基于度中心度和種子點(diǎn)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(guó)，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(zhǎng)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(bào)道為2～4歲[1]，患兒因視覺(jué)被剝奪而成為研究單感覺(jué)缺失后腦可塑性變化的獨(dú)特模型[2-3]。功能MRI研究[4-6]證實(shí)盲人存在腦網(wǎng)絡(luò)異常改變。種子點(diǎn)功能連接(seed-based functional connectivity， SFC)可通過(guò)選取種子點(diǎn)，統(tǒng)計(jì)分析確定種子點(diǎn)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?；隗w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(diǎn)在全腦網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的重要性等特征，但卻無(wú)法度量ROI和腦內(nèi)其他體素間配對(duì)關(guān)系的強(qiáng)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(duì)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(wú)光感；②失明年齡<2歲；③無(wú)藥物依賴或藥物濫用史，未服用可影響腦認(rèn)知的相關(guān)藥物等；④無(wú)聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)及溫度覺(jué)等感覺(jué)障礙或運(yùn)動(dòng)、語(yǔ)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(duì)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(tīng)力正常。受試者及其監(jiān)護(hù)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(shí)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(gè)時(shí)間點(diǎn)，持續(xù)時(shí)間為480 s。

1.3 數(shù)據(jù)處理 采用Metlab 12a、DPARSF v3.2軟件對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，包括去除前10個(gè)時(shí)間點(diǎn)、時(shí)間校正、頭動(dòng)校正(剔除頭部移動(dòng)>2 mm，轉(zhuǎn)動(dòng)>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(shí)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(jì)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(diǎn)，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(jìn)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(jì)學(xué)分析 采用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)分析軟件。以Student'st檢驗(yàn)比較2組年齡。采用REST軟件包，以兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)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(duì)所有統(tǒng)計(jì)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(jì)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(gè)月失明。2組年齡差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=0.04，P=0.97)。

2.2 DC改變 觀察組初級(jí)視覺(jué)皮層(右側(cè)距狀溝、雙側(cè)舌回)DC值較對(duì)照組減低，語(yǔ)言皮層(雙側(cè)三角部額下回、右側(cè)島葉)較對(duì)照組增高(P均<0.05)，見(jiàn)表1和圖1。

表1 觀察組與對(duì)照組DC存在顯著差異腦區(qū)

圖1 觀察組與對(duì)照組DC存在顯著差異的腦區(qū) 藍(lán)綠色區(qū)域?yàn)橛^察組DC值減低的腦區(qū)

2.3 SFC改變 與對(duì)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(jí)視覺(jué)皮層(左側(cè)距狀溝、雙側(cè)舌回)和非視覺(jué)皮層多個(gè)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(yùn)動(dòng)皮層(中央旁小葉)、多感知皮層(顳上回、顳中回)及語(yǔ)言皮層(額中回)(P均<0.05)，見(jiàn)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(duì)照組SFC存在顯著差異的腦區(qū) 藍(lán)綠色區(qū)域?yàn)橛^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(jí)視覺(jué)皮層(右側(cè)距狀溝及雙側(cè)舌回)功能連接密度較對(duì)照組減低(P<0.05)，而高級(jí)視覺(jué)皮層功能連接密度未見(jiàn)明顯改變；與對(duì)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(jí)視覺(jué)皮層(P<0.05)，而與高級(jí)視覺(jué)皮層功能連接未見(jiàn)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(jí)視覺(jué)皮層發(fā)育敏感性更依賴于早期視覺(jué)經(jīng)驗(yàn)，而非高級(jí)視覺(jué)皮層；早期剝奪視覺(jué)導(dǎo)致初級(jí)視覺(jué)皮層結(jié)構(gòu)[10-11]和連接初級(jí)視覺(jué)皮層的前視覺(jué)通路萎縮、退變[12]，而高級(jí)視覺(jué)皮層可依賴非視覺(jué)(如聽(tīng)覺(jué)、復(fù)雜認(rèn)知等)[13-14]信號(hào)輸入發(fā)生重塑，部分抵消萎縮或退行性改變帶來(lái)的負(fù)面效果，呈代償性正?；蛟龈摺１狙芯恐杏^察組非視覺(jué)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(duì)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(jué)信息效率、從而能使枕葉更優(yōu)地完成非視覺(jué)任務(wù)相關(guān)，這是盲人處理非視覺(jué)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(diǎn)與枕葉皮層具有較強(qiáng)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(hào)從腹側(cè)通路傳送到枕葉，通過(guò)自上而下調(diào)控作用激活枕葉皮層，以提高早盲患者對(duì)非視覺(jué)信號(hào)刺激的敏感性。

本組中觀察組右側(cè)距狀溝(初級(jí)視覺(jué)皮層)和非視覺(jué)皮層(體感皮層、體感聯(lián)合皮層、運(yùn)動(dòng)皮層、語(yǔ)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(jí)視覺(jué)皮層與非視覺(jué)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(jí)視覺(jué)皮層對(duì)非視覺(jué)信息的處理能力卻有所增強(qiáng)，可能與早盲導(dǎo)致較大程度調(diào)用初級(jí)視覺(jué)皮層以處理高級(jí)認(rèn)知任務(wù)相關(guān)[2]。

本研究不足之處：①樣本量較小；②未能按不同失明年齡段進(jìn)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(jué)皮層不同亞區(qū)及非視覺(jué)皮層功能連接密度存在改變，初級(jí)視覺(jué)皮層與其他腦區(qū)之間功能連接減低，與其視覺(jué)被剝奪后的失用性萎縮與軸突變性相關(guān)。