孤獨(dú)癥譜系障礙大腦默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)異?；顒?dòng)模式研究

龍金金 陳恒

摘 要：孤獨(dú)癥譜系障礙是一類神經(jīng)發(fā)育類障礙，包括典型孤獨(dú)癥、Asperger綜合征和待分類的廣泛性發(fā)育障礙。該疾病目前病理機(jī)制尚不明確。研究發(fā)現(xiàn)患者大腦自發(fā)活動(dòng)功能連接以及低頻振幅出現(xiàn)異常，但對(duì)于其時(shí)域上的腦自發(fā)活動(dòng)模式尚不明確。因此，本研究基于44例孤獨(dú)癥譜系障礙患者以及年齡，IQ匹配的73例正常對(duì)照的靜息態(tài)功能磁共振數(shù)據(jù)，在時(shí)域上探究患者大腦自發(fā)活動(dòng)模式，結(jié)果發(fā)現(xiàn)孤獨(dú)癥譜系障礙患者大腦楔前頁(yè)的活動(dòng)模式相對(duì)于正常對(duì)照更為不穩(wěn)定。該研究表明孤獨(dú)癥譜系障礙患者大腦默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)異常的自發(fā)腦活動(dòng)模式。

關(guān)鍵詞：孤獨(dú)癥譜系障礙;楔前頁(yè);自發(fā)腦活動(dòng);時(shí)域分析

一、緒論

孤獨(dú)癥譜系障礙是一種目前廣受關(guān)注的神經(jīng)發(fā)育型障礙。其病因復(fù)雜，病理機(jī)制不明。在該疾病被發(fā)現(xiàn)的早期曾認(rèn)為該疾病是一種罕見病，然而最近的調(diào)查結(jié)果表明，目前該疾病的發(fā)病率已達(dá)到五十四分之一并且呈現(xiàn)逐年上升的趨勢(shì)[1]。由于該障礙具有發(fā)病率高（最新報(bào)道發(fā)病率為五十四分之一）;致殘率高（目前是我國(guó)0—7歲兒童致殘?jiān)蚴孜唬?無(wú)特效藥等特點(diǎn)。該疾病是目前國(guó)內(nèi)外嚴(yán)重的公共健康問(wèn)題。

目前認(rèn)為孤獨(dú)癥譜系障礙屬于神經(jīng)發(fā)育障礙的一種，認(rèn)為其異常的行為癥狀表現(xiàn)是由于患者早期大腦結(jié)構(gòu)異常的發(fā)育過(guò)程導(dǎo)致其功能出現(xiàn)異常[2]。目前關(guān)于孤獨(dú)癥譜系障礙腦功能的研究大多采用功能連接或者頻域信號(hào)波動(dòng)幅度的方法，例如：Uddin等人發(fā)現(xiàn)孤獨(dú)癥譜系障礙患者salience網(wǎng)絡(luò)的功能連接出現(xiàn)異常[3];Guo等人采用頻域分析的方法發(fā)現(xiàn)孤獨(dú)癥譜系障礙患者大腦自發(fā)低頻活動(dòng)振幅出現(xiàn)異常[4]。然而目前對(duì)于該疾病自發(fā)腦活動(dòng)的異常模式尚不明確。

因此，本研究針對(duì)孤獨(dú)癥譜系障礙患者大腦默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)腦區(qū)的異常自發(fā)活動(dòng)模式問(wèn)題，提出一種時(shí)域分析方法，發(fā)現(xiàn)孤獨(dú)癥譜系障礙患者楔前頁(yè)自發(fā)腦活動(dòng)模式出現(xiàn)異常。進(jìn)一步揭示了孤獨(dú)癥譜系障礙患者大腦默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)的異常功能模式。

二、材料與方法

（一）數(shù)據(jù)來(lái)源

樣本數(shù)據(jù)來(lái)自ABIDEI與ABIDEII公開數(shù)據(jù)庫(kù)NYU中心，包含44例孤獨(dú)癥譜系障礙以及73例正常對(duì)照的靜息態(tài)功能磁共振數(shù)據(jù)。被試信息見表1。

（二）倫理聲明

本研究所有樣本數(shù)據(jù)均來(lái)自ABIDE公開數(shù)據(jù)庫(kù)，倫理聲明位于ABIDE官方網(wǎng)站（http：//fcon_1000.projects.nitrc.org/indi/abide/）。

（三）靜息態(tài)功能磁共振掃描參數(shù)

所有被試的靜息態(tài)功能磁共振掃描采用一臺(tái)西門子3特斯拉Allegra磁共掃描儀，掃描層數(shù)33層，偏轉(zhuǎn)角90度，TR2秒，共180個(gè)時(shí)間點(diǎn)，總掃描時(shí)間6分鐘。

（四）靜息態(tài)功能磁共振數(shù)據(jù)預(yù)處理

對(duì)于所有被試的靜息態(tài)功能磁共振數(shù)據(jù)，采用DPABI工具包（http：//www.rfmri.org/dpabi）進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理。然后采用AAL模板提取大腦各個(gè)腦區(qū)的自發(fā)功能磁共振信號(hào)。在此過(guò)程中，我們只關(guān)注大腦腦區(qū)的異常活動(dòng)模式，因此小腦部分被舍棄。

（五）腦區(qū)自發(fā)活動(dòng)模式描述

各腦區(qū)自發(fā)活動(dòng)模式的計(jì)算如下圖所示，對(duì)于每個(gè)腦區(qū)的自發(fā)腦活動(dòng)信號(hào)，首先計(jì)算信號(hào)的一階差分，對(duì)一階差分求符號(hào)函數(shù)，然后將信號(hào)分割為3個(gè)時(shí)間點(diǎn)為一塊，那么一共有8種情況，計(jì)算每種情況的出現(xiàn)比例。以模式[-1，1，-1]為例，偽代碼如下：

對(duì)每個(gè)腦區(qū)每種腦活動(dòng)模式所占的比例，采用雙樣本T檢驗(yàn)方法計(jì)算患者與正常對(duì)照之間是否存在顯著差異。

三、結(jié)果

結(jié)果發(fā)現(xiàn)孤獨(dú)癥譜系障礙患者左側(cè)楔前頁(yè)自發(fā)腦活動(dòng)模式相對(duì)于正常對(duì)照出現(xiàn)顯著差異（最小p值=0.0075，見表2）。其中，模式[1，1，1]以及模式[-1，-1，-1]的比例出現(xiàn)下降。其余模式比例出現(xiàn)上升。

四、討論

本研究探尋了孤獨(dú)癥譜系障礙患者大腦各腦區(qū)自發(fā)腦活動(dòng)模式，發(fā)現(xiàn)患者大腦楔前頁(yè)腦區(qū)自發(fā)腦活動(dòng)模式相對(duì)于正常對(duì)照出現(xiàn)顯著差異，其中代表平緩活動(dòng)的兩個(gè)活動(dòng)模式比例出現(xiàn)下降，說(shuō)明患者楔前頁(yè)腦自發(fā)活動(dòng)相對(duì)于正常對(duì)照不穩(wěn)定。結(jié)果表明孤獨(dú)癥譜系障礙患者大腦默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)的重要組成腦區(qū)楔前頁(yè)的自發(fā)活動(dòng)出現(xiàn)了異常，表明默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)的異?；顒?dòng)模式是孤獨(dú)癥譜系障礙患者的一種重要病理特征。

目前國(guó)際國(guó)內(nèi)對(duì)于孤獨(dú)癥譜系障礙患者的診斷金標(biāo)準(zhǔn)為ADOS及ADI-r量表。這兩種量表都是基于對(duì)患者行為癥狀的描述。需要評(píng)估人員的專業(yè)學(xué)習(xí)，同時(shí)量表的發(fā)明者發(fā)現(xiàn)不同機(jī)構(gòu)采用同樣的ADOS及ADI-r量表對(duì)患者進(jìn)行評(píng)估時(shí)，最后的結(jié)果存在顯著差異。該結(jié)果表明評(píng)估人員的主觀因素會(huì)嚴(yán)重影響診斷量表的評(píng)估結(jié)果。因此研究者們積極探求該疾病的客觀診斷標(biāo)記物。目前靜息態(tài)功能磁共振腦成像技術(shù)是其中一種具有重要潛力的客觀診斷標(biāo)記物。采用該技術(shù)，研究者們發(fā)現(xiàn)孤獨(dú)癥譜系障礙患者默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)的功能連接出現(xiàn)異常[5]。同時(shí)，采用頻域分析方法發(fā)現(xiàn)孤獨(dú)癥譜系障礙患者大腦自發(fā)低頻活動(dòng)的振幅（ALFF）表現(xiàn)出與正常對(duì)照顯著差異的腦區(qū)[6，7]。然而這些研究都是基于連接或者頻域分析，在時(shí)域上患者大腦自發(fā)活動(dòng)模式呈現(xiàn)出何種異常是尚不明確的。

默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)是人類大腦的一個(gè)重要功能網(wǎng)絡(luò)，其主要包括內(nèi)側(cè)前額葉、后扣帶、楔前頁(yè)、顳極、角回等腦區(qū)。在人類大腦進(jìn)行特定任務(wù)時(shí)該網(wǎng)絡(luò)處于負(fù)激活狀態(tài)，而當(dāng)人類大腦處于靜息狀態(tài)時(shí)該網(wǎng)絡(luò)處于正激活狀態(tài)。研究認(rèn)為該網(wǎng)絡(luò)與人類自我認(rèn)知活動(dòng)相關(guān)。前人研究發(fā)現(xiàn)孤獨(dú)癥譜系障礙患者默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)的功能/結(jié)構(gòu)連接模式出現(xiàn)異常，本研究則揭示了孤獨(dú)癥譜系障礙患者不僅出現(xiàn)連接模式的異常，同時(shí)伴隨著自發(fā)腦活動(dòng)模式的異常。這種異常腦活動(dòng)模式與前人采用動(dòng)態(tài)功能連接方法的研究結(jié)果類似：之前研究報(bào)道了孤獨(dú)癥譜系障礙患者大腦功能連接相對(duì)于正常對(duì)照出現(xiàn)更加不平穩(wěn)的趨勢(shì)[8，9]。表明默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)自發(fā)活動(dòng)的不穩(wěn)定性是孤獨(dú)癥譜系障礙患者腦功能表現(xiàn)的一個(gè)重要特點(diǎn)。

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