功能磁共振成像在顳葉癲癇患者語言功能研究中的運用

耿俊紅 侯群 蔣艷

自1990 年以來，功能磁共振成像（functional magnetic resonance imaging，fMRI）作為一種具有良好空間分辨率的非侵入性工具，被廣泛應用于認知神經科學、臨床精神病學、心理學和手術前規劃等領域。顳葉癲癇（temporal lobe epilepsy，TLE）是最常見的癲癇類型。TLE 患者常具有多方面的認知功能損害，其中語言功能相對于視覺、聽覺等基本認知過程顯得更為復雜，是人類特有的一種較高級的認知過程。近年來，fMRI 已應用于顳葉癲癇患者語言功能的研究。本文就fMRI 在顳葉癲癇患者語言功能中的研究進展綜述如下。

1 fMRI的工作原理

fMRI 利用施加的磁場來測量與神經活動相關的血液動力學響應［1］。神經元的激活增加了大腦血液流向局部大腦區域的程度，并且向活動區域供應了富氧的血液，從而導致氧合血紅蛋白與脫氧血紅蛋白的比例增加。氧化和脫氧的血紅蛋白的磁性不同，導致激活區域的磁共振信號發生變化。這種血氧水平依賴性（BOLD）用作MR 成像的內源性造影劑。

2 TLE患者的語言障礙及語言功能評估的重要性

TLE 是指發作起源于顳葉，或放電經直接通路或者間接通路首先傳播至顳葉結構的癲癇，是最常見及研究最多的癲癇類型之一。由于顳葉參與語言和語義處理［2-3］，TIE 的患者經常會出現語言障礙，包括聽覺命名、視覺命名和語言流利度［4-7］等方面均受到影響。此外，在某些語言任務方面（如拼字決策、押韻決策、類別決策等），TLE 患者的反應時間較長［8］。語言功能在認知領域中具有重要地位。因此，對TLE 患者語言功能的研究受到人們的廣泛關注。

3 fMRI對TLE患者語言功能的研究

3.1 fMRI 對TLE 不同語言表達模式的研究 早期的fMRI研究發現顳葉致癇區可能存在三種非經典的語言表達模式：（1）優勢半球從左向右遷移［9-10］；（2）雙側語言區或左右半球語言功能互相交叉，如某些語言區域轉移至右半球，而其他語言區域則保留在左半球［9，11］；（3）同一半球內語言區重組，即受影響的語言區轉移至相鄰的健康組織［12］。近年來，Berl 等［13］又進一步拓展了對TLE 患者語言區的重組方式的認識，選取額下回（inferior frontal gyrus，IFG；Broca 區）和右Wernicke 區（WA）作為感興趣區域，最終確定了9 種獨特的fMRI 語言模式。其中特別提到兩種交叉優勢模式：左側額下回（IFG）和右Wernicke 區（WA）激活模式，右側額下回（IFG）和左WA 激活模式。發現這兩種激活模式在癲癇發作年齡較早的患者中較常出現。這項研究顯示在癲癇發作年齡較早、左利手或雙利手、放電來源于左側顳葉的癲癇患者中，非典型語言區優勢、尤其是大腦半球間優勢側移位的比例更高［10，14-15］。Berl 等［16］的研究推翻了既往fMRI和癲癇領域將語言視為整體存在于右半球或保持偏側的觀點，認為語言區是一個由不同組件和離散功能區組成的多元結構，這些組件和功能區可以一起或單獨重組。這些不同的語言區優勢模式，對理解語言網絡重組和癲癇手術具有重要意義。

3.2 fMRI 對預測前顳葉切除術（anterior temporal lobectomy，ATL）后語言功能下降的研究 ATL 已被用于藥物難治性TLE患者的治療，可控制多達70%的頑固性TLE 患者的癲癇發作［17］。該手術通常切除海馬體前部、海馬旁回和杏仁核前部，以及鄰近顳葉白質和側皮質［18］。由于所切除的多個顳葉結構在語言中起著重要作用，因此，在接受ATL 的成人癲癇患者中有25%～60%會發展為嚴重的語言功能障礙，并有證據表明術前功能磁共振成像可預測ATL 術后患者的命名功能下降［19］。最近一項研究表明，在TLE 患者中，命名功能與術前左海馬體和左額葉語言流利度激活程度相關［20］。

3.3 fMRI 對TLE 患者語言功能網絡重組的研究 近年來，大量的研究認為癲癇異常放電損傷的大腦區域遠超過了局部癲癇灶的范圍，累及相應的功能及結構腦區，即癲癇是一種腦網絡疾病［21-22］。由于TLE 患者語言網絡發生重組的幾率及程度在不同的患者之間存在顯著差異，對TLE 患者語言網絡的定位顯得尤為重要。fMRI 作為一種研究TLE 患者語言網絡定側的常用方法，起了巨大的作用。最近的研究表明，TLE 患者語言重組可能取決于大腦周圍神經網絡的結構或微結構改變的程度。Powell 等［23］發現LTLE 患者額顳葉纖維束各向異性分數（fractional anisotropy，FA）的向右不對稱與fMRI 語言激活的向右不對稱有關，提示LTLE 語言重組可能是由左半球白質的變化引起的。相反，Rodrigo 等［24］只在右顳葉癲癇患者中觀察到弓狀束（arcuate fasciculus，ARC）FA不對稱性的降低與fMRI 激活的降低有關，表明白質微結構與血氧水平依賴反應無明顯相關。這種不一致性顯示了TLE患者語言重組的復雜性。此外，Labudda 等［25］認為新皮質結構的重組可能伴隨或促進血氧水平依賴的轉變。Chang 等［26］發現在健康對照組中，語言表現與左側顳頂和顳枕激活程度呈正相關，在LTLE 患者中，語言表現與右下額葉、顳頂葉和顳枕葉激活程度呈正相關，LTLE 患者中的這些右側激活與右側ARC FA 有關。結果顯示，LTLE 中的半球語言重組與周邊區域白質的變化有關，這些同步發生的結構和功能轉變從左到右的遷移可能與LTLE 患者中的語言障礙減輕有關。

3.4 任務態和靜止態 fMRI 對顳葉癲癇語言功能的研究 Chai 等［27］運用語言功能解剖學描述的語音處理雙流模型［28］（左額葉區域：背側流；雙側顳葉區域：腹側流），觀察到在執行任務的過程中與語言相關的區域之間存在短暫而波動的交互作用。通過將“靈活性”定義為隨時間變化其區域間交流的頻率［29］，發現在語言系統中具有“核心”（即較不靈活）和“外圍”（即較靈活）的動態組織。He 等［30］利用腦功能的核心和外圍模型，將與語言功能相關的區域分為四個子系統：雙側額葉及雙側顳葉子系統［13，31］，研究了50例難治性單側TLE 患者，分別收集任務態和靜止態fMRI 圖像，在進行語言任務時捕獲了語言系統的核心外圍組織。其中左額葉區域被識別為“核心”，其他區域，尤其是左顳葉和右額葉被識別為“外圍”，與之前研究結果一致［27］，語言系統在靜止狀態下更靈活。在任務狀態下左TLE 和右TLE患者在這些外圍子系統中靈活性均降低，左額葉“核心”子系統內的區域更偏好于子系統內部交流，左顳葉及右額葉“外圍”子系統內的區域更偏好于子系統間交流，得出結論，左額葉區域在整個語言任務中保持穩定，主要與同一子系統中的其他區域進行交流。這項研究介紹了語言網絡動力學的新觀點和特征，增加了我們對癲癇語言功能障礙的理解，為此類神經疾病引起的語言缺陷提供了新穎的解釋。

與基于任務的fMRI 相比，靜止狀態fMRI（Resting-state fMRI，rs-fMRI）是假定語言網絡之間存在合作性或連通性，測量內在活動或靜止時（未執行任何任務時）大腦的神經和代謝活動。然后通過測量皮質區域之間的BOLD 相關性來測量功能連接（functional connectivity，FC），目前有許多研究在確定rs-fMRI 的臨床實用性，并探索其如何在TLE 中更好地描述語言網絡。但其應用價值仍存在爭議。Waites 等［32］使用基于任務的單詞流暢度和rs-fMRI 檢查了17 例LTLE患者和30 例健康對照者的語言網絡。在基于任務的fMRI中，患者和對照表現出相似激活模式。然而，在rs-fMRI 中，LTLE 患者與對照組相比語言區域的FC 減少。研究表明，rs-FC 可以有效地揭示連通性的改變模式。Doucet 等［33］得出了相似的結論，即rs-FC 數據可能比基于任務的fMRI 更為靈敏，可以檢測語言網絡的連通性。rs-FC 已經成為探測癲癇患者網絡連接性的最有前途的工具之一，與基于任務的fMRI 相比，該技術在量化TLE 語言網絡破壞方面可能具有一定的優勢。但rs-fMRI 可能對研究群體的語言網絡中與癲癇相關的破壞敏感，對確定研究個體的語言優勢方面的敏感性和特異性尚未得到證實。

4 結語與展望

fMRI 對TLE 患者語言功能的研究使我們對語言功能的理解推廣至復雜語言網絡。目前，癲癇網絡檢查較少應用于臨床，但是隨著先進的神經影像技術的發展，以及不同影像方式的相互結合，我們探索癲癇的發病機制，精確定位病灶，制定個性化的診療方案，以及減少癲癇患者的語言功能障礙，提高癲癇患者的生活質量等方面都將獲得巨大進步。