基于眼動(dòng)參數(shù)檢測(cè)的阿爾茨海默癥診斷技術(shù)研究

遲英凱， 王 登綜述， 遲健男審校

阿爾茨海默癥起病極其隱匿，在治療上只能依靠良好的護(hù)理來(lái)延緩病情的發(fā)展，在診斷上也只能通過(guò)排除其他已知病因的癡呆來(lái)確診。隨著人口老齡化的加劇，其發(fā)病率逐年遞增，根據(jù)《2018年世界阿爾茨海默癥報(bào)告》數(shù)據(jù)[1]，全球平均每3秒鐘新增一位患者，預(yù)計(jì)2050年患者總數(shù)將達(dá)1.52億人。研究表明生物學(xué)標(biāo)志物可能診斷阿爾茨海默癥[2～4]，但需要時(shí)間周期長(zhǎng)，操作復(fù)雜，不容易引入臨床中。因此尋求一種簡(jiǎn)便、可靠以及非侵入性的方法早期診斷阿爾茨海默癥，日益迫切。本文總結(jié)了與眼動(dòng)相關(guān)的阿爾茨海默癥診斷方法，主要從阿爾茨海默癥擴(kuò)瞳實(shí)驗(yàn)、瞳孔閃光反應(yīng)實(shí)驗(yàn)、情景記憶法等方面進(jìn)行闡述。與其他技術(shù)相比，監(jiān)測(cè)眼睛參數(shù)的動(dòng)態(tài)變化更直觀，非侵害，無(wú)痛苦。

1 基于眼動(dòng)參數(shù)檢測(cè)的阿爾茨海默癥診斷技術(shù)

1.1 擴(kuò)瞳實(shí)驗(yàn) 阿爾茨海默癥患者的瞳孔對(duì)低濃度的托吡卡胺溶液能產(chǎn)生明顯的擴(kuò)張反應(yīng)。阿爾茨海默癥患者最主要的神經(jīng)遞質(zhì)的缺陷就是乙酰膽堿缺陷[5]，而托吡卡胺是一種M4受體拮抗劑，與乙酰膽堿競(jìng)爭(zhēng)結(jié)合毒蕈堿的受體[6]。在乙酰膽堿缺陷的受試者中，由于受試者必須能夠?qū)ι倭康囊阴Ｄ憠A產(chǎn)生反應(yīng)，因此乙酰膽堿受體的靈敏度高于正常受試者。同時(shí)在乙酰膽堿缺陷的受試者中，托吡卡胺更容易克服少量的乙酰膽堿，即使非常稀釋的托吡卡胺溶液在這種情況下也能有效抑制毒蕈堿的受體，引起受試者瞳孔擴(kuò)張。

阿爾茨海默癥患者對(duì)乙酰膽堿受體阻滯劑敏感性的發(fā)現(xiàn)，為阿爾茨海默癥診斷研究打開(kāi)了一個(gè)新的研究方向。Scinto等[7]人首先試圖對(duì)此進(jìn)行驗(yàn)證，將瞳孔作為研究對(duì)象，對(duì)阿爾茨海默癥患者的眼睛滴加0.01%的托吡卡胺溶液，觀察其擴(kuò)瞳反應(yīng)。研究表明阿爾茨海默癥患者施用0.01%的托吡卡胺溶液后第29分鐘，瞳孔直徑擴(kuò)大13%以上，非阿爾茨海默癥患者和正常健康人均在8%以下。這與阿爾茨海默癥患者的膽堿能活性低，因而造成瞳孔反應(yīng)性增加相一致。

擴(kuò)瞳實(shí)驗(yàn)是一種簡(jiǎn)便且無(wú)創(chuàng)傷的方法，如果能夠得到重復(fù)驗(yàn)證，在臨床上的意義顯而易見(jiàn)。在Scinto之后，世界各國(guó)研究學(xué)者運(yùn)用不同的研究方法進(jìn)行了重復(fù)驗(yàn)證，均得到了相似的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。顏文偉等[8]采用非接觸型紅外線雙側(cè)瞳孔記錄分析儀跟蹤雙眼瞳孔直徑的變化，結(jié)果顯示阿爾茨海默癥患者的瞳孔滴入0.01%托吡卡胺溶液13～22 min后瞳孔擴(kuò)張最明顯，且將第18分鐘患者擴(kuò)瞳≥15%作為分界值來(lái)鑒別阿爾茨海默癥，敏感性和特異性均好。程文紅等[9]使用紅外線瞳孔攝像儀連續(xù)拍攝研究對(duì)象的瞳孔，證明可以將滴藥后第19分鐘瞳孔擴(kuò)大10%作為鑒定是否患有阿爾茨海默癥的分界值。

擴(kuò)瞳實(shí)驗(yàn)除適用于中晚期病例的診斷，也可用于早期診斷。項(xiàng)志清等[10]對(duì)52例阿爾茨海默癥患者和33例血管性癡呆患者以及58例老年對(duì)照組進(jìn)行了瞳孔擴(kuò)張實(shí)驗(yàn)，采用紅外線自動(dòng)瞳孔直徑記錄儀采集瞳孔數(shù)據(jù)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明在滴入托吡卡胺溶液18 min后，阿爾茨海默癥患者、血管型癡呆患者以及正常對(duì)照組之間瞳孔直徑百分比變化存在顯著差異。甚至一些阿爾茨海默癥患者雖僅有幾個(gè)月的癡呆病史，卻也表現(xiàn)出典型的陽(yáng)性結(jié)果。證明瞳孔擴(kuò)張實(shí)驗(yàn)不僅可以作為阿爾茨海默癥與血管性癡呆鑒別診斷的工具，也可以進(jìn)行阿爾茨海默癥的早期診斷。

托吡卡胺溶液的濃度對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果會(huì)產(chǎn)生很大的影響，在Scinto等人之后很多學(xué)者對(duì)其實(shí)驗(yàn)進(jìn)行效仿，但發(fā)現(xiàn)如果選用0.01%托吡卡胺溶液作為刺激，并不能區(qū)分阿爾茨海默癥患者和正常受試者。Atsuhiko Iijima等[7]將托吡卡胺溶液的濃度稀釋到0.005%時(shí)，施用于受試者，發(fā)現(xiàn)阿爾茨海默癥患者瞳孔顯示出非常明顯的擴(kuò)張反應(yīng)，且可以用60 min時(shí)瞳孔平均擴(kuò)張率為114.5%來(lái)鑒別阿爾茨海默癥。由此證明降低托吡卡胺溶液的濃度，可以提高實(shí)驗(yàn)的靈敏性。

越來(lái)越多的研究表明，阿爾茨海默癥在男女之間也存在差異。為了驗(yàn)證性別因素在擴(kuò)瞳實(shí)驗(yàn)中的影響，Maria Fridh等[11]對(duì)不同性別的阿爾茨海默癥患者瞳孔對(duì)托吡卡胺的反應(yīng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，結(jié)果卻表明瞳孔對(duì)托吡卡胺的反應(yīng)與性別也沒(méi)有顯著差異。原因可能是在阿爾茨海默癥診斷研究過(guò)程中對(duì)性別差異的關(guān)注甚小，研究界和公眾對(duì)這一方面缺少認(rèn)識(shí)和了解。最重要的是大多數(shù)關(guān)于阿爾茨海默癥危險(xiǎn)因素的研究都著眼于女性和男性的綜合數(shù)據(jù)，并沒(méi)有按性別分析數(shù)據(jù)來(lái)確定性別差異中更常見(jiàn)或更有預(yù)見(jiàn)性的危險(xiǎn)因素。

在樣本數(shù)量比較少的情況下，擴(kuò)瞳實(shí)驗(yàn)的有效性已經(jīng)被重復(fù)驗(yàn)證了多次。Kardon[12]總結(jié)了19篇阿爾茨海默癥患者擴(kuò)瞳實(shí)驗(yàn)報(bào)告，盡管不同學(xué)者的研究結(jié)果不盡相同，但只是擴(kuò)瞳差異程度不同。其原因可能主要取決于正常對(duì)照者的入選結(jié)果是否嚴(yán)格。至于擴(kuò)瞳實(shí)驗(yàn)的敏感性和特異性能否達(dá)到臨床應(yīng)用的水平，以及托吡卡胺溶液的濃度，研究對(duì)象的性別能否對(duì)擴(kuò)瞳實(shí)驗(yàn)的結(jié)果產(chǎn)生影響，還值得深入研究?？傊?，毋庸置疑的是，擴(kuò)瞳實(shí)驗(yàn)可以作為篩選阿爾茨海默癥的診斷方法之一，也可在鑒別阿爾茨海默癥與血管型癡呆時(shí)作為參考。

1.2 瞳孔閃光反應(yīng) 擴(kuò)瞳實(shí)驗(yàn)的主要問(wèn)題就是環(huán)境的穩(wěn)定性比較差，而且由于眼上皮的滲透性，可能導(dǎo)致瞳孔反應(yīng)的結(jié)果差強(qiáng)人意。擴(kuò)瞳實(shí)驗(yàn)的限制促進(jìn)了更可靠的光學(xué)方法的發(fā)展，即測(cè)量瞳孔的閃光反應(yīng)。該方法甚至可以區(qū)分癡呆的各個(gè)階段的患者，有助于阿爾茨海默癥早期診斷的研究。阿爾茨海默癥患者的瞳孔對(duì)光反射有特異性，F(xiàn)otiou等[13]人利用瞳孔閃光反應(yīng)研究抑郁癥患者是否存在去腎上腺素和膽堿能缺陷，盡管膽堿能缺陷在抑郁癥患者中體現(xiàn)的不是很明顯，但是為阿爾茨海默癥的診斷研究提供了思路。此后Fotiou等[13]又將瞳孔測(cè)量法類(lèi)比到阿爾茨海默癥患者中，通過(guò)分析瞳孔收縮開(kāi)始的等待時(shí)間以及最大的瞳孔縮小幅度，發(fā)現(xiàn)阿爾茨海默癥患者和正常對(duì)照組之間瞳孔參數(shù)存在顯著不同。驗(yàn)證了瞳孔動(dòng)態(tài)特性是一個(gè)有用的輔助早期診斷阿爾茨海默癥的指標(biāo),并且對(duì)于癡呆的不同類(lèi)型有特異性。甚至在患者接受抗膽堿酶的治療時(shí),這種特異性都可以被檢測(cè)出。

瞳孔動(dòng)態(tài)特性的研究在國(guó)外一直是心理學(xué)和生理學(xué)研究的一個(gè)重要領(lǐng)域。在瞳孔閃光實(shí)驗(yàn)中，可以發(fā)現(xiàn)很多眼動(dòng)參數(shù)都可以作為阿爾茨海默癥的診斷指標(biāo)，并且對(duì)于癡呆的不同類(lèi)型都具有特異性，例如瞳孔的震蕩次數(shù)。Fotiou等[13]人對(duì)受試者在黑暗條件下每隔20 ms施用一次閃光，記錄并分析在此期間瞳孔震蕩次數(shù)以及震蕩的范圍。結(jié)果表明阿爾茨海默癥患者在瞳孔閃光反應(yīng)期間會(huì)發(fā)生3到4次的瞳孔震蕩，而正常對(duì)照組受試者則會(huì)發(fā)生10次甚至更多的瞳孔震蕩。因此可以用光反射期間瞳孔震蕩次數(shù)來(lái)診斷阿爾茨海默癥。

瞳孔直徑也可以作為阿爾茨海默癥早期診斷研究過(guò)程中的分析指標(biāo)。國(guó)內(nèi)研究學(xué)者陳盛強(qiáng)等[14]利用瞳孔孔徑動(dòng)態(tài)變化測(cè)量分析裝置，提出定量分析瞳孔對(duì)光反應(yīng)的方法。研究發(fā)現(xiàn)，不同年齡組的瞳孔對(duì)光反射的瞳孔收縮速率不同，年齡越大越緩慢，收縮時(shí)間也不同，年齡越大，時(shí)間越長(zhǎng)。Vasilios Stergiou等[15]對(duì)帕金森病和認(rèn)知障礙患者施加閃光燈刺激，同時(shí)測(cè)量瞳孔收縮時(shí)間等眼動(dòng)參數(shù)。研究發(fā)現(xiàn)無(wú)帕金森病患者和存在認(rèn)知障礙的帕金森患者相比，其瞳孔最大收縮速度和最大收縮加速度明顯低于正常受試者。有認(rèn)知功能障礙和無(wú)認(rèn)知功能障礙的帕金森病患者相比，其瞳孔最大收縮速度、最大收縮加速度和幅值明顯低于無(wú)認(rèn)知功能障礙患者。由此可見(jiàn)，眼動(dòng)參數(shù)可成為阿爾茨海默癥診斷的研究指標(biāo)。

在瞳孔光反射期間，幾乎所有的眼動(dòng)參數(shù)在阿爾茨海默癥患者和正常對(duì)照組之間存在顯著不同。其中瞳孔最大收縮加速度被證實(shí)是將受試者分類(lèi)為正?；虬柎暮ＤY患者的最佳預(yù)測(cè)因子。Fotiou等[16]測(cè)量并報(bào)告了瞳孔光反射期間的十個(gè)參數(shù)，研究結(jié)果表明瞳孔最大收縮加速度可以作為區(qū)分阿爾茨海默癥患者和正常老年人的最佳分類(lèi)因子，阿爾茨海默癥患者的瞳孔最大收縮加速度在瞳孔光反應(yīng)期間顯著降低。瞳孔最大收縮加速度、最大收縮速度以及幅值均可作為分類(lèi)沒(méi)有認(rèn)知障礙的癡呆患者與正常老年人的最佳分類(lèi)因子。瞳孔最大收縮加速度可以作為區(qū)分沒(méi)有認(rèn)知障礙的癡呆患者和有認(rèn)知障礙的癡呆患者的最佳分類(lèi)因子，有認(rèn)知障礙的癡呆患者的最大瞳孔收縮加速度顯著降低。

在瞳孔光反射期間，瞳孔可以響應(yīng)白色或者紅色的光脈沖而產(chǎn)生直徑的變化，可以用來(lái)進(jìn)行阿爾茨海默癥的早期診斷。除此之外，由于內(nèi)在光敏性視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的存在，其他較短波長(zhǎng)的光脈沖也可以進(jìn)行阿爾茨海默癥的早期診斷。Wioletta Nowak等[17]使用瞳孔光反射波形的特征開(kāi)發(fā)了一套診斷系統(tǒng)，用于預(yù)測(cè)且診斷阿爾茨海默癥。其測(cè)量了兩種亮度水平下3種顏色光脈沖的瞳孔反應(yīng)的個(gè)性特征。3種光脈沖的顏色分別為紅色(635 nm)、藍(lán)色(470 nm)和白色，亮度水平分別為10和100。通過(guò)比較，發(fā)現(xiàn)阿爾茨海默癥患者和正常對(duì)照組受試者之間的一些特征存在顯著差異，特別是對(duì)于100強(qiáng)度藍(lán)光刺激時(shí)更明顯。至于年齡的差異主要體現(xiàn)在白色光脈沖刺激中，尤其在100強(qiáng)度光刺激時(shí)最明顯。

阿爾茨海默癥患者膽堿能缺陷等病理學(xué)上的改變，可以直觀的體現(xiàn)在瞳孔光反應(yīng)期間的各種眼動(dòng)數(shù)據(jù)的變化上。目前可以測(cè)得的參數(shù)有很多，包括光脈沖前瞳孔大小的平均值、瞳孔大小、光脈沖關(guān)閉后的瞳孔大小、最小瞳孔直徑、瞳孔直徑隨時(shí)間變化的大小、瞳孔收縮速度的最大值、瞳孔收縮加速度的最大值、瞳孔收縮開(kāi)始的延遲時(shí)間、出現(xiàn)瞳孔最小值時(shí)的時(shí)間等等。通過(guò)對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行處理，可以獲得阿爾茨海默癥患者與正常對(duì)照組數(shù)據(jù)的差異，進(jìn)而可以及早預(yù)測(cè)疾病的發(fā)生。

1.3 情景記憶法 情景記憶也是阿爾茨海默癥的一種方法，主要觀察和記錄被試者在自由觀看規(guī)定圖片時(shí)，檢測(cè)目標(biāo)對(duì)象的能力，眼動(dòng)參數(shù)的變化和眼球運(yùn)動(dòng)的軌跡，用來(lái)判斷是否患有阿爾茨海默癥。情景記憶衰退是阿爾茨海默癥和遺忘型輕度認(rèn)知障礙的主要臨床癥狀之一，超過(guò)了健康衰老能夠觀察到的下降。瞳孔對(duì)自然場(chǎng)景的反應(yīng)會(huì)隨著年齡的增長(zhǎng)以及阿爾茨海默癥狀態(tài)的嚴(yán)重而減弱，甚至在發(fā)病的早期階段也能表現(xiàn)的十分明顯。

為了探究情景記憶法早期預(yù)測(cè)阿爾茨海默癥的有效性，Dragan等[18]對(duì)阿爾茨海默癥患者的記憶能力進(jìn)行了研究并觀察了患者的瞳孔變化。實(shí)驗(yàn)選擇一系列自然場(chǎng)景圖片，包括野生動(dòng)物、城市、農(nóng)村和室內(nèi)場(chǎng)景，使用Adobe Photoshop修改每個(gè)場(chǎng)景的一個(gè)對(duì)象(場(chǎng)景里的顏色改變或者消失)，并對(duì)受試者進(jìn)行提問(wèn)，同時(shí)跟蹤受試者眼睛注視情況和瞳孔直徑大小。結(jié)果表明以新圖像和重復(fù)圖像作為開(kāi)始，瞳孔會(huì)發(fā)生快速的收縮，然后擴(kuò)張。且年齡較小的成年人在實(shí)驗(yàn)期間瞳孔峰值速度高于健康和阿爾茨海默癥患者，阿爾茨海默癥患者的瞳孔反應(yīng)速度比健康老年人和輕度認(rèn)知障礙患者的反應(yīng)速度低。正常年輕人和老年人相比，重復(fù)實(shí)驗(yàn)比新實(shí)驗(yàn)引起瞳孔更快的反應(yīng)速度，但是這種規(guī)律在輕度認(rèn)知障礙的患者和阿爾茨海默癥患者之間并不成立。總之瞳孔反應(yīng)的記憶依賴(lài)性差異可以將正常老年人、輕度認(rèn)知障礙患者和阿爾茨海默癥區(qū)分出來(lái)。

情景記憶法中除了觀察與瞳孔相關(guān)的眼動(dòng)參數(shù)之外，眼跳也被廣泛關(guān)注。Muriel Boucart等[19]對(duì)阿爾茨海默癥患者進(jìn)行了眼動(dòng)追蹤的研究，探究患者是否能準(zhǔn)確辨認(rèn)出含有動(dòng)物的圖片。實(shí)驗(yàn)刺激為從數(shù)據(jù)庫(kù)中選取的204張自然場(chǎng)景的照片。目標(biāo)動(dòng)物包括哺乳動(dòng)物、爬行動(dòng)物、昆蟲(chóng)、鳥(niǎo)類(lèi)、甲殼動(dòng)物和魚(yú)。干擾圖片是房屋、紀(jì)念碑、交通工具、鮮花、水果和風(fēng)景，既不包含動(dòng)物也不包含人類(lèi)，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中使用眼動(dòng)儀記錄眼動(dòng)數(shù)據(jù)。結(jié)果表明，實(shí)驗(yàn)組和對(duì)照組之間的判斷準(zhǔn)確性存在顯著差異，即使在發(fā)病的輕微階段，也能表現(xiàn)出來(lái)。但是兩組之間的動(dòng)眼神經(jīng)參數(shù)沒(méi)有差異。文中指出雖然大量研究已經(jīng)報(bào)道了衰老對(duì)眼球運(yùn)動(dòng)的影響，但似乎有些眼動(dòng)參數(shù)受到衰老的影響很小，如眼跳的潛伏期等。

2 問(wèn)題與展望

阿爾茨海默癥患者由于膽堿能缺陷以及其他病理學(xué)的改變，導(dǎo)致眼動(dòng)參數(shù)與正常人相比存在顯著差異。擴(kuò)瞳反應(yīng)、瞳孔光反應(yīng)以及情景記憶法等方法可以輔助判斷阿爾茨海默癥，有助于其早期診斷。但是不同的研究團(tuán)隊(duì)可能研究方法不一樣，導(dǎo)致可能會(huì)出現(xiàn)不同的診斷指標(biāo)和不同的研究結(jié)果。因此，提出以下幾點(diǎn)展望：首先，在擴(kuò)瞳實(shí)驗(yàn)的研究過(guò)程中一般使用托吡卡胺溶液作為刺激，改用其他藥品是否能將瞳孔擴(kuò)張?bào)w現(xiàn)的更加明顯。其次，瞳孔光反射期間，除了瞳孔相關(guān)參數(shù)以外，能否加入眨眼頻率以及眨眼間隔等其他參數(shù)。最后，上述各個(gè)實(shí)驗(yàn)中涉及的實(shí)驗(yàn)對(duì)象樣本量太小，只能從實(shí)驗(yàn)上證明各個(gè)指標(biāo)的有效性。為了將各個(gè)方法應(yīng)用到臨床上，尚需擴(kuò)大研究樣本量并統(tǒng)一研究方法以獲得一致性結(jié)論?？傊?，與阿爾茨海默癥相關(guān)的眼動(dòng)指標(biāo)有很多個(gè)，單一指標(biāo)一般不足以確定一種疾病，結(jié)果甚至與預(yù)測(cè)方向存在差異，因此多方面、多指標(biāo)相結(jié)合進(jìn)行診斷尤為重要。

3 結(jié) 論

本文總結(jié)的與阿爾茨海默癥相關(guān)的測(cè)量眼動(dòng)參數(shù)的方法，是一種簡(jiǎn)便的方法，與其他技術(shù)相比，直觀、非侵害且無(wú)痛苦。伴隨著預(yù)防醫(yī)學(xué)在神經(jīng)科學(xué)和精神病學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，如何在阿爾茨海默癥和其他神經(jīng)疾病的早期，以及怎樣運(yùn)用簡(jiǎn)單而準(zhǔn)確的檢測(cè)方法發(fā)現(xiàn)患者及易患病者，對(duì)于減輕疾病負(fù)擔(dān)，顯得尤為重要。眼動(dòng)參數(shù)的動(dòng)態(tài)特性檢測(cè)在神經(jīng)學(xué)的研究領(lǐng)域?qū)⒊蔀橐粋€(gè)有用的工具。