趙樹立 劉影

先天性感音性聾患者大腦皮層靜息態(tài)功能磁共振研究*

趙樹立1劉影1

目的 應(yīng)用血氧水平依賴功能磁共振成像（blood oxygenation level dependent functional magnetic resonance imag ing，BOLD-f MRI）技術(shù)觀察先天性感音神經(jīng)性聾患者靜息態(tài)雙側(cè)大腦半球皮層功能活動。方法對23例行人工耳蝸植入術(shù)的雙側(cè)先天性感音性聾患者（實(shí)驗(yàn)組）和10例聽力正常者（對照組）行靜息態(tài)BOLD—f MRI檢查，采用f MRI低頻震蕩振幅（ALFF）方法比較實(shí)驗(yàn)組和對照組雙側(cè)大腦皮層功能活動情況，并進(jìn)行定量分析。結(jié)果 實(shí)驗(yàn)組大腦皮層左側(cè)顳下回、左側(cè)梭狀回、右側(cè)扣帶回及左側(cè)中央后回靜息態(tài)激活強(qiáng)度明顯大于對照組相應(yīng)皮層的激活強(qiáng)度（P＜0.01）。結(jié)論 先天性感音性聾患者感覺系統(tǒng)相關(guān)皮層可能發(fā)生了功能重塑，其大腦皮層存在知覺補(bǔ)償現(xiàn)象。

血氧水平依賴； 功能磁共振成像； 感音神經(jīng)性聾

網(wǎng)絡(luò)出版地址：http：／／www.cnki.net／kcms／detail／42.1391.R.20140911.0902.012.html

目前臨床常用的聽力學(xué)檢查和顳骨高分辨CT、磁共振內(nèi)耳水成像等常規(guī)影像學(xué)檢查雖然能夠?qū)β犃λ胶蛢?nèi)耳發(fā)育作出評價(jià)，但不能反映大腦聽覺皮層的功能狀況［1］。血氧水平依賴功能磁共振成像（blood oxygenation level dependent functional magnetic resonance imag ing，BOLD-f MRI）是近年來在常規(guī)磁共振成像基礎(chǔ)上迅速發(fā)展起來的一種無創(chuàng)性研究大腦功能的新的成像技術(shù)，BOLD-f MRI成像是將血液中內(nèi)源性血紅蛋白作為一種對比劑，由相應(yīng)的MRI對磁場不均勻敏感序列探測其在腦活動時(shí)的變化。靜息狀態(tài)下，腦血流中氧合血紅蛋白與脫氧血紅蛋白的濃度比呈穩(wěn)定狀態(tài)，神經(jīng)細(xì)胞激活后，激活區(qū)氧消耗增加；然而，由于代謝需要和局部腦血流的耦合效應(yīng)的存在，血流的過增加與輕度增加所需氧量是不成比例的，這種局部血流過增加的效應(yīng)使得局部引流的靜脈內(nèi)脫氧血紅蛋白稀釋，脫氧血紅蛋白水平的相對減少導(dǎo)致局部磁場不均勻性降低，使神經(jīng)元活動區(qū)的T2信號強(qiáng)度增加［2］，從而可以鑒別大腦皮層在不同生理或病理?xiàng)l件下的激活情況。近年來有學(xué)者研究顯示感音性聾患者聽覺中樞皮層可能發(fā)生了結(jié)構(gòu)或功能重塑［3，4］，本研究擬通過對感音性聾患者和聽力正常者進(jìn)行靜息狀態(tài)下BOLD-f MRI檢查，對其聽覺皮層活動強(qiáng)度作定量分析，初步探討感音神經(jīng)性聾患者聽覺中樞是否發(fā)生結(jié)構(gòu)重組。

1 資料與方法

1.1 研究對象 實(shí)驗(yàn)組：行人工耳蝸植入術(shù)前的感音性聾患者23例，其中，男14例，女9例，年齡2～17歲，平均7.2±2.3歲；均為出生時(shí)即患有雙耳重度以上聽力損失，均無佩戴助聽器史，無其它神經(jīng)及精神疾病病史，無其它顱內(nèi)疾病，MRI檢查排除了顱內(nèi)占位性病變。對照組：聽力正常者10例，男7例，女3例，年齡4～17歲，平均10.8±1.7歲，均無耳鳴、眩暈等前庭系統(tǒng)癥狀，無神經(jīng)、精神疾病及全身其他疾病病史。兩組受試者均為右利手，耳鏡檢查外耳道及鼓膜正常，聲導(dǎo)抗檢查示中耳功能正常。

1.2 BOLD-f MRI檢查方法 所有受試者仰臥在檢查床上，頭部由頭帶及海綿墊加以固定，避免頭動以減少運(yùn)動偽影，用磁共振專用海綿耳塞塞住外耳道，以保護(hù)受試者的聽力并可以減少磁共振噪聲對受試者的干擾。年齡較小不能配合的受試者給予口服10%水合氯醛熟睡后再進(jìn)行磁共振檢查。MR掃描序列及掃描參數(shù)：采用Siemens Somato3.0T全身磁共振掃描儀，標(biāo)準(zhǔn)正交頭線圈，掃描序列包括FSET1WI、T2WI、3D-T1sag、GRE-EPI序列；T1WI序列參數(shù)：TR／TE 350 ms／3 ms，F(xiàn)OV 220 mm×220 mm，翻轉(zhuǎn)角75°，矩陣256×256，層厚5 mm，間隔1 mm，層數(shù)18，激勵次數(shù)2，掃描時(shí)間3 min；T2WI序列參數(shù)：TR／TE 6 000 ms／93 ms，F(xiàn)OV 220 mm×220 mm，翻轉(zhuǎn)角120°，矩陣256× 256，層厚5 mm，層間距1 mm，層數(shù)18；掃描時(shí)間3 min，激勵次數(shù)2。EPI序列參數(shù)：TR／TE 2 000 ms／30 ms，F(xiàn)OV 240 mm×240 mm，翻轉(zhuǎn)角85°，矩陣64×64，層厚3.7 mm，間隔0，層數(shù)33，幀數(shù)240，共計(jì)7920幅，激勵次數(shù)1，掃描時(shí)間8 min；3D -T1sag序列參數(shù)：TR／TE 1400／3.92 ms，F(xiàn)OV 230×230 mm，翻轉(zhuǎn)角25°，矩陣256×256，層厚1.5 mm，間隔0 mm，層數(shù)120，激勵次數(shù)1，掃描時(shí)間6 min。

1.3 圖像處理及數(shù)據(jù)分析 運(yùn)用國際通用的神經(jīng)功能磁共振分析軟件AFNI（analysis of functional neuroimaging）軟件包對圖像進(jìn)行處理。預(yù)處理包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換、時(shí)間對齊、運(yùn)動校正（其中三維平移超過1 mm的數(shù)據(jù)視為頭動過大，予以舍棄）、空間標(biāo)準(zhǔn)化（因?yàn)槊恳晃皇茉囌叽竽X形態(tài)不可能完全一樣，個(gè)體之間肯定存在差異。如果要對一組受試者進(jìn)行組分析，那么就需要將采集的原始數(shù)據(jù)圖像通過一定的方法匹配到同一標(biāo)準(zhǔn)腦上，通常先對高分辨率的解剖圖像進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化，然后以此為參數(shù)對腦功能圖像標(biāo)準(zhǔn)化。）、低頻濾波（運(yùn)用0.01～0.08 Hz頻段對所獲得的圖像進(jìn)行低頻濾波，去除低于0.01 Hz和高于0.08 Hz信號的干擾。）等，并將激活功能圖與三維解剖圖相疊加。最后用低頻震蕩振幅（amplitude of low-frequency fluctuation，ALFF）法［5］計(jì)算出每個(gè)體素的ALFF值，最后將每個(gè)體素的ALFF值除以全腦平均ALFF值，得到每個(gè)體素標(biāo)準(zhǔn)化后的ALFF值。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用用低頻震蕩振幅（amplitude of low-frequency fluctuation，ALFF）法［5］分析數(shù)據(jù)，預(yù)處理過程結(jié)束后舍棄不合格的樣本數(shù)據(jù)，編寫程序命令分析數(shù)據(jù)，所編寫命令的任務(wù)包括計(jì)算出兩組樣本每個(gè)體素的ALFF值和平均ALFF值，將每個(gè)體素的ALFF值除以全腦平均ALFF值并得到每個(gè)體素標(biāo)準(zhǔn)化后的ALFF值和實(shí)驗(yàn)組減去對照組的兩樣本t檢驗(yàn)值。所有預(yù)處理和數(shù)據(jù)分析過程全部用命令操作，AFNI軟件根據(jù)實(shí)驗(yàn)者所編寫程序命令的目的自動分析出結(jié)果。本實(shí)驗(yàn)所顯示的結(jié)果為實(shí)驗(yàn)組減去對照組進(jìn)行t檢驗(yàn)后具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的腦區(qū)，并且設(shè)計(jì)陽性體素?cái)?shù)目大于20為具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異的腦區(qū)，采用兩樣本t檢驗(yàn)比較先天性感音性聾患者與聽力正常組雙側(cè)大腦皮層激活體積和信號強(qiáng)度的差異（P＜0.01）。

2 結(jié)果

實(shí)驗(yàn)組和對照組大腦皮層陽性激活腦區(qū)信號強(qiáng)度分析見表1，可見實(shí)驗(yàn)組減去對照組大腦皮層陽性激活的腦區(qū)有左側(cè)顳下回、右扣帶回、左梭狀回及左中央后回，即感音神經(jīng)性聾組左側(cè)顳下回、右扣帶回、左梭狀回及左中央后回靜息態(tài)活動強(qiáng)度大于對照組相應(yīng)腦區(qū)靜息態(tài)活動強(qiáng)度（圖1～3）。

3 討論

BOLD-f MRI已成為無創(chuàng)性腦功能研究的重要要手段。有學(xué)者［6］研究表明靜息狀態(tài)下存在大量的神經(jīng)突觸活動，提示可能存在有重要意義的腦功能活動；也有相關(guān)文獻(xiàn)［7］報(bào)道，鎮(zhèn)靜狀態(tài)下低頻振蕩信號存在于所有的感覺運(yùn)動區(qū)以及認(rèn)知網(wǎng)絡(luò)，比如視、聽覺，睡眠狀態(tài)下嬰兒大腦中存在5種獨(dú)特的靜息態(tài)網(wǎng)絡(luò)，包括初級視覺皮層、雙側(cè)感覺運(yùn)動區(qū)、雙側(cè)聽覺皮層，以及包括楔前葉、外側(cè)頂葉、小腦和納入內(nèi)側(cè)和背外側(cè)前額葉皮層的前網(wǎng)絡(luò)所組成的默認(rèn)腦網(wǎng)絡(luò)，這些均提示鎮(zhèn)靜睡眠狀態(tài)下神經(jīng)元的低頻振蕩信號是存在的［8］。

表1 實(shí)驗(yàn)組ALFF值減去對照組ALFF值所得雙側(cè)大腦皮層陽性激活腦區(qū)信號強(qiáng)度分析

圖1 先天性感音性聾患者左側(cè)顳下回、左側(cè)梭狀回、右側(cè)扣帶回及左側(cè)中央后回靜息態(tài)信號強(qiáng)度增高

顳下回位于顳中回的下部，并與枕下回相連，參與視覺中的物體和人的面部特征的識別，屬于視覺系統(tǒng)的腹側(cè)流（即內(nèi)容通路）［9，10］；梭狀回位于顳下回和海馬旁回之間，是顳、枕葉的一部分，其功能還存在爭議，但在顏色的信息處理、臉部和身體的識別、文字識別、種類鑒定等方面達(dá)成一致；扣帶回的功能涉及情感的形成和處理、學(xué)習(xí)、記憶，而這三種功能的組合極大的影響人們行為的動機(jī)和結(jié)果［11］。中央后回是軀體感覺投射區(qū)。近年來有學(xué)者提出知覺補(bǔ)償概念［12］，知覺補(bǔ)償理論認(rèn)為不同的知覺系統(tǒng)可以通過感知適合于自己的感覺模式的刺激而獲得關(guān)于環(huán)境的等價(jià)信息。薛艷萍等［13］研究發(fā)現(xiàn)耳聾患者與聽力正常人同時(shí)受到點(diǎn)光源的刺激時(shí)，聾人與正常人的枕葉視皮層區(qū)均有明顯興奮，而且其興奮區(qū)主要位于枕葉距狀溝兩側(cè)的初級視皮層內(nèi)，興奮區(qū)的范圍隨著電光源的亮度增加而增大，當(dāng)電光源亮度較小時(shí)兩組的興奮區(qū)無顯著差別，但是當(dāng)亮度較大時(shí)，耳聾組的視覺皮層興奮區(qū)明顯大于聽力正常組，說明耳聾患者軀體感覺系統(tǒng)對聽覺的喪失存在知覺補(bǔ)償。Pagarkar等［14］采用正電子斷層掃描（positron emission tomography，PET）研究感音性聾患者和正常人聽覺系統(tǒng)刺激反應(yīng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)耳聾患者右側(cè)枕葉視覺中樞參與聽覺的處理，并且接受聲音刺激時(shí)耳聾患者視覺皮層的激活強(qiáng)度較正常人更顯著。Charles［15］利用腦磁圖（magnetic encephalography，MEG）研究發(fā)現(xiàn)盲人的視覺區(qū)域被用來執(zhí)行聽覺的功能。本研究發(fā)現(xiàn)靜息狀態(tài)下，先天性感音性聾患者比聽力正常者大腦皮層激活強(qiáng)度大的區(qū)域有：左側(cè)顳下回、右側(cè)扣帶回、左側(cè)梭狀回及左側(cè)中央后回，提示感音性聾患者顳下回和梭狀回的正性激活與知覺補(bǔ)償理論相符，因此，可以推斷先天性感音性聾患者存在知覺補(bǔ)償現(xiàn)象，其視覺中樞對外界刺激的反應(yīng)程度較聽力正常者強(qiáng)烈，即耳聾者視覺系統(tǒng)可能更敏感。Rettenbach［16］和Stivalet［17］等一致認(rèn)為耳聾患者的視覺補(bǔ)償僅限于與注意力有關(guān)的視覺事件中，本實(shí)驗(yàn)結(jié)果也與這一理論一致。

圖2 suma格式圖像大腦半球內(nèi)側(cè)面觀顯示實(shí)驗(yàn)組左側(cè)顳下回、左側(cè)梭狀回、右側(cè)扣帶回及左側(cè)中央后回靜息態(tài)信號強(qiáng)度增高

圖3 suma格式圖像大腦半球外側(cè)面觀顯示實(shí)驗(yàn)組右側(cè)扣帶回靜息態(tài)信號強(qiáng)度增高

Raichle等［18］提出在安靜狀態(tài)下人腦存在一個(gè)默認(rèn)的功能網(wǎng)絡(luò)聯(lián)系，即“默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)”，它由一系列腦區(qū)組成，主要有扣帶回、楔前葉、前額葉內(nèi)側(cè)回、雙側(cè)顳下回、雙側(cè)頂下小葉等，腦區(qū)的最大特征就是這些區(qū)域在靜息態(tài)（即大腦功能處于安靜狀態(tài)）時(shí)神經(jīng)元自發(fā)性活動強(qiáng)度很大，而在認(rèn)知狀態(tài)下這些腦區(qū)神經(jīng)元的活性反而減弱，甚至受到抑制。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示實(shí)驗(yàn)組顳下回和扣帶回靜息態(tài)激活程度明顯高于對照組，而顳下回和扣帶回均參與組成“默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)”，推測耳聾患者的默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)可能發(fā)生了功能重組。

Karns等［19］利用視覺刺激、軀體感覺刺激研究成人耳聾患者聽覺皮層可塑性時(shí)發(fā)現(xiàn)在給予視覺刺激時(shí)耳聾患者聽覺初級中樞顳橫回和軀體感覺中樞的激活強(qiáng)度較聽力正常者活動強(qiáng)度大，并且軀體感覺中樞激活強(qiáng)度比顳橫回更大。人類聽覺皮質(zhì)功能區(qū)存在聽覺與軀體感覺整合的現(xiàn)象，聽力損失者和聽力正常者的聽覺皮層都存在多感覺整合，對聽力正常者和聽力損失者同時(shí)給予聲音和震動觸覺刺激時(shí)，聽力損失者的大腦皮層激活范圍較聽力正常者更大［20］。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示實(shí)驗(yàn)組中央后回的靜息態(tài)活動強(qiáng)度較對照組更強(qiáng)，中央后回是負(fù)責(zé)軀體感覺的中樞皮層，這一結(jié)果與知覺補(bǔ)償理論并不矛盾，提示耳聾患者大腦獲取外界信息可能更多的依靠視覺和觸覺。

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（2014-04-23收稿）

（本文編輯 李翠娥）

The CerebraI Cortex of CongenitaIIy SensorineuraI Hearing-Impaired Patients with Resting State FunctionaI Magnetic Resonance Imaging

Zhao ShuIi，Liu Ying
（Department of RadioIogy，Anhui ProvinciaI HospitaI，Hefei，230001，China）

Objective The BOLD-f MRI（blood oxygenation level dependent functional magnetic resonance imaging）was used to observe the functional cortical activities of the bilateral cerebral hemispheres in 23 cases of children with congenital sensorineural hearing loss under resting state，and to further explore the values of BOLD-f MRI in patients with sensorineural hearing loss.Methods Twenty three children with congenital sensorineural hearing loss were included in the experimental group and 10 normal heating children were included as cronol group.The ALFF（amplitude of low-frequency fluctuation）method was used to analyze the image data，and to compare the experimental and control groups with bilateral cerebral cortex function activities for the quantitative analysis.ResuIts The resting state activity intensity in the left inferior temporal gyrus，left fusiform gyrus，right cingulate gyrus and left post central gyrus of the experimental group were significantly greater than those of in the corresponding intensity cortex of the control group（P＜0.01）.ConcIusion The cortex of sensory systems in children with congenital sensorineural deafness may have functional remodeling，cerebral cortex of patients with sensorineural hearing loss may have perception compensation phenomenon.

Blood oxygen level dependent； Functional magnetic resonance imaging； Sensorineural deafness

10.3969／j.issn.1006-7299.2015.01.002

時(shí)間：2014-9-11 9：02

R445.2

A

1006-7299（2015）01-0006-05

* 安徽省自然基金項(xiàng)目（1208085 MH179）資助

1 安徽醫(yī)科大學(xué)附屬省立醫(yī)院影像科（合肥 230001）

趙樹立，男，安徽人，主治醫(yī)師，碩士研究生，研究方向：磁共振診斷。

劉影（Email：www.felice828@126.com）

·臨床研究·