韓祺，劉代洪，王堯，馮亞瑾，王健*

作者單位：

1. 陸軍軍醫(yī)大學(第三軍醫(yī)大學)第一附屬醫(yī)院放射科，重慶 400038

2. 陸軍軍醫(yī)大學(第三軍醫(yī)大學)第一附屬醫(yī)院耳鼻喉科，重慶 400038

主觀耳鳴(subjective tinnitus，ST)是指在缺乏聲刺激條件下耳內(nèi)或顱內(nèi)產(chǎn)生的嗡嗡、嘶嘶等不成形持續(xù)異常主觀聲幻覺[1]，其僅僅表現(xiàn)為耳鳴癥狀的主觀感覺，病因及表型也復雜多樣，目前仍無確定發(fā)病機制和確切治療手段[2]。已有研究認為中樞神經(jīng)系統(tǒng)改變在其中發(fā)揮重要作用，目前靜息態(tài)功能磁共振成像(resting-state functional magnetic resonance imaging，rs-fMRI)相關研究認為ST可能與聽皮層、邊緣系統(tǒng)、前額葉等腦區(qū)改變相關，但已發(fā)現(xiàn)的局部腦區(qū)改變在不同研究間結果并不完全相同甚至相反[3]。局部一致性(regional homogeneity，ReHo)和分數(shù)低頻振幅(fractional amplitude of low-frequency fluctuations，fALFF)是兩種廣泛使用的用于描述全腦rs-fMRI信號局部不同神經(jīng)功能特征的基于數(shù)據(jù)驅動的分析方法[4]，兩者綜合應用可以比其中任一方法單獨應用提供更全面的局部腦區(qū)神經(jīng)功能改變證據(jù)[5]，并為尋找可能與ST密切相關的關鍵腦區(qū)提供更可靠參考基礎。因此本研究我們將ReHo和fALFF相結合，通過計算并比較兩組間全腦ReHo和fALFF值差異，后提取差異腦區(qū)與臨床資料進行相關分析，試圖從局部自發(fā)神經(jīng)活動強度和一致性兩方面探測ST患者的全腦局部神經(jīng)功能改變特點。

1 材料與方法

1.1 研究對象

采集2016年8月至2017年7月在我院耳鼻喉科就診的ST患者25例，其中男性10例，女性15例，年齡33～60 (44.6±8.9)歲。同期選擇納入年齡、性別和受教育程度相匹配的健康志愿者25例，其中男性10例，女性15例，年齡31～60 (44.0±9.0)歲。ST入組標準為：(1)符合《耳鳴臨床應用指南》ST的診斷標準[6]，且持續(xù)發(fā)病≥6個月；(2)年齡18～60周歲，可正常溝通；(3)聽力正常。排除標準為：(1)有聽覺過敏、高聲恐怖，中耳和耳蝸疾病；(2)有聽神經(jīng)占位及腦腫瘤、慢性頭痛等中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾?。?3)有抑郁、焦慮等精神心理障礙；(4)有神經(jīng)精神類藥物濫用史及耳毒性藥物史；(5)有嚴重全身器質性疾??；(6)有MRI掃描禁忌(幽閉恐懼、金屬植入等)。

所有受試者均為右利手，接受耳科常規(guī)檢查、聽力檢查和聽覺過敏調查問卷(hyperacusis questionnaire，HQ)[7]測試，同時接受焦慮自評量表(self-rating anxiety scale，SAS)、抑郁自評量表(self-rating depression scale，SDS)測試以排除焦慮、抑郁障礙，患者另完成臨床資料表和耳鳴殘疾量表(tinnitus handicap inventory，THI)[8]測試。本研究經(jīng)我院倫理委員會批準通過，所有受試者實驗前均明確實驗內(nèi)容并簽署知情同意。

1.2 數(shù)據(jù)采集

磁共振圖像采集使用德國西門子3.0 T Trio MRI掃描儀，配備頭部標準12通道線圈。在進行數(shù)據(jù)采集前，所有被試先進行常規(guī)T1和T2加權軸位掃描，由2名經(jīng)驗豐富的放射科醫(yī)師排除受試者顱內(nèi)器質性病變。掃描進行前告知被試保持平靜且清醒未睡的狀態(tài)，不進行任何思考，全程閉眼。同時給予耳塞(3M，SNR=31db)及耳機(Siemens，SNR=36db)降低掃描噪音對受試者的影響，并用泡沫墊固定受試者頭部四周以盡量減少頭動。磁共振掃描序列及參數(shù)如下：(1)靜息態(tài)功能磁共振(rs-fMRI)數(shù)據(jù)：采用回波平面成像(echoplanner imaging，EPI)序列，TR 2000 ms，TE 30 ms，翻轉角(flip angle，F(xiàn)A) 90°，層數(shù)36層，層厚3 mm，視野192 mm×192 mm，矩陣64×64，體素(voxel) 3 mm×3 mm×3 mm，共采集240個時間點，橫斷位掃描。(2) 3D T1WI高空間分辨率結構數(shù)據(jù)：采用三維磁化準備快速梯度回波(three-dimensional magnetization prepared rapid acquisition gradient echo sequence，3D MPRAGE)序列，TR 1900 ms，TE 2.52 ms，F(xiàn)A 9°，層厚1 mm，層數(shù)176層，視野256 mm×256 mm，矩陣256×256，體素1 mm×1 mm×1 mm，無間隔，矢狀位掃描。

1.3 數(shù)據(jù)處理

1.3.1 數(shù)據(jù)預處理

采用基于Matlab 7.14 (R2012a)和SPM8(http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/)的腦影像標準化計算平臺DPABI 2.3 (http://rfmri.org/dpabi)進行圖像預處理，包括原始圖像格式轉換、去除前10個時間點、時間層校正、頭動校正(排除頭動＞1.5 mm或轉動＞1.5°的受試者)、去除協(xié)變量和空間標準化到標準蒙特利爾神經(jīng)學研究所(Montreal Neurological Institute，MNI)空間。

1.3.2 ReHo分析

首先進行0.01～0.08 Hz的帶通濾波，然后計算給定體素與其最鄰近的26個體素間時間序列上的一致性，即為該體素的肯德爾和諧系數(shù)(Kendall's coefficient of concordance，KCC)，然后用每一體素的KCC值除以全腦平均KCC值得到標準化的ReHo值。最后采用4 mm半高全寬(full-width at half maximum，F(xiàn)WHM)的高斯核進行平滑[9]。

1.3.3 fALFF分析

首先進行4 mm半高全寬的高斯平滑，將每個體素的時間序列轉換成頻率域。然后對0.01～0.08 Hz頻段的功率譜開方，得到低頻振蕩幅度(amplitude of low frequency fluctuations，ALFF)值，相加得總和值，再除以全頻段振幅總和值為fALFF值[10]。

1.4 統(tǒng)計分析

采用SPSS 21.0軟件對兩組受試者的年齡、受教育程度、HQ評分行兩樣本t檢驗，對性別、利手行χ2檢驗，以P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。采用DPABI分別對兩組受試的ReHo和fALFF圖進行兩樣本t檢驗，以年齡、性別、受教育程度和灰質體積為協(xié)變量，以單個體素P＜0.001 (單個體素Z＞3.29)，簇P＜0.05 (GRF校正)為差異有統(tǒng)計學意義。隨后提取組間ReHo和fALFF差異腦區(qū)與THI評分進行Pearson相關分析(以年齡、性別、受教育程度和灰質體積為協(xié)變量)，與病程進行Spearman相關分析，以P＜0.05 (Bonferroni校正)為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 一般資料分析

2組受試之間年齡、性別、受教育程度、利手和HQ、SAS、SDS評分差異無統(tǒng)計學意義(P＞0.05)(表1)。

2.2 ReHo結果

與對照組相比，患者組在右側顳中回和楔葉ReHo值增高，在右側額中回、左側小腦前葉ReHo值降低，差異有統(tǒng)計學意義(P＜0.05)(表2，圖1)。

2.3 fALFF結果

與對照組相比，fALFF增高的腦區(qū)為：右側顳中回和楔葉，差異有統(tǒng)計學意義(P＜0.05)(表2，圖2)。

2.4 偏相關分析結果

患者組右側顳中回ReHo值與THI評分成正比(r=0.576，P=0.003)(圖3)，其余差異腦區(qū)ReHo、fALFF值與病程、THI評分均未見相關(P＞0.05)。

表1 一般資料和量表評分Tab.1 Demographic and clinical characteristics of subjects

表2 患者組與對照組ReHo和fALFF有差異的腦區(qū)Tab.2 Regions showing ReHo and fALFF differences between ST patients and normal controls

圖1 患者組與對照組ReHo有差異的腦區(qū)(P＜0.05)圖像，右上方數(shù)字為層面在MNI坐標系中的坐標。標準色條代表t值。R：右 圖2 患者組較對照組fALFF增高的腦區(qū)(P＜0.05)圖像，右上方數(shù)字為層面在MNI坐標系中的坐標。標準色條代表t值。R：右Fig. 1 Differences of ReHo values between ST patients and normal controls. The threshold was set at P＜0.001 at the voxel level and P＜0.05 at the cluster level by GRF correction. R: right. Fig. 2 Differences of fALFF values between ST patients and normal controls. The threshold was set at P＜0.001 at the voxel level and P＜0.05 at the cluster level by GRF correction. R: right.

3 討論

本研究同時采用ReHo和fALFF兩種方法來探測ST患者的全腦異常神經(jīng)活動。這兩種方法基于不同的神經(jīng)生理機制，ReHo反映局部神經(jīng)活動一致性，fALFF反映局部神經(jīng)活動強度，ReHo和fALFF已廣泛用于各種神經(jīng)精神疾病機制的研究[11-12]。作為兩種有著不同神經(jīng)生理機制的方法，ReHo在檢測局部神經(jīng)功能異常方面比fALFF更為敏感，fALFF則被認為是對ReHo測量全腦自發(fā)神經(jīng)活動的有力補充，兩者的結合可以同時提供更多信息[5]。通過兩種方法的有效結合，我們發(fā)現(xiàn)ST患者在右側顳中回(BA 21)和楔葉(BA 18)的ReHo和fALFF值同時增高，另外發(fā)現(xiàn)ReHo值在右側額中回(BA 10)和左側小腦前葉降低。這些發(fā)現(xiàn)可能從局部神經(jīng)活動改變的角度加深了對ST復雜神經(jīng)機制的理解。

3.1 聽覺相關腦區(qū)改變

顳中回(BA 21)是聽覺聯(lián)合皮層區(qū)域的一部分，負責聯(lián)系初級與次級聽覺皮層[13]。 Farhadi等[14]基 于SPECT發(fā)現(xiàn)耳鳴患者FDG攝取值在顳中回等聽覺聯(lián)合皮層而非初級聽覺皮層增高；在以往研究中Chen等[15]利用fMRI發(fā)現(xiàn)慢性ST患者在右側顳中回ALFF值增高，且與耳鳴嚴重程度成正比。本研究也發(fā)現(xiàn)患者組右側顳中回的ReHo和fALFF值同時增加，且ReHo值與THI評分正相關，提示患者存在聽覺相關皮層的局部神經(jīng)功能改變。已有動物實驗證實耳鳴可能與聽覺皮層的神經(jīng)元同步性活動增強、自發(fā)性神經(jīng)活動增強或神經(jīng)突觸結構重塑相關，這與多數(shù)fMRI的結果相一致[16]。因此筆者推測ST可能通過聽覺皮層局部神經(jīng)功能活動增強或功能重塑來維持聽覺高級功能正常水平，在這一過程中發(fā)生ST。但是確切的機制仍需進一步研究。

3.2 非聽覺腦區(qū)改變

圖3 偏相關分析 患者組右側顳中回ReHo值與THI評分成正比(r=0.576，P=0.003)Fig. 3 ReHo values of right middle temporal gyrus (MTG) were positively correlated with the THI score in ST patients (r=0.576, P=0.003).

已知前額葉廣泛參與中樞傳入信息的接收、整合，包括對中樞抑制反應的控制[17]。Aldhafeeri等[18]發(fā)現(xiàn)嚴重耳鳴患者雙側前額葉部分皮質厚度發(fā)生改變，同時Schecklmann等[19]應用PET發(fā)現(xiàn)耳鳴患者前額葉多個腦區(qū)代謝與病程成正相關。因此，本研究發(fā)現(xiàn)的前額葉自發(fā)活動一致性減低可能與其抑制聽覺區(qū)域異常傳入失敗后的抑制性控制減弱有關[20]。此外筆者注意到，顳中回和額中回均是默認模式網(wǎng)絡的重要組成成分之一。以往多項研究均發(fā)現(xiàn)耳鳴患者存在默認模式網(wǎng)絡內(nèi)的異常自發(fā)神經(jīng)活動或功能連接改變，且與耳鳴嚴重程度相關[21]。因此耳鳴作為一種聽幻覺，很可能導致默認模式網(wǎng)絡的異常，而顳中回和額中回的改變應該是這種網(wǎng)絡異常改變的具體表現(xiàn)。

楔葉是視覺皮層所在區(qū)域，本研究發(fā)現(xiàn)ST患者楔葉神經(jīng)活動增強同時伴一致性增加。在既往研究中，Burton等[22]發(fā)現(xiàn)耳鳴患者在聽覺和視覺亞網(wǎng)絡間存在異常功能連接。已有動物實驗證實視覺皮層和聽覺皮層間存在解剖聯(lián)系，且視覺皮層直接受聽覺皮層調節(jié)[23]。結合本研究發(fā)現(xiàn)，筆者推測ST患者存在視聽覺網(wǎng)絡的異常改變，即楔葉改變可能是ST患者聽覺皮層發(fā)生異常聲幻覺激活后的繼發(fā)性改變。傳統(tǒng)觀念認為小腦僅在運動控制和協(xié)調過程中發(fā)揮重要作用，但目前有證據(jù)表明其還參與聽感覺傳入刺激探測和處理等過程[24]。Chen等[25]發(fā)現(xiàn)耳鳴動物模型存在聽覺皮層與小腦間的功能連接改變。此外，Maudoux等[26]發(fā)現(xiàn)耳鳴患者聽覺皮層與小腦間的功能連接。因此我們推測小腦有可能參與耳鳴相關的聽幻覺處理過程[27]，但這一推測仍需進一步的研究。

3.3 本研究的不足

本研究存在以下幾個方面的不足。首先由于我們的樣本量有限，不能將ST按照患病部位分組，以探究ST的偏側性是否導致不同的局部神經(jīng)功能改變。其次，ST患者的異質性較大，橫斷面的研究可能導致結果被部分掩蔽或特異性受影響，也不能很好地反映病情變化對大腦的改變。此外，雖然本實驗嘗試聯(lián)合運用耳塞及耳罩避免噪聲影響，但是仍無法完全隔絕掃描噪聲。因此，需要進一步綜合運用不同方法從多個角度進行分析研究。

綜上，本研究通過ReHo和fALFF相結合，發(fā)現(xiàn)ST患者在聽覺和非聽覺部分腦區(qū)發(fā)生不同程度的局部腦功能活動改變，并主要累及默認模式網(wǎng)絡及視聽覺網(wǎng)絡。初步證實了ST存在大腦局部神經(jīng)功能異常改變，并為尋找可能與ST密切相關的關鍵腦區(qū)提供更可靠參考基礎。