運用靜息態功能MRI評估慢性耳鳴患者突顯網絡功能

陳曉暉，張健，李澄

慢性主觀性耳鳴是指不存在任何外界聲音刺激下耳內聽到振鈴或嗡嗡聲的主觀感覺，在65歲以上的成年人群中發生率為9%～12%。中重度耳鳴患者除聽覺系統癥狀外，還伴有焦慮、抑郁、注意力下降和認知障礙等神經系統癥狀[1]。盡管耳鳴為外周神經系統疾病，手術治療并不能很好緩解耳鳴癥狀，提示中樞神經系統可塑性起著關鍵性作用[2]。既往的電生理及神經影像研究結果表明耳鳴與中樞神經系統異常神經活動有關，包括自發放電、神經同步和拓撲屬性的異常等[3]。

突顯網絡的主要節點位于背側前扣帶回及雙側前腦島，與皮層下及邊緣系統存在結構和功能連接，并參與調解內部和外部刺激，包括來源于聽覺通路的信息[4]。突顯網絡相關腦區可以對聽覺和視覺刺激做出反應，且隨著視聽覺刺激的加強，前腦島和背側前扣帶回的激活更加明顯[5]。最重要的是，突顯網絡的功能是保證其它神經網絡功能(如默認網絡，執行控制網絡等)的正常發揮[6]。但是突顯網絡與耳鳴相關的神經精神癥狀之間是否存在相關性及其潛在的發生機制等尚有待進一步探究。

靜息態功能MRI通過血氧飽和水平依賴(blood oxygen level dependent,BOLD)成像原理，可獲得神經活動的時間與空間分布情況，從而能較直觀地顯示神經系統病變，基于種子點的功能連接分析方法應用較為廣泛、便捷，已被應用于眾多精神疾病發生機制的研究中。本研究采用功能連接分析方法來評估耳鳴患者突顯網絡的功能改變，探索其在耳鳴相關精神疾病中的作用。功能連接指腦內具有相似功能特性的空間遠距離腦區間血氧信號波動的一致性及其與神經生理活動時間的相關性。

材料與方法

1.倫理申明

本研究經本院倫理委員會審查通過(倫理號：2016ZDSYLL031.0)。每例受試者在參與本研究前簽署書面知情同意書。

2.臨床資料

2016年12月-2018年12月在本院耳鼻喉科招募31例慢性耳鳴患者，同期招募33例健康被試作為對照組。采集所有被試的詳細臨床基本資料，包括年齡、性別、教育程度、既往病史和家族史等。

患者組的納入標準：①臨床診斷明確的慢性耳鳴患者；②年齡20～70歲；③受教育年限>9年；④耳鳴病程>6個月。排除標準：①有梅尼埃病、聽覺過敏或搏動性耳鳴病史；②有耳部手術史或卒中病史；③既往有中樞神經系統疾病或精神疾病；④有腦外傷史；⑤合并嚴重的心、肝或腎疾病、慢性消耗性疾病、甲亢或甲減；⑥有癡呆家族史；⑦有酒精和/或藥物依賴史，服用過改善認知及抗抑郁和抗精神病藥物；⑧有MRI掃描禁忌證。

對耳鳴患者進行愛德華耳鳴殘疾問卷表(tinnitus handicap questionaire，THQ)調查來評估耳鳴嚴重程度，主要針對社會功能、精神功能和身體功能三大方面[7]。

由一位耳鼻喉科醫師使用GSI-61聽力計對每例患者進行純音測聽來評估雙耳在頻率為0.25、0.50、1.00、2.00、4.00、6.00、8.00、10.00、12.00和16.00kHz條件下的聽力閾值(圖1)。

在安靜環境下，由一位神經內科醫師對每例患者進行神經量表評估。采用蒙特利爾認知評估量表來評估被試的整體認知情況，采用焦慮自評量表及漢密爾頓抑郁量表評估被試的心理精神狀態。排除整體認知得分<50分、焦慮量表得分>50分和抑郁量表得分>7分的被試。

3.MRI檢查方法

使用Siemens Magnetom Verio 3.0T MR成像儀。掃描過程中要求被試安靜平躺在掃描床上，保持頭和身體不動，閉眼并保持清醒，避免思考特殊的事情。使用專業防噪聲耳塞以減弱掃描過程中的噪聲(約減弱32分貝)。

主要掃描序列及參數如下：結構像的采集采用SPGR序列T1WI，TR 1900 ms，TE 2.48 ms，翻轉角90°，視野256 mm×256 mm，矩陣256×256，層厚1 mm，176層，掃描時間約4分鐘；BOLD功能像的采集采用EPI序列，層厚4.0 mm，TR 2000 ms，TE 25 ms，翻轉角90°，視野240 mm×240 mm，矩陣64×64，36層，共采集240個時間點，掃描時間為8分6秒。

4.圖像后處理

對MR結構像原始數據的后處理基于VBM8軟件包(http://dbm.neuro.uni-jena.de/vbm)，將T1WI圖像分割成灰質、白質和腦脊液三種成分，并配準到MNI空間，使用6mm的平滑核進行平滑，主要步驟包括空間標準化、分割、調制和平滑，與既往的研究中的后處理方法和步驟基本類似[8]。

對MR功能像原始數據的預處理基于SPM12的靜息態數據處理助手軟件包(DPARBI V3.0)，具體步驟：①將DICOM格式的原始數據轉換成NIFTI格式；②去除靜息態數據中前10個時間點的數據；③時間校正；④頭動校正，去除x、y、z軸方向上位移超過2 mm、三維旋轉角度超過2°的被試的MRI數據；⑤空間標準化，將校正后的數據標準化到MNI模板；⑥去線性漂移；⑦采用6 mm半高帶寬進行平滑；⑧濾波，頻率為0.01～0.08 Hz。

根據斯坦福大學神經精神疾病實驗室公布的開源功能影像數據提取突顯網絡的三大重要節點：背側前扣帶回、左側前腦島和右側前腦島[9]。通過REST軟件包(http://www.restfmri.net)將這3個ROI作為種子點進行功能連接分析，并使用BrainNet Viewer軟件包(http://www.nitrc.org/projects/bnv/)將有統計學差異的腦區投射到大腦3D容積再現圖像上(圖1)。我們選擇突顯網絡節點作為種子點進行功能連接分析，并比較耳鳴組及對照組的功能連接矩陣，多重比較校正P<0.01、體素數>50為差異具有統計學意義。

5.相關性分析

對功能連接的分析結果進行多重比較校正(P<0.01，體素數>50)。提取功能連接差異有統計學意義腦區的時間序列與耳鳴量表、耳鳴病程等臨床資料進行皮爾森相關性分析，此分析由SPSS 18.0軟件完成。

結 果

1.基本臨床資料

本研究中共納入31例耳鳴患者及33例健康志愿者，所有被試的認知量表得分均>50分，焦慮量表得分均<50分，抑郁量表得分均<7分。

兩組被試的基本臨床資料的比較見表1。兩組被試的年齡、性別和受教育程度等基本人口統計學資料相匹配(P>0.05)。耳鳴組的病程(42.6±41.4)個月。耳鳴程度的評估：THQ總得分41.4±19.7，社會功能評分為11.4±6.4，精神功能評分為16.7±11.0，身體功能評分為16.5±8.2。

表1 兩組被試基本臨床資料的比較

患者組和對照組中大腦灰質體積分別為(579.7±25.8)和(572.4±23.0)mm3，白質體積分別為(530.0±24.5)和(527.8±24.7)mm3，組間差異均無統計學意義(t=1.195，P=0.237；t=0.359，P=0.721)。

所有被試的聽力正常，測試頻段(0.25～16.00 kHz)內聽閾均<25分貝(圖2)。

2.功能連接分析

耳鳴患者的背側前扣帶回與左、右側眶額皮層的功能連接程度均增加，而與右側中央前回和右側頂下小葉的功能連接程度降低；左側前腦島與左側小腦VIIb葉的功能連接程度增加，而右側前腦島與全腦的功能連接程度無明顯改變(表2和圖3)。

表2 耳鳴組功能連接異常腦區的相關指標

3.相關性分析

皮爾森相關性分析結果見圖4。背側前扣帶回-頂下小葉功能連接程度與耳鳴病程(r=-0.538，P=0.002)和耳鳴THQ總得分(r=-0.559，P=0.001)呈負相關，背側前扣帶回-中央前回功能連接程度與THQ總得分呈負相關(r=-0.479，P=0.006)。

討 論

本研究證實慢性主觀性耳鳴患者的靜息態突顯網絡相關功能連接存在異常，且與耳鳴病程及耳鳴量表評分之間具有顯著相關性，為耳鳴的潛在神經發病機制提供證據。

大腦功能異常可能與結構異常息息相關。有文獻報道，耳鳴患者的部分腦區內灰質體積減小，包括額上回、下丘、海馬、腹內側前額葉皮層、前扣帶回、伏隔核、下丘和赫氏回[10]。也有研究發現，與正常對照相比，耳鳴患者的顳上回和顳中回的體積增加。但是本研究中并未發現耳鳴患者的大腦灰、白質體積有異常改變，筆者認為可能的原因為：①文獻報道的發生大腦結構改變的研究樣本主要為耳鳴伴高頻段聽力損失的患者，而本研究中招募的耳鳴患者聽力均正常；②可能存在受試者的異質性；③不同的磁共振分析方法。此外，我們的結果提示：在聽力正常的耳鳴患者中，異常功能連接可能先與結構改變。

我們發現耳鳴患者左右兩側眶額皮層與背側前扣帶回功能連接增加。視覺和聽覺任務可激活背側前扣帶回，且激活程度也隨著任務難度的提升而明顯增加，提示背側前扣帶回參與感覺調節及認知處理[5]。腦電圖研究也發現背側前扣帶回參與對耳鳴的感知[11]，而且背側前扣帶回的β波與耳鳴量表評分呈顯著正相關。另外，針對耳蝸植入者的神經影像學研究表明背側前扣帶回可感受聲音刺激及參與雙流聽覺處理[12]，從而說明選擇背側前扣帶回作為種子點的科學性。眶額皮層處于大腦前額葉，與下丘腦、紋狀體、海馬和杏仁核存在解剖結構連接，已經被證實參與精神分裂癥、抑郁、雙向情感障礙、創傷后應激綜合征等精神疾病[13]。最新證據表明視聽覺任務招募腹內側前額葉皮質，而且與健康對照相比，于耳鳴患者中該腦區的招募更顯著[14]，提示腹內側前額葉皮層在耳鳴病程中的重要性。因此推測眶額皮層可能參與耳鳴導致的神經精神癥狀，但是本研究中并沒有發現眶額皮層-背側前扣帶回功能連接的增加與耳鳴的臨床特征之間具有顯著相關關系。后期我們需要設計針對眶額皮層的研究來深入挖掘眶額皮層的具體角色。

本研究結果顯示，耳鳴患者背側前扣帶回與右側中央前回之間有功能連接減弱，且這種功能連接減弱與THQ得分呈負相關。THQ得分反映出受試者耳鳴嚴重程度，評估耳鳴對患者的社會功能、精神功能和身體功能的影響[15]，可見耳鳴嚴重程度越高，背側前扣帶回-中央前回功能連接越弱。我們認為耳鳴患者神經沖動傳入減少，導致到達低位腦干及聽覺皮層的神經沖動相應減少，從而影響聽覺腦區與非聽覺腦區之間的功能耦合[16]。傳統觀念認為中央前回是運動區，有證據表明中央前回也參與聽覺信息的處理，正如我們先前的研究中發現耳鳴患者的丘腦-中央前回的功能連接顯著減弱[9]。但是，突發性耳聾患者的PET檢查結果顯示發病72小時內中央前回的葡萄糖吸收率明顯增高，而且與言語辨別任務的得分之間呈正相關[17]。與有正常聽力的非誦讀困難者相比，先天性耳聾和誦讀困難患者在音韻判斷任務中中央前回激活明顯[18]。因此，我們的研究也證實了中央前回是引起耳鳴的機制之一。此外，精神分裂患者中央前回體積降低，并與運動相關的認知功能存在有一定相關性[19]，所以我們推測中央前回可能參與了耳鳴相關的負性情緒調控，未來的研究可以關注在這一方面。

本研究結果顯示，耳鳴患者的頂下小葉與背側前扣帶回之間存在功能連接減弱。頂下小葉解剖結構復雜、功能多樣，參與多種感覺、知覺及認知功能的調控，同時也是默認網絡和控制網絡的重要節點。搏動性耳鳴患者頂下小葉的低頻振幅和局部一致性較健康人群明顯增加[20]。腦電圖研究發現耳鳴患者的頂葉小葉的α波和β波降低[21]。搏動性耳鳴由明確血管因素導致，是一種有節律的耳鳴，多數與心臟跳動次數一致，磁共振檢查往往會發現乙狀竇、頭頸部動靜脈等血流動力學異常，與主觀性耳鳴存在區別，其并不是來源于大腦皮層的異常神經活動[22,23]。但是，研究表明搏動性耳鳴患者也存在神經功能不足，尤其在情緒、認知等相關網絡，因此主觀性耳鳴和搏動性耳鳴可能共享部分腦區功能異常[24]。

此外，我們發現隨著耳鳴病程的延長，頂下小葉-背側前扣帶回連接降低顯著(r=-0.538，P=0.002);且耳鳴量表得分越高，頂下小葉-背側前扣帶回功能連接越弱(r=-0.559，P=0.001)。以上證據表明研究頂下小葉在耳鳴中的受損模式是必要的，且與耳鳴嚴重程度呈明顯相關性，但是其具體的受損模式我們尚不清楚。基于頂下小葉結構與功能的復雜性，我們認為可以將頂下小葉的各個亞區作為感興趣區，在亞區水平上系統、細致地探討耳鳴患者頂下小葉各亞區的功能連接損害模式。

與既往的研究結果相一致，本研究結果顯示耳鳴患者的小腦亦參與了腦功能異常重塑過程。小腦有大量的傳入、傳出纖維，形成“運動環路”和“前額葉環路”，為小腦在高階網絡發揮作用提供結構及功能基礎。小腦與下丘、耳蝸核、內側膝狀體、上橄欖核和聽覺皮層存在直接和間接的結構連接[25]，說明小腦可接收外周器官的信號，調節聽覺中樞的活動。既往有研究發現小腦單極梳狀細胞可上調谷氨酸能傳遞，并參與耳鳴的病理生理過程[26]。電生理研究發現絨球旁小葉整合來自前庭與聽覺中樞的信息，也參與耳鳴的發生發展[27]。有關嚴重耳鳴患者SPECT成像的研究結果顯示小腦血流明顯增加[28]。從另一個方面來看，在許多精神疾病(包括精神分裂癥、抑郁、焦慮和神經退行性病變)的相關研究中，均提示小腦的灰質體積、血流量及神經活動存在異常[29]。在本研究中，耳鳴患者的左側前腦島與左側小腦VIIb葉的功能連接明顯增多。小腦VIIb位于小腦后葉，參與高級功能調控，小腦后葉的損傷則會導致認知與情感障礙[30]。而小腦參與耳鳴病程的潛在病理生理學機制有待進一步探究。

本研究存在一定的不足之處。第一，作為橫斷面研究，樣本量較小，患者的年齡跨度較大，并不能作為佐證功能磁共振成像與耳鳴機制的直接證據，因此后期需要擴大樣本量并控制混雜因素來進行前瞻性研究；第二，后續研究需要進一步關注耳鳴患者的腦島及背側前扣帶回各亞區與全腦之間的功能連接改變，并可采用格蘭杰因果分析嘗試闡述因果關系；第三，聽力正常的耳鳴與聽力損失的耳鳴可能存在不同的神經重塑機制，后續研究中應該招募不同的耳鳴患者來探究聽力損失在耳鳴疾病中的作用機制；第四，雖然本研究中采用耳塞和耳機來降低磁共振設備的掃描噪聲，但是并不能完全隔絕噪聲。掃描噪聲有可能成為一個外界刺激因素，從而影響神經活動與不同腦區間的神經同步性。

綜上所述，本研究以突顯網絡為切入點，運用靜息態功能MRI技術及功能連接分析定位了聽力正常的耳鳴患者基于種子點的異常神經同步性，主要包括眶額皮層、中央前回、頂下小葉及小腦，并進一步挖掘異常的功能連接屬性與臨床耳鳴特征的潛在關系。腦功能的異常特征或可成為耳鳴患者神經癥狀治療靶點，并用于療效評估及預后監測。