右側顳葉癲癇患者后扣帶功能和結構連接與警覺功能的相關性研究☆

周克劍周慕華吳仕新葉偉李健萍鄭金甌

·論 著·

右側顳葉癲癇患者后扣帶功能和結構連接與警覺功能的相關性研究☆

周克劍*周慕華*吳仕新*葉偉*李健萍*鄭金甌*

目的利用靜息態(tài)功能磁共振（functional magnetic resonance imaging，fMRI）及彌散張量成像（diffusion tensor imaging，DTI）技術探討右側顳葉癲癇（right temporal lobe epilepsy，rTLE）患者后扣帶回功能與結構連接的改變及其與警覺功能關系。方法本實驗納入17例rTLE患者和21例健康對照，對所有被試進行靜息態(tài)fMRI及DTI掃描、注意網絡測試（attention network test,ANT）評估警覺功能。結合靜息態(tài)fMRI和DTI分析rTLE患者后扣帶回功能連接和纖維的微結構改變，并對功能和結構與警覺行相關分析。結果與健康對照相比，rTLE患者固有警覺（intrinsic alertness,IA）與位相性警覺（phasic alertness,PA）的平均反應時間均顯著延長（t=-2.771，-2.671；P= 0.009，0.011），rTLE患者右后扣帶回FA值顯著降低（t=-2.136，P=0.040），rTLE患者左后扣帶回與右顳極-顳中回、左顳下回、左額上-額中回、右后扣帶回的功能連接（functional connectivity,FC）下降（P＜0.05，AlphaSim校正，體素值＞46），右后扣帶回與右顳極-顳中回、右海馬、右海馬旁回、左后扣帶回的FC下降（P＜0.05，AlphaSim校正，體素值＞43）。rTLE患者左后扣帶回與左額上-額中回間下降的FC與警覺效應行為學成績呈負相關（r=-0.724，P=0.001），右后扣帶回與左后扣帶回間下降的FC與固有警覺（r=-0.484，P=0.049）及位相性警覺呈負相關（r=-0.515，P=0.035）。結論rTLE患者后扣帶回警覺功能網絡完整性受到破壞，rTLE患者右后扣帶回纖維束顯著受損，rTLE患者后扣帶回間及左后扣帶回與左額上-額中回間的功能連接下降可導致警覺功能下降。

顳葉癲癇 靜息態(tài)功能磁共振 彌散張量成像 后扣帶回 警覺

顳葉癲癇（temporal lobe epilepsy，TLE）是最常見的部分性癲癇。TLE患者存在不同程度認知功能障礙，其中注意是認知功能的核心，由警覺、定向、執(zhí)行3個部分組成，而警覺分為固有警覺和位相性警覺。額葉、頂葉、顳葉皮層以及丘腦、腦干是警覺網絡的重要組成部分，且人類警覺相關腦網絡存在右側大腦半球偏側優(yōu)勢[1]。后扣帶回是邊緣系統(tǒng)重要組成部分，也是靜息態(tài)默認網絡（default mode network，DMN）的一個重要區(qū)域，在情節(jié)記憶、空間注意、自我評價等認知功能中起重要作用。研究表明，早期輕度認知功能障礙患者后扣帶回代謝減低與海馬萎縮相關[2]，對伴認知功能障礙的多發(fā)性硬化患者進行研究發(fā)現后扣帶回與內側前額葉間功能連接降低[3]。因此我們推測TLE可導致后扣帶回的損害，進而影響警覺功能。應用靜息態(tài)fMRI和DTI研究rTLE患者后扣帶回功能連接和纖維的微結構改變，以及與警覺功能行為學的關系，探討rTEL患者后扣帶功能和結構的變化以及在警覺功能中的作用。

1 對象與方法

1.1 研究對象選擇2014年9月至2015年12月于本院癲癇門診或住院治療的17例rTLE患者。rTLE組納入標準[4]：①臨床發(fā)作癥狀提示致癇灶位于顳葉；②影像學存在右側顳葉病灶，右側海馬硬化或萎縮；③發(fā)作期或發(fā)作間期EEG提示癇性病灶位于右側顳葉；④遵照國際抗癲癇聯盟癲癇發(fā)作和癲癇綜合征的治療指南（2006）規(guī)范化使用抗癲癇藥物；⑤簡易智能量表（MMSE）評分均＞24分。排除標準：①合并其他嚴重軀體疾??；②藥物濫用者；③檢查不合作者。選擇性別、年齡、受教育程度及MMSE評分與rTLE組相匹配的21例健康自愿者作對照研究，所有被試者入組前詳細告知并取得其知情同意，本研究得到廣西醫(yī)科大學倫理委員會認可。

1.2 方法

1.2.1 注意網絡測試采用Fan等設計的注意網絡測試（attention network test，ANT）。被試者眼睛距屏幕60 cm，注視屏幕中間的“+”，刺激信號可出現在屏幕中央的上或下方，包括干擾項“*”及箭頭“→”。干擾項的出現分4種：不出現、在中央出現、在中央上下方同時出現（雙重暗示）、在中央上下方分別出現（空間暗示）。箭頭出現的狀態(tài)有3種：單個箭頭、箭頭出現方向不一致、箭頭只在中間出現。被試者手指置于按鍵上，準確迅速判斷箭頭的方向。整個實驗耗時約30 min。警覺效應RT=無暗示RT-雙重暗示RT。

1.2.2 設備及成像方法 使用荷蘭Philips公司Achiera 3.0 T磁共振掃描系統(tǒng)，頭部使用正交線圈及固定裝置。結構像掃描（T1加權）：自旋回波序列，TR=2000 ms，TE=10 ms，層厚=5 mm，間距=1 mm；靜息態(tài)fMRI數據采集：使用EPI序列，TR= 2000 ms，TE=30 ms，層厚=5 mm，層距=1 mm，共31層，體素大小=3.44 mm×3.44 mm×6.00 mm，FOV= 220 mm×220 mm，翻轉角90°，掃描時間180 s；DTI序列：采用ZOOM梯度場，DW-EPI序列橫軸位掃描，TR=1000 ms，TE=15 ms，層厚=2 mm，層距=0 cm，FOV=24 cm×24 cm，矩陣=128×128，2NEX。采用b值為0,1000 m2/s。彌散敏感梯度為非同一直線上的32個梯度方向，掃描時間為224 s。所有被試參數設置是一致。

1.3 數據處理

1.3.1 受試者ANT數據采用SPSS17.0軟件進行統(tǒng)計分析，計量資料以（s）表示，組間比較采用成組設計t檢驗方法分析（P＜0.05）。

1.3.2 fMRI數據空間預處理：采用DPARSF（http:// resting-fmri.sourceforge.net）軟件，去除前面10個時間點，然后進行時間、頭動校正，去除頭動＞2.5 mm，轉動＞2.5°的被試0例；將上述處理得到的影像數據配準到自體T1模板，體素大小重采樣為3 mm×3 mm×3 mm；以全寬半高為4 mm進行高斯核平滑處理；去線性漂移、低頻濾波（0.01 Hz～0.08 Hz）以減少高頻噪音及低頻漂移的影響；最后將頭動參數、全腦信號、腦白質、腦脊液信號作為協變量進行回歸分析，以減少這些信號的影響。

采用REST（http://resting-fmri.sourforge.net）軟件以ALL為模板提取被試者雙側后扣帶為種子點，進行全腦逐體素功能連接（voxel-wise FC）分析。分別提取雙側后扣帶BOLD信號的平均時間序列，通過Pearson，s相關分析分別計算雙側后扣帶與全腦各體素BOLD信號時間序列的相關性，生成相關圖，將得到的相關系數r進行Fisher轉換成z值，獲得趨向正態(tài)分布的zFC數據。

采用REST（http://resting-fmri.sourforge.net）軟件對zFC數據進行統(tǒng)計分析。應用單樣本t檢驗進行組內比較（P＜0.005），分別獲取rTLE組、健康對照組與雙側后扣帶回存在正相關腦區(qū)，構建出雙側后扣帶回的靜息態(tài)功能網絡圖（zFC圖）。之后，計算rTLE、健康對照組內顯著的zFC圖并集作為mask，在zFC圖為模板的基礎上對兩組被試進行雙樣本t檢驗（P＜0.05），分別獲取rTLE與健康對照組間差異的雙側后扣帶回功能連接。單樣本及雙樣本t檢驗后均采用AlphaSim進行多重比較校正。

1.3.3 DTI數據 應用PANDA-1.3.0（29）（http:// www.nitrc.org/projects/panda/）軟件進行DTI數據處理，將DTI原始數據用T1圖像在個體空間通過仿射變換把彌散加權圖像配準到參考圖像（b0像）進行頭動和渦輪校正，通過最小二乘法擬合張量模型計算獲取每個被試的FA值，之后進行標準化和平滑處理及確定性纖維追蹤獲取全腦白質纖維束。然后分別將雙側后扣帶回作為感興趣區(qū)（ROI）導入Trackvis（http://www.trackvis.org/）軟件，計算出雙側后扣帶回的FA值。

1.3.4 相關分析 將在REST進行雙樣本t檢驗得到兩被試功能連接有差異的腦區(qū)作為ROI，提取兩被試ROI的功能連接值，分別與固有警覺、位相性警覺、警覺網絡反應時間在SPSS上作Pearson，s相關分析；雙側后扣帶回的FA值分別與兩被試雙側后扣帶功能連接值、固有警覺、位相性警覺、警覺網絡反應時間在SPSS上作Pearson，s相關分析（P＜0.05）。

2 結果

2.1 行為學測試結果與健康對照組相比，rTLE組的固有警覺（intrinsic alertness，IA）與位相性警覺（phasic alertness，PA）的平均反應時間均顯著延長，差異有統(tǒng)計學意義（t=-2.771，-2.671；P= 0.009，0.011）；rTLE組與健康對照組的警覺效應（ANT）比較，差異無統(tǒng)計學意義（t=-0.054，P= 0.957）（見表1）。

2.2 彌散張量成像的FA結果與健康對照組相比，rTLE組的右后扣帶回的FA值顯著降低，差異有統(tǒng)計學意義（t=-2.136，P=0.040）；rTLE組與健康對照組左后扣帶FA比較，差異無統(tǒng)計學意義（t=-1.263，P=0.215）（見表2及圖1）。

2.3 功能磁共振成像的FC結果在健康對照組與rTLE組中，左、右側后扣帶回呈現出相似的靜息態(tài)警覺功能網絡，雙側后扣帶回均與以下腦區(qū)存在顯著的正性功能連接：額葉、顳葉、頂葉、邊緣葉、后扣帶回及皮層下結構，包括丘腦和小腦（P＜0.005，AlphaSim校正，體素值＞12）（見圖2）。

2.4 rTLE組異常的后扣帶回靜息態(tài)警覺功能網絡與健康對照組相比，rTLE組雙側扣帶回的功能連接強度均下降（左后扣帶回為種子點：P＜0.05，Al?phaSim校正，體素值＞46；右后扣帶回為種子點：P＜0.05，AlphaSim校正，體素值＞43）。與左后扣帶回功能連接下降的腦區(qū)包括右顳極-顳中回、左顳下回、左額上-額中回、右后扣帶回；與右后扣帶回功能連接下降的腦區(qū)包括右顳極-顳中回、右海馬、右海馬旁回、左后扣帶回。見表3及圖3。

2.5 rTLE組異常的后扣帶回功能連接與行為學之間的相關性rTLE組中，左后扣帶回與左額上-額中回之間下降的功能連接與警覺效應行為學成績呈負相關（r=-0.724，P=0.001，圖4A）；右后扣帶回與左后扣帶回之間下降的功能連接與固有警覺（r=-0.484，P=0.049，圖4B）及位相性警覺（r=-0.515，P=0.035，圖4C）呈負相關。

2.6rTLE組左后扣帶回FA與FC、固有警覺、位相性警覺及警覺效應行為學之間均無顯著相關性（r=-0.183，0.083，0.098，-0.067；均P＞0.05）；rTLE組右后扣帶回FA與FC、固有警覺、位相性警覺及警覺效應行為學之間均無顯著相關性（r=-0.071，-0.165，-0.091，-0.212；均P＞0.05）。

3 討論

圖1 A：健康對照者雙側后扣帶白質纖維束；B：rTLE患者雙側后扣帶白質纖維束

圖2 rTLE組與健康對照組后扣帶回靜息態(tài)警覺功能網絡。A.健康對照組左側后扣帶回的功能連接圖；B.rTLE組左側后扣帶回的功能連接圖；C.健康對照組右側后扣帶回的功能連接圖；D. rTLE組右側后扣帶回的功能連接圖（P＜0.005，AlphaSim校正，體素值＞12）。暖色代表與后扣帶存在正性功能連接腦區(qū)。

圖3 rTLE組與健康對照組比較顯著異常的后扣帶靜息態(tài)警覺功能網絡。A.rTLE組下降的左后扣帶功能連接（P＜0.05,Alpha?Sim校正,體素值＞46）；B.rTLE組下降的右后扣帶回功能連接（P＜0.05,AlphaSim校正,體素值＞43）。冷色代表rTLE組與后扣帶回功能連接下降的腦區(qū)

表1 rTLE組與健康對照組間行為學測試結果比較

后扣帶回、海馬、海馬旁回是DMN及Papez環(huán)路的組成部分，在情節(jié)記憶、空間注意、自我評價等認知功能中起重要作用。本研究中rTLE患者后扣帶回間及右后扣帶回與同側海馬、海馬旁回的功能連接下降，與既往研究報道的TLE患者DMN間功能連接降低相符[5]。推測rTLE患者后扣帶回間及右后扣帶回與同側海馬、海馬旁回功能連接的下降可能由于右側顳葉致癇灶反復癇性放電通過Papez環(huán)路擴散達后扣帶及同側海馬、海馬旁回所致。此外rTLE患者的后扣帶回與額葉、顳葉的功能連接下降，或與顳葉自身結構的改變有關，且顳葉致癇灶反復癇性放電可擴步到額區(qū)引起額葉的損害。

本研究利用DTI及纖維追蹤技術發(fā)現rTLE患者右后扣帶回FA值明顯降低，提示右后扣帶束纖維完整性受到破壞。扣帶束連接額葉、顳葉、頂葉及扣帶回皮質等區(qū)域[6]，長期癲癇發(fā)作導致神經元變性、髓鞘脫失及白質纖維束變性，導致右后扣帶回與海馬、皮質等結構之間的連接發(fā)生改變，使rTLE患者的認知功能發(fā)生改變。rTLE患者左后扣帶回FA值與健康對照組間并未存在差異，與TLE患者雙側扣帶軸索完整性受到明顯破壞不符[7]，這可能與右側顳葉致癇病灶反復癇性放電更多地向右側后扣帶回擴部所致，隨著病程的延長左后扣帶回的纖維束是否受損有待進一步研究。

表2 rTLE組與健康對照組后扣帶回FA值比較

TLE常導致不同程度的注意、學習、記憶、語言等認知功能障礙。我們的研究結果顯示rTLE患者的固有及位相性警覺出現了損害，類似結果亦發(fā)現于兒童失神發(fā)作性癲癇的神經心理學研究中[8]。但并未觀察到rTLE組與健康對照組的警覺效應存在差異，其原因可能是：①暗示呈現時間短暫，被試易受注意力分散、視力及其他混合因素干擾；②暗示方式、箭頭方向可影響行為學的RT；③ANT無法測出TLE患者與健康對照組之間警覺功能的差異；④rTLE患者固有警覺與位相性警覺的反應時間均較健康對照者顯著延長，二者反應時間延長程度大致相等，計算后得出rTLE患者警覺效應行為學成績與健康對照者無顯著差異。

圖4 A：rTLE組左后扣帶回與左額上-額中回間下降的功能連接與警覺效應行為學成績顯著負相關；B：rTLE組右后扣帶回與左后扣帶回間下降的功能連接與固有警覺顯著負相關；C：rTLE組右后扣帶回與左后扣帶回間下降的功能連接與位相性警覺顯著負相關（P＜0.05）

表3 rTLE組與健康對照組比較功能連接差異的腦區(qū)（P＜0.05，AlphaSim校正）

額葉是人類警覺網絡的重要組成部分，右側海馬硬化患者的額葉代謝活性減低[9]，TLE患者警覺任務態(tài)fMRI研究顯示右側額葉激活下降[10]。早期輕度認知功能障礙患者的后扣帶回代謝活性降低[2]。提示額葉、后扣帶回損害與認知功能有關。我們的研究發(fā)現，rTLE患者后扣帶回間下降的功能連接與固有及位相性警覺呈負相關，即功能連接下降，固有及位相性警覺反應時間延長，固有及位相性警覺功能下降。這可能與rTLE反復癇性放電通過Papez環(huán)路擴散至后扣帶回，導致后扣帶回間功能連接下降，引起固有和位相性警覺下降，當后扣帶回損害到一定程度時，則出現警覺效應的下降。本研究中rTLE患者左后扣帶回與左額上-額中回間下降的功能連接與警覺效應行為學成績呈負相關，即功能連接下降，警覺反應時間延長，警覺效應下降，提示警覺功能并不局限于后扣帶回，左額上-額中回的損害可能使rTLE患者的警覺功能進一步受損。有研究表明，伴雙側海馬硬化TLE患者穹窿、扣帶、鉤束受損的纖維微結構與命名、語言流暢性及其處理速度等認知功能間無顯著相關性[7]；而平均病程為22年的TLE患者雙側扣帶束FA值較健康對照顯著降低[11]，但未發(fā)現平均病程為5年的兒童TLE患者存在相同改變[12]。本研究未發(fā)現rTLE組后扣帶回的FA與FC、固有警覺、位相性警覺及警覺效應行為學之間存在明顯相關性，考慮病程的長短、纖維連接的重建、其他腦區(qū)代償均有可能影響它們之間的關系。

我們的研究表明rTLE患者后扣帶回警覺功能網絡完整性受到破壞，rTLE患者右后扣帶回纖維束顯著受損，rTLE患者后扣帶回間及左后扣帶回與左額上-額中回間的功能連接下降可導致警覺功能下降。由于人類警覺相關腦網絡存在顯著右偏側優(yōu)勢[1]，研究只納入了rTLE患者，缺乏對左側TLE患者右扣帶回警覺功能的研究；另外本研究缺乏對rTLE患者警覺功能進行長期的前瞻性研究，這都有待進一步擴展研究。

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Right temporal lobe epilepsy:Abnormal functional and structural connectivity in the posterior cingulate cortex and their relationship with alertness performance.

ZHOU Kejian,ZHOU Muhua,WU Shixin,YE Wei,LI Ji?anping,ZHENG Jinou.Department of Neurology,the First Affiliated Hospital of Guangxi Medical University,Nanning, 530021,China.Tel:0771-5356504.

ObjectiveThe present study aimed to study the alterations of resting state functional connectivity and structural connectivity in the posterior cingulate cortex and their relationships with alertness performance in patients with right temporal lobe epilepsy(rTLE).MethodsA total of 17 right TLE patients and 21 healthy controls were recruited for the current study.All of the participants underwent a resting state functional magnetic resonance imaging(fMRI)and dif?fusion tensor imaging(DTI)scan,and an attention network test(ANT)for the evaluation of their alertness performance. We combined fMRI with DTI to investigate changes in functional and structural connectivity in the posterior cingulate cortex in patients with rTLE.Correlation analysis method was used to analyze the relationship between functional and structural connectivity strength and the alertness performance.ResultsThe reaction times of intrinsic alertness(IA)and phasic alertness(PA)performance were significantly longer in rTLE patients（t=-2.771，-2.671；P=0.009，0.011）.Thefractional anisotropy(FA)was significantly lower in rTLE patients(t=-2.136,P=0.040).The temporal-pole-middleright,left inferior temporal gyrus,frontal-superior-medial-left and right posterior cingulate cortex showed deceased functional connectivity with the left posterior cingulate cortex in the rTLE patient group(P＜0.05,AlphaSim corrected,clus?ter size＞46).The temporal-pole-middle-right,right hippocampus,right parahippocampal gyrus and left posterior cingu?late cortex showed deceased functional connectivity with the right posterior cingulate cortex in the rTLE patient group(P＜0.05,AlphaSim corrected，cluster size＞43).In the rTLE patient group,the decreased functional connectivity of the left pos?terior cingulate cortex and frontal-superior-medial-left was significantly correlated with the alertness effect performance (r=-0.724,P=0.001);the decreased functional connectivity of the right posterior cingulate cortex and the left posterior cin?gulate cortex was significantly correlated with the intrinsic(r=-0.484,P=0.049)and phasic alertness performance(r=-0.51, P=0.035).ConclusionsOur findings suggest that there is the impairment of posterior cingulate cortex alertness functional networks in patients with rTLE.The fasciculus of the right posterior cingulate cortex is damaged in rTLE patients.The de?creased functional connectivity in the posterior cingulate cortex and frontal-superior-medial-left,the right posterior cin?gulate cortex and the left posterior cingulate cortex may cause alertness functional impairment in rTLE patients.

Temporal lobe epilepsy Resting state functional magnetic resonance imaging Diffusion tensor imag?ing Posterior cingulate cortex Alertness

A

2016-08-24）

（責任編輯:李立）

10.3969/j.issn.1002-0152.2017.01.004

☆ 國家自然科學基金（編號：81360202）；國家自然科學基金（編號：81560223）；廣西自然科學基金（編號：2015GXNSFAA139129）

*廣西醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院神經內科（南寧530021）

（E-mail:jio2006@163.com）