李清海，朱佩文，邵 毅

(南昌大學(xué)第一附屬醫(yī)院眼科，江西 南昌 330006)

fMRI是腦功能活動(dòng)區(qū)定位和定量的主要檢查方法，依據(jù)BOLD原理進(jìn)行成像，可對(duì)大腦認(rèn)知、感覺、運(yùn)動(dòng)等功能活動(dòng)進(jìn)行研究。人的大腦中，參與視覺功能的面積大約為大腦皮層總面積的27%[1]。中樞神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)感覺輸入的變化非常敏感。視覺剝奪后的可塑性變化首先由Kitten等于1965年提出。近年來，越來越多的研究[2-3]結(jié)果表明，人體在發(fā)生視覺剝奪后，腦功能和結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生重塑，主要包括局部大腦結(jié)構(gòu)改變，如灰質(zhì)體積、相關(guān)皮層厚度的變化，以及腦功能結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)改變等。此外，視覺剝奪發(fā)生時(shí)患者所處的發(fā)育階段也會(huì)對(duì)大腦結(jié)構(gòu)重塑產(chǎn)生一定影響。

1 雙眼先天盲患者大腦重塑

先天盲是指出生時(shí)或出生后短期內(nèi)即失去視力。大腦皮層結(jié)構(gòu)和功能的發(fā)育、成熟是基因修飾[4-6]和經(jīng)驗(yàn)依賴可塑性[7-8]共同作用的結(jié)果。由于缺乏早期的視覺經(jīng)驗(yàn)，先天盲患者的大腦皮層不能正常發(fā)育和成熟，從而發(fā)生大腦結(jié)構(gòu)重塑。Park等[9]利用基于體素的形態(tài)學(xué)(voxel-based morphometry， VBM)分析先天盲患者的皮層厚度和表面積，結(jié)果顯示，先天盲患者大腦中與視覺和眼球運(yùn)動(dòng)相關(guān)的皮層厚度增加，如距狀溝、扣帶回、右額葉視區(qū)，而左側(cè)軀體感覺皮層和右側(cè)聽皮層灰質(zhì)變薄，而其初級(jí)視皮層和視覺相關(guān)皮層的表面積則明顯降低，這可以解釋盡管視皮層厚度增加、但視皮層體積仍然減小的現(xiàn)象。Reislev等[2]觀察12例先天盲患者腦組織白質(zhì)變化，發(fā)現(xiàn)其視輻射、視皮層等部位白質(zhì)體積萎縮減小，完整性受損。

丘腦在感覺(嗅覺除外)輸入和大腦皮層之間起重要的傳遞作用。在健康人的大腦中，視覺信息經(jīng)外側(cè)膝狀體核中繼后，通過視輻射到達(dá)初級(jí)視皮層[10]。而在先天盲患者中，枕葉的跨模態(tài)響應(yīng)可能通過改變信息傳導(dǎo)途徑，從聽覺和軀體感覺丘腦核，經(jīng)外側(cè)膝狀體核到達(dá)枕葉皮質(zhì)[11]，即非視覺信號(hào)可能由視輻射傳達(dá)到視皮層[12-14]。研究[11]發(fā)現(xiàn)，先天盲患者雙側(cè)外側(cè)膝狀體和視輻射體積減小，可能意味著在丘腦感覺核和外側(cè)膝狀體之間有新的異位連接形成，這一結(jié)論已在動(dòng)物模型上得到初步證實(shí)[15-16]。Reislev等[17]的研究表明，先天盲患者的丘腦連接雖然與正常人相似，但DTI參數(shù)卻有顯著差異；先天盲患者顳枕葉皮質(zhì)投射FA值明顯下降，提示丘腦微觀結(jié)構(gòu)發(fā)生了重塑，且這種變化與失明有關(guān)。

Strnad等[18]利用fMRI檢測(cè)先天盲患者與正常對(duì)照組的中顳區(qū)(視覺運(yùn)動(dòng)V5/MT+區(qū))對(duì)聽覺的反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)先天盲患者的V5/MT+區(qū)對(duì)聽覺運(yùn)動(dòng)信息反應(yīng)強(qiáng)烈，且具有選擇性?；诙囿w素模式分析的fMRI研究[18]表明，先天盲患者V5/MT+區(qū)包含不同條件的聽覺運(yùn)動(dòng)信息，且這些現(xiàn)象只見于V5/MT+區(qū)，而初級(jí)視皮層(V1區(qū))并無類似改變，提示V5/MT+區(qū)對(duì)聽覺運(yùn)動(dòng)的敏感性不依賴于早期經(jīng)驗(yàn)，而這可能是該區(qū)域在先天盲后強(qiáng)烈跨模態(tài)募集的基礎(chǔ)。對(duì)先天盲患者嗅覺加工處理的研究較少，但有證據(jù)表明，嗅覺系統(tǒng)也具有高度可塑性，并且失明患者較正常人更依賴嗅覺信息，因此失明患者的嗅覺系統(tǒng)易于受到類似于觸覺和聽覺的跨模態(tài)變化的影響。Kupers等[3]在一個(gè)簡(jiǎn)單的氣味測(cè)試任務(wù)中測(cè)量先天盲患者和被蒙住眼睛的受試者的BOLD信號(hào)變化，發(fā)現(xiàn)2組間任務(wù)相關(guān)的激活區(qū)存在差異；相比對(duì)照組，先天盲患者初級(jí)(右側(cè)杏仁核)和次級(jí)(右側(cè)眶額皮質(zhì)和海馬)嗅區(qū)的激活更強(qiáng)烈，并且在先天盲患者的整個(gè)枕葉皮層范圍內(nèi)均發(fā)現(xiàn)了任務(wù)相關(guān)性激活，而對(duì)照組中并未發(fā)現(xiàn)類似現(xiàn)象；而在嗅覺測(cè)試中，枕葉皮層強(qiáng)大的募集能力表明，患有先天視力障礙或失明時(shí)，嗅覺刺激可優(yōu)先傳入這一區(qū)域。上述發(fā)現(xiàn)擴(kuò)展了先天盲患者視覺剝奪后枕葉皮層通路功能的相關(guān)知識(shí)，即在觸覺和聽覺的處理之外，枕葉皮層還與嗅覺處理有關(guān)。以上研究結(jié)果均表明，先天盲患者的大腦發(fā)生了多種重塑以適應(yīng)日常生活，提示視皮層的正常發(fā)育對(duì)早期視覺經(jīng)驗(yàn)有很強(qiáng)的依賴性，采用fMRI分析腦區(qū)改變對(duì)研究大腦重塑機(jī)制具有重要意義。

2 雙眼早期盲患者大腦重塑

早期盲一般指在12歲前發(fā)生的視覺剝奪，此時(shí)大部分患者還處于身體和大腦發(fā)育的關(guān)鍵期，因此早期盲患者也發(fā)生了較大范圍的腦重塑現(xiàn)象。正常人主要通過視覺來感知外部環(huán)境，而失明患者則通過非視覺信息來感知外部環(huán)境，尤其是當(dāng)視覺剝奪發(fā)生在早期，早期盲患者往往表現(xiàn)出較正常人更高效的非視覺信息處理能力，這種適應(yīng)性的改變可能就是腦功能皮質(zhì)結(jié)構(gòu)和功能重塑或重組的結(jié)果。

Pan等[13]利用VBM技術(shù)比較早期盲與正常對(duì)照組的腦灰質(zhì)和白質(zhì)體積，發(fā)現(xiàn)早期盲患者的視束和視輻射中的白質(zhì)體積明顯減少、視皮層灰質(zhì)體積明顯減少，整體表現(xiàn)為灰質(zhì)和白質(zhì)結(jié)構(gòu)萎縮；且在視輻射中，白質(zhì)體積的減少受失明年齡和失明持續(xù)時(shí)間的影響，但在初級(jí)視皮層中，灰質(zhì)體積減少似乎不受失明年齡的影響。Shimony等[19]利用DTI和擴(kuò)散張量纖維束成像(diffusion tensor tractography， DTT)技術(shù)研究早期盲患者大腦重塑，發(fā)現(xiàn)早期盲患者視輻射明顯萎縮，視皮層與眶額葉和顳葉皮質(zhì)之間的連接相對(duì)保存，枕葉白質(zhì)的平均彌散率和FA值改變，提示視覺通路解剖連接受損。此外，早期盲患者的其他腦區(qū)也發(fā)生了繼發(fā)性改變。Yu等[20]利用DTI的FA值對(duì)皮質(zhì)脊髓束的可塑性進(jìn)行定量分析，發(fā)現(xiàn)在早期盲患者中，皮質(zhì)脊髓束白質(zhì)的完整性增強(qiáng)。

Jiang等[21]利用BOLD-fMRI技術(shù)觀察早期盲患者聽皮層和枕葉皮層在處理聽覺運(yùn)動(dòng)信息的發(fā)育可塑性，結(jié)果表明，早期盲患者具有卓越的聽覺處理能力，其hMT+聽覺運(yùn)動(dòng)區(qū)BOLD信號(hào)增強(qiáng)而右顳平面BOLD信號(hào)減少，提示視覺剝奪導(dǎo)致以上相關(guān)腦區(qū)發(fā)生了結(jié)構(gòu)改變和重塑。

以上研究表明，早期盲患者在失明時(shí)處于大腦發(fā)育的關(guān)鍵期，視覺剝奪導(dǎo)致的大腦結(jié)構(gòu)和功能的重塑顯著，主要有視覺信息處理相關(guān)區(qū)域腦灰質(zhì)和白質(zhì)萎縮、視覺通路解剖連接受損，以及其他腦區(qū)的繼發(fā)性改變等。

3 晚期盲患者大腦重塑

兒童的視力是逐步發(fā)育成熟的，視覺發(fā)育的關(guān)鍵期為0～3歲，于6～8歲發(fā)育成熟，臨床一般將晚期盲定義為12歲以后發(fā)生的視覺剝奪。目前關(guān)于晚期盲患者大腦重塑的研究相對(duì)較少。晚期盲患者在發(fā)生視覺剝奪時(shí)并非處于視覺發(fā)育的關(guān)鍵期，因此，與早期盲或先天盲患者相比，其大腦結(jié)構(gòu)的改變和重塑的程度較輕。Lepore等[22]測(cè)量16例晚期盲(雙眼)患者、16例早期盲(雙眼)患者以及16名正常對(duì)照組的腦灰質(zhì)和白質(zhì)，發(fā)現(xiàn)與對(duì)照組比較，晚期盲患者的差異腦區(qū)并不廣泛，主要是視皮層體積有所減小，此外還可見枕葉外側(cè)區(qū)肥大，提示存在輕度代償。Schoth等[23]對(duì)比6例獲得性盲(雙眼)患者和11名健康對(duì)照組的DTI數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)視束和錐體束的FA值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，提示2組間在視覺相關(guān)大腦結(jié)構(gòu)和功能上無顯著差異。Zhang等[24]發(fā)現(xiàn)晚期盲患者視神經(jīng)具有較高的平均彌散率和橫向彌散率及較低的FA值，提示視神經(jīng)失用性萎縮，而視輻射完整性保持正常，表明大腦重塑不明顯。Dietrich等[25]解釋晚期盲患者具有的超快速語(yǔ)音處理能力時(shí)發(fā)現(xiàn)，與正常對(duì)照組相比，晚期盲患者丘腦和丘腦右半球視輻射水平的FA值減低，提示可能發(fā)生了結(jié)構(gòu)改變和重塑。上述2項(xiàng)關(guān)于視輻射層面上重塑性改變的研究[24-25]結(jié)果存在矛盾之處，可能系因樣本量和后天失明的原因不同而造成。

Shao等[26]利用靜息態(tài)fMRI的體素鏡像同倫連接(voxel-mirrored homotopic connectivity， VMHC)方法觀察單眼失明患者的大腦功能連接改變，發(fā)現(xiàn)存在異常的腦半球間功能連接視覺通路，即楔葉、距狀溝和舌回的VMHC值顯著降低。以上研究表明，晚期盲患者大腦結(jié)構(gòu)的重塑雖不明顯，卻仍然存在，可為后續(xù)研究提供參考。

4 小結(jié)與展望

針對(duì)動(dòng)物和人類中有關(guān)視覺剝奪的大腦結(jié)構(gòu)和功能改變已有廣泛研究，以揭示其潛在的可塑性機(jī)制?；仡櫦韧芯?，發(fā)現(xiàn)早期視覺經(jīng)驗(yàn)在失明患者的腦灰質(zhì)和白質(zhì)結(jié)構(gòu)變化及功能重塑方面起著重要作用，并且視覺剝奪發(fā)生時(shí)患者所處的發(fā)育階段也具有重要影響。在發(fā)育關(guān)鍵期前發(fā)生視覺剝奪的患者大腦結(jié)構(gòu)的重塑明顯，而晚期盲患者重塑現(xiàn)象較少見。但目前對(duì)于失明后大腦結(jié)構(gòu)或功能改變的研究尚不完全，尤其是在晚期盲方面，有待進(jìn)一步深入觀察。