基于靜息態(tài)fMRI對無先兆偏頭痛病人疼痛主要相關(guān)腦網(wǎng)絡(luò)的研究

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偏頭痛是一種由于血管舒縮功能障礙引起的特發(fā)性頭痛，具有周期性發(fā)作的特點。相關(guān)流行病學(xué)研究顯示，世界偏頭痛的年發(fā)病率為12%[1]，中國偏頭痛的年發(fā)病率為9.3%[2]。其發(fā)病率高，遷延難愈，嚴重影響人們的工作效率和生活質(zhì)量。偏頭痛的發(fā)病機制復(fù)雜，迄今尚未明確。近年來伴隨神經(jīng)影像學(xué)技術(shù)發(fā)展，功能磁共振成像技術(shù)(functional magnetic resonance imaging，fMRI)已被廣泛應(yīng)用于偏頭痛的神經(jīng)影像學(xué)機制研究。發(fā)表在Lancet Neurology的影像學(xué)研究綜述指出[3]，偏頭痛病人腦功能網(wǎng)絡(luò)的異常是長期反復(fù)疼痛發(fā)作的累積效應(yīng)所導(dǎo)致的。因此從靜息態(tài)腦功能網(wǎng)絡(luò)層面來研究偏頭痛的發(fā)病與干預(yù)機制已成為當今研究熱點。

1 資料與方法

1.1 一般資料 納入2013年1月—2015 年12月在東直門醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科門診就診的無先兆偏頭痛病人17 例，其中男4例，女13例，年齡(28.47±6.30)歲。同時納入健康受試者17名，其中男5名，女12名，年齡(27.18±4.69)歲。兩組年齡、性別比較無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。

1.2 病例選擇標準 診斷標準：參考2004年國際頭痛學(xué)會(IHS)制定的“頭痛疾患的國際分類”(ICHD-2) 中無先兆偏頭痛的診斷標準。納入標準：符合無先兆偏頭痛的診斷標準；年齡18歲～60歲；近3個月來，病人頭痛發(fā)作頻次(2～6)次/月；偏頭痛病史持續(xù)1年以上；近3個月未服用血管活性藥物或者鎮(zhèn)靜精神類藥物；無核磁掃描禁忌癥；簽署知情同意書。排除標準：合并心、肝、腎以及造血系統(tǒng)等嚴重原發(fā)性疾病者；精神病病人，易合并感染及出血者；不能理解配合檢查等其他核磁檢查禁忌者。所有健康受試者均無器質(zhì)性疾病。

1.3 試驗設(shè)計 被納入所有受試者均進行靜息態(tài)和T1 結(jié)構(gòu)像掃描。靜息態(tài)掃描：受試者經(jīng)休息平靜后，連續(xù)掃描8 min 10 s；高分辨T1 結(jié)構(gòu)像：在結(jié)束靜息態(tài)掃描后連續(xù)掃描4 min 10 s。

1.4 數(shù)據(jù)采集 所有磁共振成像均應(yīng)用東直門醫(yī)院核磁室3.0T 西門子磁共振掃描儀完成。其中功能像的各項參數(shù)為：FOV=225 mm×225 mm，matrix=64×64，層厚3.5 mm，TR=2 000 ms，TE=30 ms，翻轉(zhuǎn)角為90°。結(jié)構(gòu)像的各項參數(shù)為：FOV=250 mm×250 mm，matrix=256×256，層厚1 mm，TR=1 900 ms，TE=2.52 ms，翻轉(zhuǎn)角90°。

1.5 數(shù)據(jù)預(yù)處理 應(yīng)用英國倫敦大學(xué)神經(jīng)影像中心開發(fā)的SPM12 軟件包和北京師范大學(xué)認知實驗室研制的DPARSF2.3軟件包對數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，其過程包括去掉前10個時點，再進行層面時間校正，隨之進行頭動矯正，然后將采集的每個受試者圖像標準腦模板，以體素3 mm×3 mm×3 mm 進行空間標化，平滑核取4 mm×4 mm×4 mm，最后進行去線性漂移。

1.6 數(shù)據(jù)分析 使用GIFT軟件包對預(yù)處理后的數(shù)據(jù)進行獨立成分分析，MDL預(yù)估成分數(shù)量，進行獨立成分分析后的數(shù)據(jù)進行功率計算。保留頻率在(0.01～0.10) Hz的成分，使用GIFT自帶額頂網(wǎng)絡(luò)模板及best-fit方法選取最終默認模式網(wǎng)絡(luò)、感覺運動網(wǎng)絡(luò)、右側(cè)額頂網(wǎng)絡(luò)成分，提取每個被試者的上述3個腦網(wǎng)絡(luò)成分。并將所得數(shù)據(jù)進行Fisher-Z轉(zhuǎn)換，得到每個受試者的功能連接度圖，最后將兩組數(shù)據(jù)進行獨立樣本t檢驗，分別應(yīng)用三個網(wǎng)絡(luò)作為mask，結(jié)果使用蒙特卡羅模擬迭代1 000次進行簇校正，限定簇大小分別為：默認模式網(wǎng)絡(luò)大于36個體素，感覺運動網(wǎng)絡(luò)大于31個體素，右側(cè)額頂網(wǎng)絡(luò)大于30個體素。以P<0.05為有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié) 果

無先兆偏頭痛病人與健康受試者對比，獨立成分分析的結(jié)果顯示，病人在默認模式網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，右額上回和右額內(nèi)側(cè)回的功能連接度減弱，無功能連接度增強的腦區(qū)。詳見表1和圖1。在感覺運動網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，雙側(cè)中央前回、左額下回和右額中回的功能連接度減弱，無功能連接度增強的腦區(qū)。詳見表2和圖2。在右側(cè)額頂網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，右額中回和右額下回的功能連接度增強，無功能連接度減弱的腦區(qū)。詳見表3和圖3。

表1 無先兆偏頭痛病人默認模式網(wǎng)絡(luò)功能連度改變的腦區(qū)

表2 無先兆偏頭痛病人感覺運動網(wǎng)絡(luò)功能連度改變的腦區(qū)

表3 無先兆偏頭痛病人右側(cè)額頂網(wǎng)絡(luò)功能連度改變的腦區(qū)

圖1 與健康受試者對比無先兆偏頭痛病人默認模式網(wǎng)絡(luò)功能連接度減弱的腦區(qū)

圖2與健康受試者對比無先兆偏頭痛病人感覺運動網(wǎng)絡(luò)功能連接度減弱的腦區(qū)

圖3 與健康受試者對比無先兆偏頭痛病人右側(cè)額頂網(wǎng)絡(luò)功能連接度增強的腦區(qū)

3 討 論

2009年發(fā)表在PNAS上的論文應(yīng)用獨立成分分析法提取出大腦內(nèi)7個靜息腦功能網(wǎng)絡(luò)，其中默認模式網(wǎng)絡(luò)、感覺運動網(wǎng)絡(luò)、右側(cè)額頂網(wǎng)絡(luò)是其中3個與疼痛的傳遞和處理主要相關(guān)的靜息態(tài)腦功能網(wǎng)絡(luò)[4]。最近發(fā)表在Lancet Neurology的綜述指出[5]，應(yīng)用功能連通性分析特異腦區(qū)和責(zé)任網(wǎng)絡(luò)，探索偏頭痛神經(jīng)影像學(xué)機制，可為偏頭痛的防治提供新的靶標，也可作為防治偏頭痛早期效應(yīng)的生物學(xué)標記。因此對這3個腦功能網(wǎng)絡(luò)的深入研究可探討無先兆偏頭痛的生理病理的影像學(xué)機制。

默認模式網(wǎng)絡(luò)直接影響著人們的心理活動，其主要負責(zé)大腦對內(nèi)外環(huán)境的監(jiān)測、情緒的加工、自我內(nèi)省等功能[6]。近來研究表明默認模式網(wǎng)絡(luò)在多種神經(jīng)精神類疾病中存在特異性改變[7]。Tessitore等[8]對20例無先兆偏頭痛病人的默認模式網(wǎng)絡(luò)內(nèi)腦區(qū)功能連接度研究發(fā)現(xiàn)，默認模式網(wǎng)絡(luò)內(nèi)前額葉、頂葉腦區(qū)之間功能連接度降低。張勇等[9]對無先兆偏頭痛的默認模式網(wǎng)絡(luò)研究發(fā)現(xiàn)，多個腦區(qū)的功能連接度減低，無功能連接度增強的腦區(qū)存在。無先兆偏頭痛病人默認模式網(wǎng)絡(luò)確實存在特征性改變，且這些改變多以默認模式網(wǎng)絡(luò)內(nèi)腦區(qū)功能連接度降低為主。

感覺運動網(wǎng)絡(luò)主要參與運動控制與軀體感知覺和痛覺的處理[4]。額頂網(wǎng)絡(luò)主要參與感覺的形成與傳遞，認知的處理及語言功能，其中右側(cè)額頂網(wǎng)絡(luò)主要參與軀體感知覺和痛覺的處理[4]。本研究結(jié)果表明在這兩個網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的前額葉皮層在各自網(wǎng)絡(luò)內(nèi)功能連接度都發(fā)生了特征性變化。既往研究發(fā)現(xiàn)前額葉皮層與記憶、認知、情感等功能有關(guān)，并且對疼痛刺激相對“敏感”，能通過腦干間接參與疼痛調(diào)節(jié)繼而影響疼痛的下行傳導(dǎo)通路[10]。國外學(xué)者研究表明對健康受試者疼痛刺激后，感覺運動網(wǎng)絡(luò)和右側(cè)額頂網(wǎng)絡(luò)內(nèi)包括額內(nèi)側(cè)回、中央前回、島葉等多個腦區(qū)的腦功能連接度增強[11-12]。Li等[13]對12例無先兆偏頭痛病人的右側(cè)額頂網(wǎng)絡(luò)研究發(fā)現(xiàn)，與健康人比較無先兆偏頭痛病人右側(cè)額頂網(wǎng)絡(luò)內(nèi)左側(cè)頂下小葉、中央前回、中央后回的功能連接度異常變化，而頂下小葉、中央前回、中央后回這些腦區(qū)都直接或間接參與疼痛的處理。表明作為直接參與疼痛處理的腦功能網(wǎng)絡(luò)發(fā)生了特征性改變，這些改變可能是疼痛長期反復(fù)刺激的結(jié)果[14]。

本研究探討了無先兆偏頭痛病人疼痛相關(guān)腦功能網(wǎng)絡(luò)的特征性變化，以期為臨床干預(yù)偏頭痛療效評價提供客觀生物學(xué)指標。但本研究也存在著諸多不足，受樣本量等因素的影響未提取出突顯網(wǎng)絡(luò)這一與疼痛處理相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)，有待更深入的研究觀察無先兆偏頭痛病人疼痛主要相關(guān)網(wǎng)絡(luò)的特征性變化，開展大樣本量觀察，深入探討不同病程、性別等因素對三個網(wǎng)絡(luò)的特征性影響。

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