基于度中心度和種子點功能連接觀察早盲青少年靜息態(tài)功能fMRI改變

侯 芬，李恒國，李 平，周智鳳，劉 霞*

(1.湖南中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院放射科，湖南 長沙 410007；2.暨南大學(xué)附屬第一醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像中心，廣東 廣州 510632；3.深圳市康寧醫(yī)院 深圳市精神衛(wèi)生中心精神影像中心，廣東 深圳 518000)

早盲指1～2歲失明，亦有報道為2～4歲[1]，患兒因視覺被剝奪而成為研究單感覺缺失后腦可塑性變化的獨特模型[2-3]。功能MRI研究[4-6]證實盲人存在腦網(wǎng)絡(luò)異常改變。種子點功能連接(seed-based functional connectivity， SFC)可通過選取種子點，統(tǒng)計分析確定種子點與其他腦區(qū)功能連接的關(guān)系反映選定ROI與其他腦區(qū)間的功能連接改變，但尚不足以充分顯示腦內(nèi)功能連接特征。基于體素水平的度中心度(degree centrality， DC)可從新的視角觀察腦區(qū)或節(jié)點在全腦網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的重要性等特征，但卻無法度量ROI和腦內(nèi)其他體素間配對關(guān)系的強度，目前多用于研究神經(jīng)或精神疾病，如腦梗死和腸易激綜合征伴抑郁癥等[7-8]，較少用于觀察盲人。本研究基于DC及SFC方法，采用靜息態(tài)功能MRI(resting-state functional MRI， rs-fMRI)觀察早盲青少年患者復(fù)雜腦網(wǎng)絡(luò)重要屬性，分析重要腦區(qū)與其他腦區(qū)的連接狀況。

1 資料與方法

1.1 研究對象 將廣州市盲人學(xué)校16例早盲青少年患者納入觀察組，男11例，女5例，年齡11～18歲，平均(14.8±2.1)歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：①雙眼無光感；②失明年齡<2歲；③無藥物依賴或藥物濫用史，未服用可影響腦認知的相關(guān)藥物等；④無聽覺、觸覺及溫度覺等感覺障礙或運動、語言功能異常。排除標(biāo)準(zhǔn)：中樞神經(jīng)系統(tǒng)、精神疾病病史及家族病史。另招募16名性別、年齡與觀察組匹配的正常視力青少年志愿者作為對照組，男11名，女5名，年齡11～19歲，平均(14.9±2.7)歲，視力>5.0，聽力正常。受試者及其監(jiān)護人均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用GE Discovery 750 3.0T MR掃描儀行頭部MR檢查，配備8通道標(biāo)準(zhǔn)頭部線圈。囑受試者仰臥，閉眼，平靜呼吸，以固定裝置固定頭部。采用3D腦容積成像(three dimensional brain volume imaging， 3D-BRAVO)序列采集全腦高分辨結(jié)構(gòu)像，參數(shù)：TR 8.2 ms，TE 3.2 ms，F(xiàn)A 12°，矩陣256×256，F(xiàn)OV 256 mm×256 mm，層厚1 mm，層距0，采集時間197 s。以梯度回波-平面回波成像(gradient echo-echo planar imaging， GRE-EPI)序列采集rs-fMRI，參數(shù)：TR 2 000 ms，TE 35 ms，F(xiàn)A 90°，矩陣64×64，F(xiàn)OV 256 mm×256 mm，層厚3.0 mm，層距0.6 mm，共采集240個時間點，持續(xù)時間為480 s。

1.3 數(shù)據(jù)處理 采用Metlab 12a、DPARSF v3.2軟件對原始數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，包括去除前10個時間點、時間校正、頭動校正(剔除頭部移動>2 mm，轉(zhuǎn)動>2°的數(shù)據(jù))、空間標(biāo)準(zhǔn)化(應(yīng)用EPI模板，重采樣為3 mm×3 mm×3 mm)及時間濾波(帶寬0.01～0.08 Hz，去除低頻漂移及高頻噪音)。

DC分析：采用REST軟件計算全腦灰質(zhì)基于體素的DC值，r閾值取0.25。公式：DC(i)=∑dij(DC為與體素i存在功能相連的體素j的數(shù)量，j為與i直接相連的節(jié)點，j=1，…，N，i≠j)。經(jīng)Z變換后形成加權(quán)DC值圖。

SFC分析：選取上述DC組間具有顯著差異的部分腦區(qū)作為ROI，進一步比較2組ROI與其他腦區(qū)間的功能連接情況。

1.4 統(tǒng)計學(xué)分析 采用SPSS 19.0統(tǒng)計分析軟件。以Student'st檢驗比較2組年齡。采用REST軟件包，以兩獨立樣本t檢驗比較2組DC值及SFC值；以年齡和性別作為協(xié)變量，采用AlphaSim方法對所有統(tǒng)計結(jié)果行多重比較校正(簇塊≥85體素)。P<0.05為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 一般資料 觀察組16例早盲青少年中，10例因早產(chǎn)兒視網(wǎng)膜病變出生即失明，4例因先天性視網(wǎng)膜病變出生即失明，2例因高熱于出生后16個月失明。2組年齡差異無統(tǒng)計學(xué)意義(t=0.04，P=0.97)。

2.2 DC改變 觀察組初級視覺皮層(右側(cè)距狀溝、雙側(cè)舌回)DC值較對照組減低，語言皮層(雙側(cè)三角部額下回、右側(cè)島葉)較對照組增高(P均<0.05)，見表1和圖1。

表1 觀察組與對照組DC存在顯著差異腦區(qū)

圖1 觀察組與對照組DC存在顯著差異的腦區(qū) 藍綠色區(qū)域為觀察組DC值減低的腦區(qū)

2.3 SFC改變 與對照組比較，觀察組右側(cè)距狀溝與以下腦區(qū)功能連接顯著降低，包括初級視覺皮層(左側(cè)距狀溝、雙側(cè)舌回)和非視覺皮層多個腦區(qū)，即體感皮層(中央后回)、體感聯(lián)合皮層(楔前葉、頂上小葉)、運動皮層(中央旁小葉)、多感知皮層(顳上回、顳中回)及語言皮層(額中回)(P均<0.05)，見表2和圖2。

表2 早盲青少年與右側(cè)距狀溝功能連接減低的腦區(qū)

圖2 觀察組與對照組SFC存在顯著差異的腦區(qū) 藍綠色區(qū)域為觀察組與右側(cè)距狀溝功能連接減低的腦區(qū)

3 討論

本研究觀察組初級視覺皮層(右側(cè)距狀溝及雙側(cè)舌回)功能連接密度較對照組減低(P<0.05)，而高級視覺皮層功能連接密度未見明顯改變；與對照組比較，觀察組與右側(cè)距狀溝功能連接減低腦區(qū)位于初級視覺皮層(P<0.05)，而與高級視覺皮層功能連接未見明顯異常，與既往研究[2]結(jié)果基本一致。LI等[9]研究發(fā)現(xiàn)，早盲患者初級視覺皮層發(fā)育敏感性更依賴于早期視覺經(jīng)驗，而非高級視覺皮層；早期剝奪視覺導(dǎo)致初級視覺皮層結(jié)構(gòu)[10-11]和連接初級視覺皮層的前視覺通路萎縮、退變[12]，而高級視覺皮層可依賴非視覺(如聽覺、復(fù)雜認知等)[13-14]信號輸入發(fā)生重塑，部分抵消萎縮或退行性改變帶來的負面效果，呈代償性正常或增高。本研究中觀察組非視覺皮層(雙側(cè)三角部額下回及右側(cè)島葉皮層)功能連接密度較對照組增高(P<0.05)，可能與額島區(qū)功能連接密度增高有助于提高腦區(qū)傳遞非視覺信息效率、從而能使枕葉更優(yōu)地完成非視覺任務(wù)相關(guān)，這是盲人處理非視覺任務(wù)能力優(yōu)于正常人的原因之一[2]。MURPHY等[15]發(fā)現(xiàn)，額島注意節(jié)點與枕葉皮層具有較強的功能連接和解剖連接，有助于額島區(qū)內(nèi)源性注意信號從腹側(cè)通路傳送到枕葉，通過自上而下調(diào)控作用激活枕葉皮層，以提高早盲患者對非視覺信號刺激的敏感性。

本組中觀察組右側(cè)距狀溝(初級視覺皮層)和非視覺皮層(體感皮層、體感聯(lián)合皮層、運動皮層、語言皮層、多感知皮層)功能連接減低(P<0.05)，與既往研究[5-6]基本相符。初級視覺皮層與非視覺皮層本身存在功能連接，上述降低體現(xiàn)了二者間的失耦連，即功能分離，而初級視覺皮層對非視覺信息的處理能力卻有所增強，可能與早盲導(dǎo)致較大程度調(diào)用初級視覺皮層以處理高級認知任務(wù)相關(guān)[2]。

本研究不足之處：①樣本量較??；②未能按不同失明年齡段進行分組比較；③未觀察腦部結(jié)構(gòu)和功能網(wǎng)絡(luò)改變。

綜上所述，綜合采用DC結(jié)合SFC方法可觀察青少年早盲患者腦功能連接情況。早盲青少年視覺皮層不同亞區(qū)及非視覺皮層功能連接密度存在改變，初級視覺皮層與其他腦區(qū)之間功能連接減低，與其視覺被剝奪后的失用性萎縮與軸突變性相關(guān)。