與語言表達功能密切相關。本研究提示，繼左半球病損后，右側額、頂、顳、皮層下等語言網絡關鍵腦區Alpha 頻段功率譜功能連接增強。人腦和語言相關功能節點主要分布在額葉(55%)、顳葉(29%)和頂葉(16%)[22]。右側額-頂葉功能連接強度與高級語言認知功能密切相關[23]，且顳葉是語言-記憶功能網絡的重要組成部分[24]。人腦語言-計算網絡由左側額下回、頂上小葉、角回以及雙側頂葉內溝共同組成[25]。本研究顯示，與語言功能密切相關的額、頂、顳腦區功率譜功能連接相比健康人顯著增強，這與PSA 恢復假說中的右腦語言鏡像區代償左側語言功能理論一致。

在既往語言詞匯匹配實驗中，Alpha 功率譜對于非常規詞匯的腦機制表達，呈現抑制特點，而在處理詞匯輸入的過程中表現為網絡連接功能的減弱。而Theta 功率只對模糊的非詞選擇性表達為雙側額-顳網絡連接增強[26]。因此，增強的Alpha 功率可以表征腦的詞匯整合能力，而增強的Theta 功率可以索引詞匯的歧義消解過程。在兩個頻段交互方面，語言詞匯表現差的兒童在較弱Alpha 頻段功能連接的同時具有更強的Theta 頻段功能連接[27]，提示Theta 頻段與語言表達，特別是詞匯量呈現負相關。Theta 頻段與句子理解關系密切，句子理解能力障礙患者往往伴隨有Theta 頻段振幅的變化，前額背側語言網絡Theta 頻段可有效表征患者句子理解水平[28]。PSA 患者右腦頂、頂枕與前額、額中央Theta 頻段功能連接減弱，進一步驗證了右腦鏡像語言相關網絡與PSA 語言功能改變密切相關。

將右腦功率譜網絡連接值與語言功能進行相關分析，結果提示Alpha 頻段功率譜連接的增強與PSA 患者大聲讀與復述顯著相關，Theta 頻段功率譜連接降低與說、讀能力顯著相關，提示右側額-頂-中央腦區可能出現腦功能網絡重組來代償患者語言表達能力。在PSA 臨床康復中，缺乏反映特定語言功能的敏感評價指標。本研究提示，EEG 在額-頂-中央的Alpha 和Theta 功率譜網絡可能作為臨床考察PSA 語言康復療效的客觀證據。

本研究存在以下幾點不足。①本研究為觀察性試驗，樣本量較小，僅用于探索驗證網絡變化規律。在此基礎上未來將開展大樣本隨機臨床試驗研究，進一步對研究結果進行驗證。②本研究僅對發病后單個時點靜息腦電信息進行挖掘，無多時點對照驗證PSA 恢復過程右腦功率譜網絡動態變化。未來可補充任務態及多時點比較信息，對右腦網絡重組情況進行探索，為PSA的防治提供更多預防與治療思路。