顳葉內側癲癇并抑郁病人腦功能連接密度的靜息態功能磁共振成像研究

劉美清，楊逸昊，王月晗，王小龍，王勝，羅程，鄒琴，李其富

作者單位：1海南醫學院第一附屬醫院，a神經內科，b影像科，c醫學心理學科，海南 海口570102；2海南省熱帶腦科學研究與轉化重點實驗室，海南 海口570102；3電子科技大學生命科學與技術學院，四川 成都610000

癲癇是一類綜合征，有刻板性、發作時間短、重復發作以及復雜性等特征［1］，也是臨床常見的神經科疾病，病情復雜。中國癲癇病的發生率大約在4%～7%，癲癇病人數量為大約900萬人次［2］。癲癇共患病是指癲癇病人需要同一時間出現兩種以上的疾病，而這兩種疾病之間是非因果聯系的，且必須分別符合相應疾病的診斷規范。在2017年，國際抗癲癇聯盟（ILAE）最新的關于癲癇分類的新標準中，也提到了加強對共病的識別和干預［3］。多項研究發現，與普通人群相比，患有癲癇的病人情緒異常的發生率更高且占比不小。其中，超過1/2的癲癇疾病病人合并抑郁障礙［4］。國內有研究表明，反復發作的癲癇病人其抑郁的患病率較普通人群高出了兩倍［5］。在ILAE分類中，顳葉癲癇（temporal lobe epilepsy，TLE）屬于部分性癲癇，且是最常見的局灶性癲癇，同時也是最容易發展為難治性癲癇病的一類，顳葉癲癇者不但遭受著病情反復發作的痛苦，而且更接受著情感障礙和認知功能嚴重減退等問題的考驗［6-7］，其共病抑郁的發生率高于其他類型的癲癇［8］。功能磁共振（fMRI）科學技術主要是從人腦代謝水平出發做出相關研究，其中靜息態功能磁共振成像（rs-fMRI）技術不但可以在活體中直接監測到不同大腦區域之間存在的功能連接，還可以測定各腦區的神經元活動的變化狀況，多被用于研究精神與神經有關疾病的潛在發病機制。而且，為了排除各種生理以及器械方面的噪音，我們會對獲取的功能磁共振數據進行相應的處理，以及對數據進行降噪處理［9］，最終獲取它們所代表的大腦神經活動的相關數據，即靜息狀態下大腦的自發活動［10］。目前，運用神經系統影像手段研究表明，在癲癇疾病合并抑郁的病人中，額葉、杏仁核、海馬、顳葉等腦區的腦神經結構、糖代謝功能及神經系統遞質等方面有異常。目前rs-fMRI的研究方法和指標較多，本研究采用功能連接密度（FCD）分析指標分析顳葉內側癲癇伴抑郁（MTLEWD）病人異常活動腦區，進而找出顳葉內側癲癇共患抑郁障礙病人功能異常活動的腦區，幫助早期診斷并用于指導治療。

1 資料與方法

1.1 一般資料 納入2021年1—12月，在海南醫學院第一附屬醫院神經內科門診就診的顳葉內側癲癇病人，由神經內科醫生進行評估，對所有符合納入規范條件的顳葉內側癲癇病人進行漢密爾頓抑郁量表（HAMD）評價，并根據評定結果將病人分成兩組，MTLEWD組和顳葉內側癲癇不伴抑郁（MTLE）組；同時選取了與病人在年齡、性別等方面都相符的健康人為對照組。病人或其近親屬知情同意，本研究符合《世界醫學協會赫爾辛基宣言》相關要求。

1.2 納入、排除及健康對照入選標準 納入標準：（1）病人年齡＞18歲；（2）符合ILAE提出的癲癇診斷分類標準（2017）［3］，經神經內科醫師確診符合MTLE的診斷，臨床表現符合MTLE的臨床特點，病程＞6個月，且均規律服用抗癲癇藥物；（3）病人能夠完成漢密爾頓抑郁量表；（4）右利手；（5）所有病人均未服用相關抗抑郁藥物；（6）每例病人或其近親屬均已簽署知情同意書。排除標準：（1）除癲癇以外的神經精神疾病史；（2）假牙及其他植入物導致圖像受偽影干擾的病人；（3）顱內有結構損害（顳葉除外）無法完成標準化要求的病人；（4）盲、聾、啞、智力明顯障礙或其他因素無法配合完成檢查者。健康對照入選標準：納入與病人同年齡段的正常志愿者，HAMD＜7分，無嚴重精神疾病史、顱腦損害，無嚴重結構性異常，且能夠配合完成功能磁共振檢測及神經心理學檢測。

1.3 抑郁臨床評估方法 符合納入要求的癲癇病人再由兩名醫師采用面談和考察的方式，對病人評估HAMD量表，在評估之前已對評估醫生進行了有關專業知識的培訓，并于培訓結束后進行了筆試，而且測試成績合格。HAMD共有二十四個條目，分別是自卑感、壓抑情緒、自殺、犯罪感、絕望感、精神性焦慮等，并有五級打分項目（0級為無，1級為輕度，級為中性，3級為重度，4級為很重）和三級打分項目（0級為無，1級為輕中性，級為重度），每名受試者的評估時限大約為15～20 min為宜。評估標準：HAMD≥7分為抑郁狀態。

1.4 靜息態功能磁共振數據采集 所有受試者均在海南醫學院第一附屬醫院完成了磁共振掃描，并利用GE Discovery MR7503.0 T磁共振信息系統獲得MRI數據，首先進行T1定位像掃描獲得結構圖像，對符合入組標準的被試者再進行靜息態功能磁共振數據采集。T1序列參數具體如下：回聲持續時間/重疊持續時間（echo time，repetition time，TE/TR）=1.984 ms/6.008 ms；翻轉角（flip angle，FA）=9°，掃描矩陣=56×56，層厚（無間隙）=1 mm；掃描視野（field of view，FOV）=56 mm×56 mm。然后完成測量fMRI的數據，并囑病人平臥于檢查床，首先設置頭部穩定器，以降低病人的腦部運動；接著為減少噪聲，在病人的耳內塞入耳塞；同時用海綿墊固定受試者顱骨，以減緩透露位置移動與旋轉；然后緊固好的頭顱線圈，在整體掃描檢查流程中受試者都需要維持閉目、安靜并且為清醒狀態，盡量不進行任何思考活動并保持頭部不動。通過梯度回波成像（echoplanar imaging，EPI）序列收集的靜止態功能像且保證和T1像在同一個平面，具體參數如下：TR=2 000 ms，TE=30 ms，FA=90°，掃描矩陣=64×64，層厚（無間隙）5 mm，軸位全腦掃描35層，FOV=240 mm×240 mm。共采集255個全腦圖像。

1.5 功能磁共振數據處理 對每一個被試者的fMRI數據均基于MATLAB 2018平臺運用DPABI軟件包（http：//rfmri.org/dpabi）對原始圖像進行預處理。具體處理步驟如下：（1）將原始的fMRI數據從DICOM格式轉化為NIFTI格式。（2）因機器磁場需要一定時間穩定，以及被試者需要適應掃描噪聲，去掉前5個功能圖像（10 s）。（3）時間對齊：用來校正一個體積元素（體素）中層與層之間采集時間的差異。（4）頭動校正：在功能磁共振掃描過程中受試人群可能會產生某些不自覺的比較微小的頭動，但根據特定的計算，對一個序列中的每個像素和該序列的第一個像素對齊，并由此來糾正頭動帶來的偏差。對符合頭動平移＜1.5 mm且旋轉移動＜1.5°的被試者圖像進行后續分析。所有受試者的數據均符合標準。（5）空間標準化：因每個人的大腦結構都會存在一定的差異，在處理數據時這些外部因素會干擾處理結果。因此可以將所有被試者的T1結構配準至統一的標準化空間，本研究使用SPM自帶的EPI模塊，歸一化到國際標準的MNI的操作系統，體素大小為3 mm3×3 mm3×3 mm3，以此來解決這些外部干擾因素對處理數據所帶來的影響。（6）平滑：通過對被試者的腦功能磁共振數據用高斯核函數加以平滑提高數據信噪比，平滑核半高全寬選擇為8 mm3×8 mm3×8 mm3（計算ReHo值時先不做此步驟）。（7）去線性漂移：磁共振掃描過程中受試者逐步適應，隨著掃描時間的累積，慢慢就會產生一個線性趨勢，這一步可就是去除所有體素的漂移。（8）濾波：一般rs-fMRI信號在低頻濾波器后會產生比較有意義的生理學結果，因此此步驟是為了獲取到在低頻段的磁共振數據，本研究中濾波頻段為0.01～0.08 Hz波段。

靜息態功能磁共振數據經上述預處理后，采用DPABI軟件計算FCD值，并得到對應的圖片。其計算方式是在預處理工作完成以后，再利用DPABI軟件計算全腦的FCD圖，它是r＞0.6的灰色物體元素時間順序的總和，在r＞0.6時，可以認為體元素之間有比較強的連接。

1.6 統計學方法 本研究通過SPSS 22.0統計軟件，對三組被試者的一般人口學資料進行組間比較，計量資料符合正態分布；組間計數資料比較用χ2檢驗，計量資料比較采用方差分析，以P＜0.05為差異有統計學意義。采用DPABI對三組進行ANOVA分析有差異，然后進行組間的兩兩比較（兩兩檢驗水準為0.001）進行檢驗。根據GRF理論滿足體素顯著性P＜0.001、連續體素≥23，團塊顯著性P＜0.05的區域被認為差異有統計學意義。對差異有統計學意義的區域中差異最顯著點（Peak點）的MNI定位，并以此命名為差異有統計學意義的腦區，得到三組間兩兩比較的FCD增強及減弱的區域，即得到本研究結果。采用DPABI、Brain viewer（http：//www.nitrc.org/projects/bnv）軟件以及mricron （http：//www.mccauslandcenter.sc.edu/mricro/mricron）軟件來做最終呈現。

2 結果

2.1 一般人口學資料 根據納入和排除標準，最終納入20例MTLE病人，其中男性8例，女性12例，年齡（26.40±7.24）歲；21例MTLEWD病人，其中男性5例，女性16例，年齡（29.90±10.52）歲；25例健康志愿者作為對照組，其中男性11例，女性14例，年齡（27.00±9.28）歲。MTLEWD組MTLE組及對照組年齡、性別差異無統計學意義（P＞0.05），基線資料可比。見表1。

表1 顳葉內側癲癇41例與健康志愿者25例一般人口學資料比較

2.2 FCD分析結果

2.2.1 MTLE組與對照組FCD比較結果 組間比較兩樣本t檢驗對DMTLE組與對照組間的FCD圖像進行統計分析，P＜0.05，二組間的FCD差異有統計學意義，FCD結果見圖1。MTLE組FCD值高于對照組的腦區有雙側楔前葉等腦區；MTLE組FCD值小于對照組的腦區有雙側顳中回、雙側顳下回、左側小腦cruse1區、左側小腦cruse2區、左側小腦7b區、左側小腦8區等腦區。見表2。

圖1 MTLE組與對照組功能連接密度（FCD）值差異比較圖 圖2 MTLEWD組與對照組功能連接密度（FCD）值差異比較圖 圖3 MTLEWD組與MTLE組功能連接密度（FCD）值差異比較圖

表2 MTLE組與對照組FCD差異的腦區

2.2.2 MTLEWD組與對照組FCD比較結果 組間比較兩樣本t檢驗對MTLEWD組與對照組間的FCD圖像進行統計分析，P＜0.05，兩組間的FCD差異有統計學意義，FCD結果見圖2。MTLEWD組FCD值高于對照組的腦區有雙側楔前葉等腦區；MTLEWD組FCD值小于對照組的腦區有雙側顳中回、雙側顳下回、左側小腦cruse1區、左側小腦cruse2區、左側小腦7b區、左側小腦8區等腦區。見表3。

表3 MTLEWD組與對照組FCD差異的腦區

2.2.3 MTLEWD組與MTLE組FCD比較結果 組間比較兩樣本t檢驗對MTLEWD組與MTLE組間的FCD圖像進行統計分析，P＜0.05，兩組間的FCD差異有統計學意義，FCD結果見圖3。MTLEWD組FCD值高于MTLE組的腦區有雙側額中回等腦區；MTLEWD組FCD值小于MTLE組的腦區有左側顳下回、左側顳極：顳上回、雙側顳極：顳中回等腦區。見表4。

表4 MTLEWD組與MTLE組FCD差異的腦區

3 討論

通常人們認為顳葉癲癇與海馬體硬化或顳葉病變有關，但是關于顳葉癲癇伴抑郁的機制尚不明確。本研究利用rs-fMRI探索MTLEWD病人腦功能異常腦區，為人們進一步認識MTLEWD的病理生理機制提供了幫助。

額葉具有加工及調節情感的作用。多項研究表明在抑郁病人中，額葉皮層的厚度和面積、皮層折疊系數以及體積等結構有不同程度的改變，抑郁癥病人在內側眶額葉的厚度會增加［11-12］。亦有研究認為，不僅額葉結構異常與認知下降、冗思等抑郁癥核心癥狀有關，額葉功能異常也與抑郁癥狀有密切關系［13］，其中與情感調節及執行力有關的腦區主要在額上回和額中回，因此額葉功能異常可能是情緒改變的一個主要原因。本研究中MTLEWD組在右側額中回FCD值高于MTLE組，提示額中回的功能異常活動可能在MTLEWD病理機制中起到重要作用。

楔前葉是默認網絡（default mode network，DMN）的重要樞紐，楔前葉位于頂葉的后內側部。人們認為DMN是神經認知功能核心網絡［14］，在認知功能中發揮著重要作用，它與情緒的加工、自我內省、內外環境的檢測、情景記憶的提取及維持意識的知覺等功能密切相關。人們認為抑郁病人在負面情緒上的記憶力和注意力有所增加，負面情緒可能與記憶過程及注意力之間有關聯，楔前葉與情景回憶、注意力集中、視覺空間有關［15］，楔前葉功能出現異常時，可能會表現出對積極情緒線索的注意力偏差。在默認網絡中與情緒有關的腦區出現功能異常時，可能導致無法正常合成信息從而出現情緒調節障礙，使MTLE病人更易出現抑郁癥狀。本研究中MTLE組和MTLEWD組雙側楔前葉FCD值大于對照組，表明楔前葉等和默認網絡中與情緒調節有關的腦區出現功能異常，可能導致顳葉內側癲癇病人更有可能出現抑郁癥狀。

研究報道伴有海馬硬化的MTLE病人的內側顳葉在結構和功能上均有改變［16］。顳葉也屬于默認網絡的一部分，不僅與癲癇發作有關，而且還通過影響認知、情感等方面參與了抑郁的病理過程［17］。有人認為內側顳葉（尤其是海馬）與人類的情感功能和記憶密切相關，尤其顳葉皮質在情緒處理和認知功能中也發揮著主要作用［18-19］。既往研究報道發現海馬中的5-HTA受體結合數量在抑郁病人和顳葉癲癇病人中數量明顯減少［20］，內側顳葉活動減少可能與對快樂記憶的處理減少有關，導致抑郁病人的愉快感減少，這種對愉快記憶處理的不平衡導致抑郁癥狀的出現［21］。在本研究中MTLEWD組和MTLE組在雙側顳中回、雙側顳下回的FCD值均低于對照組，MTLEWD組在雙側顳下回、雙側顳極：顳上回、雙側顳極：顳中回的FCD值較MTLE組低，MTLEWD組在雙側海馬的FCD值均低于MTLE組和對照組，說明在顳葉尤其是海馬區功能鏈接密度的降低可能參與了抑郁的產生過程。

小腦不僅參與調節平衡和控制運動，而且具有非運動功能，在情緒處理過程中也起著關鍵作用。一項動物研究發現小腦深部（特別是齒狀核和頂核）的活動降低與癲癇發作有關［22］；另外一項在癲癇模型中的試驗指出刺激中央的小腦核可終止癲癇發作［23］，因此小腦在癲癇發作中也起著一定的作用。有研究在抑郁癥病人中觀察到小腦功能的改變，提出小腦的不同亞區可能與相應的大腦區域連接，因此不同區域小腦功能映射至各個不同的大腦區域內，小腦8區主要與運動和體感激活有關；在執行和語言任務中的小腦cruse 1區與7b區激活，cruse 1區與7b也參與情緒處理的過程，考慮可能是大腦皮質經由多突觸回路與小腦連通［24］；小腦cruse 1區和cruse 2區與頂葉皮質和背外側前額葉皮質之間存在功能連接［25］，映射至大腦的默認網絡區域，還有研究結果顯示小腦中有1/2腦區與大腦的默認網絡和認知控制網絡有連接，其中cruse 1區和cruse 2區是與上述兩個網絡相連的主要區域。小腦功能障礙可能會減慢察覺情緒狀態所需的數據集成過程，導致小腦功能受損病人不能明確認識他們的情緒狀態［26］。本研究中MTLEWD病人組和MTLE病人組在小腦cruse 1區、cruse 2區、7b區和8區的功能連接密度均低于健康對照組，說明小腦可能同時參與了顳葉內側癲癇的發作和抑郁的產生。

綜上所述，本研究中MTLEWD病人功能異常腦區大部分集中在默認網絡腦區以及小腦，這些腦區的異常可能是病人共病抑郁的主要原因；另外發現在楔前葉、額葉的腦功能異常，考慮這些腦區也參與了情緒調節過程，從而導致顳葉內側癲癇共患抑郁的發生。

4 結論

MTLEWD病人異常腦區主要集中在額葉-邊緣系統及默認網絡相關腦區，上述腦區功能紊亂與病人的抑郁癥狀相關；Rs-fMRI能夠客觀地對病人進行功能評價，可能為癲癇共病抑郁的潛在機制提供新的理論依據。

5 總結與展望

現在人們越來越重視癲癇共病抑郁的發生，尤其是發病率較多的顳葉癲癇病人，作為臨床醫生不僅要關注癇性發作的控制情況，更要及早識別出共病抑郁癥狀的情況，及時給予干預以改善此類病人生活質量。Rs-fMRI能夠更客觀地對病人腦功能進行評價，為癲癇共病抑郁的潛在機制提供新的理論依據以便及早治療。本研究采用FCD分析指標分析了顳葉內側癲癇共患抑郁病人異常腦區。本研究存在局限性，樣本量較小，可進一步擴大樣本進行研究，并將病人按照發作類型進行比較細致的分析，以便于進一步地研究顳葉癲癇人的腦神經網絡變化及其與精神、抑郁障礙以及相關共病之間的關系，為研究其相關的病因機制奠定了基礎。