張東升 嚴雪嬌 湯敏 折霞 程苗 張小玲 高潔

2 型糖尿?。╰ype 2 diabetes,T2DM）會增加罹患癡呆的風險，并且引發(fā)執(zhí)行功能、視覺空間、注意力等認知功能損傷，已成為影響病人健康及生存質(zhì)量的重要因素，但其腦功能損傷的神經(jīng)機制仍不明確[1-3]。神經(jīng)元活動異常是腦功能損傷的神經(jīng)基礎(chǔ)， 采用激活似然估計 （activation likelihood estimation，ALE）Meta 分析的研究結(jié)果顯示，在靜息狀態(tài)下，右側(cè)小腦后葉、左側(cè)枕葉舌回、左側(cè)中央后回、右側(cè)島葉為T2DM 病人較為一致的易損腦區(qū)[4]。小腦后葉參與視覺空間、注意力及感覺運動等多種功能[5]；枕葉舌回及中央后回神經(jīng)活動減低常提示視覺及感覺功能損傷[6]；島葉具有感覺運動、注意力、風險決策等功能，并且是凸顯網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分， 在人腦中扮演網(wǎng)絡(luò)樞紐的角色， 能夠綜合協(xié)調(diào)多個領(lǐng)域的信息處理過程[7]。這些易損腦區(qū)既涵蓋不同的功能又在某些功能上具有一致性， 提示它們可能存在功能上的聯(lián)系。因此，探討T2DM 易損腦區(qū)之間信息流動模式，有助于揭示T2DM 腦功能損傷的神經(jīng)機制。

Granger 因果分析通過判斷腦區(qū)之間信息流動的方向，可以闡明腦區(qū)之間形成相互聯(lián)系的原因，解讀生理和病理狀態(tài)下不同大腦結(jié)構(gòu)之間的因果聯(lián)系， 已被應(yīng)用于精神疾病的腦網(wǎng)絡(luò)研究中。本研究擬應(yīng)用靜息態(tài)功能MRI （fMRI）， 首次采用Granger因果分析方法探討T2DM 易損腦區(qū)之間信息流動的變化模式，觀察易損腦區(qū)之間的因果關(guān)系，進一步揭示T2DM 病人腦功能損傷的神經(jīng)基礎(chǔ)。

1 資料與方法

1.1 一般資料 前瞻性納入2018 年3—8 月陜西省人民醫(yī)院內(nèi)分泌科收治的T2DM 病人20 例，病程1~22 年，平均（8.10±5.15）年；選擇與T2DM 組性別、年齡、受教育程度相匹配的健康人20 例作為對照組（healthy control,HC）。2 組被試年齡40~70 歲，均為右利手， 影像質(zhì)量合格。T2DM 病人納入標準符合1999 年WHO 對T2DM 的診斷標準，包括：①空腹血糖≥7.0 mmol/L；②口服糖耐量試驗2 h 餐后血糖≥11.1 mmol/L； ③伴有三多一少癥狀， 且隨機血糖≥11.1 mmol/L；若無高血糖的癥狀，標準中的①、②項應(yīng)進行復(fù)查，2 次達到標準即可診斷。排除標準：有聽力、語言交流困難、幽閉恐懼等無法配合MRI 檢查者；合并其他內(nèi)分泌疾病者；合并影響認知功能的其他精神及神經(jīng)疾病者； 精神藥物濫用或酒精依賴者；常規(guī)MR 掃描發(fā)現(xiàn)腦血管意外、腫瘤、外傷、感染、 先天性腦發(fā)育異常者。本研究通過陜西省人民醫(yī)院倫理委員會批準， 所有被試在檢查前均被詳細告知試驗內(nèi)容及方法并簽署知情同意書。

1.2 神經(jīng)心理學測試 所有被試在接受fMRI 掃描前需完成簡易智力狀態(tài)檢查量表（mini-mental state examination，MMSE）、蒙特利爾認知評估量表（Montreal cognitive assessmen，MoCA）、連線測試A（trailmaking test part A,TMT-A）及畫鐘測驗（clock drawing test，CDT）。MMSE 及MoCA 用于評估被試的一般認知功能，TMT-A 評估被試神經(jīng)反應(yīng)速度及注意力，CDT 評估被試視覺空間功能。神經(jīng)心理學測試由經(jīng)過心理學測試培訓(xùn)的護士完成。

1.3 設(shè)備與方法 采用3.0 T Philips Ingenia MR 掃描設(shè)備，使用16 通道相控陣頭線圈，掃描范圍自顱頂至小腦扁桃體下緣。被試仰臥并保持頭部靜止。行3D T1WI 及靜息態(tài)fMRI 掃描，掃描參數(shù)：靜息態(tài)fMRI 采用梯度回波平面成像（GRE-EPI）序列，TR 2 000 ms，TE 30 ms，F(xiàn)OV 230 mm×230 mm，矩陣128×128，翻轉(zhuǎn)角90°，采集200 個時間點，層厚4 mm，共34 層。

1.4 數(shù)據(jù)預(yù)處理 采用Dpabi Advance 軟件對fMRI數(shù)據(jù)進行預(yù)處理。首先剔除前10 個時間點，行空間校正及時間校正（剔除平動≥1.5 mm，角動≥1.5°的病人），將頭動參數(shù)、白質(zhì)、腦脊液信號作為協(xié)變量剔除，標準化到標準腦，以3 mm×3 mm×3 mm 分辨率重采樣。然后采用全寬半高為6 的高斯平滑核進行平滑處理，濾過頻率為0.01~0.08 Hz。

1.5 Granger 因果分析 數(shù)據(jù)分析采用REST 1.8-GCA 軟件包(http//www.restfmri.net)，以模型階數(shù)為1進行Granger 因果分析。根據(jù)ALE-Meta 分析結(jié)果[4]將左側(cè)枕葉舌回、右側(cè)小腦后葉、左側(cè)中央后回、右側(cè)島葉設(shè)為興趣區(qū)（ROI），計算每個被試上述任意2個ROI 的時間序列（命名為x 和y）之間的Granger因果值， 分別計算T2DM 組和HC 組每對ROI 的平均因果值， 以Fx→y表示x 到y(tǒng) 方向的平均因果值，F(xiàn)y→x 表示y 到x 方向的平均因果值， 以因果值反映有效連接強度。將2 個ROI 之間的因果關(guān)系進行標準化，以Rx→y表示x 與y 之間因果關(guān)系的凈因果值，Rx→y能夠同時反映x 和y 間因果關(guān)系的方向和相對強度，Rx→y的絕對數(shù)值反映連接強度；正負反映x 到y(tǒng) 的連接方向，正值表示x 到y(tǒng) 的連接關(guān)系增強，負值表示y 到x 的連接關(guān)系增強）。

1.6 統(tǒng)計學分析 采用SPSS17.0 軟件進行統(tǒng)計學分析。符合正態(tài)分布的計量資料采用均數(shù)±標準差（）表示，2 組間比較采用t 檢驗。計數(shù)資料以例表示，2 組間比較采用χ2檢驗。記錄差異有統(tǒng)計學意義的臨床指標，與存在差異的配對ROI 平均因果值和凈因果值進行Pearson 相關(guān)分析。以P＜0.05 為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 2 組一般資料及神經(jīng)心理學測試比較 T2DM組糖化血紅蛋白（glycated hemoglobin，HbA1c）高于HC 組，CDT 評分低于HC 組（均P＜0.05）。2 組年齡、性別、受教育程度、血壓、體質(zhì)量指數(shù)、三酰甘油、總膽固醇比較差異均無統(tǒng)計學意義（均P>0.05），見表1。

2.2 Granger 因果分析 與HC 組相比，T2DM 病人右側(cè)小腦后葉到右側(cè)島葉、 左側(cè)舌回到左側(cè)中央后回凈因果值減低； 右側(cè)島葉到左側(cè)中央后回凈因果值增高（均P<0.05）。左側(cè)中央后回到右側(cè)島葉的有效連接減弱 （T2DM 組和CN 組Fy→x分別為1.11、1.78，P＜0.05）（表2，圖1）。

2.3 相關(guān)性分析 將T2DM 病人右側(cè)小腦后葉到右側(cè)島葉、左側(cè)舌回到左側(cè)中央后回、右側(cè)島葉到左側(cè)中央后回、 左側(cè)中央后回到右側(cè)島葉的因果值分別與CDT 評分及HbA1c 行相關(guān)性分析，結(jié)果顯示，T2DM 病人左側(cè)中央后回到右側(cè)島葉的因果值與HbA1c 呈負相關(guān)（r＝－0．523，P＝0．02），見圖2。

表1 2 組間一般臨床資料及神經(jīng)心理學測試比較

表2 配對ROI 雙向Granger 因果值及凈因果值的2 組間比較

圖1 HC 組與T2DM 組的Granger 凈因果值模式圖。箭頭方向代表信息流動方向，粗細代表連接強度。

圖2 T2DM 病人左側(cè)中央后回到右側(cè)島葉因果值與HbA1c 散點圖

3 討論

有效連接能描述兩個腦區(qū)之間的信息傳遞，從而反映一個腦區(qū)受其他腦區(qū)或外界因素的影響而改變的程度。Granger 因果分析是腦區(qū)有效連接的分析方法之一，采用數(shù)據(jù)驅(qū)動的建模方式，直接對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中ROI 的時間序列進行分析，可以研究一個時間序列能否正確預(yù)測另一個時間序列， 此方法不需要預(yù)先假設(shè)以及任何先驗信息， 計算結(jié)果準確。本研究發(fā)現(xiàn)相對于HC 組，T2DM 病人右側(cè)小腦后葉到右側(cè)島葉、 左側(cè)舌回到左側(cè)中央后回凈因果值顯著減低，右側(cè)島葉到左側(cè)中央后回凈因果值顯著升高，證實T2DM 病人易損腦區(qū)之間存在特定方向上的連接異常。

T2DM 病人右側(cè)小腦后葉到右側(cè)島葉凈因果值顯著減低主要由于右側(cè)島葉到右側(cè)小腦后葉的有效連接增強。島葉屬于凸顯網(wǎng)絡(luò)的組成腦區(qū)之一，凸顯網(wǎng)絡(luò)在認知控制中具有重要作用[8]。先前的研究已經(jīng)證實凸顯網(wǎng)絡(luò)與小腦后葉存在功能連接， 并且小腦Ⅵ~Ⅶ區(qū)參與皮質(zhì)-小腦環(huán)路并在凸顯網(wǎng)絡(luò)中具有重要作用[9]。Yang 等[10]研究發(fā)現(xiàn)T2DM 病人雙側(cè)小腦后葉與右側(cè)島葉的網(wǎng)絡(luò)連接完整性減低，提示T2DM 病人默認功能網(wǎng)絡(luò)及凸顯網(wǎng)絡(luò)存在異常，這與本研究結(jié)果基本一致。Chechlacz 等[11]研究發(fā)現(xiàn)相對于非食物圖片，T2DM 病人在看到食物相關(guān)圖片時，島葉、眶額葉皮質(zhì)及基底節(jié)區(qū)激活增加，證實T2DM 病人在食物相關(guān)線索刺激下， 凸顯網(wǎng)絡(luò)活動增強，對食物存在更強烈的需求。因此，我們推測，T2DM 右側(cè)島葉到右側(cè)小腦后葉的連接增強可能是T2DM 病人多食行為的神經(jīng)基礎(chǔ)。

T2DM 病人右側(cè)島葉到左側(cè)中央后回凈因果值顯著增加主要由于左側(cè)中央后回到右側(cè)島葉的有效連接減弱。中央后回是觸覺、本體感覺、痛溫覺的主要接收區(qū)，接受來自丘腦的大部分神經(jīng)投射[12]。白質(zhì)纖維束追蹤研究發(fā)現(xiàn)島葉與額頂葉皮質(zhì)及軀體感覺運動皮質(zhì)均存在結(jié)構(gòu)上的連接， 而且島葉受到電刺激后，會出現(xiàn)麻木、刺痛、發(fā)冷發(fā)熱等多種感覺異常[13-14]。這些研究提示中央后回與島葉之間可能存在一條感覺運動功能的通路。本研究也發(fā)現(xiàn)T2DM病人左側(cè)中央后回到右側(cè)島葉因果值與HbA1c 呈負相關(guān)（r=-0.523，P=0.02），提示血糖控制不良會增加左側(cè)中央后回到右側(cè)島葉的異常信息流動， 這可能是T2DM 病人感覺運動異常的原因之一。T2DM病人并發(fā)周圍神經(jīng)病變會出現(xiàn)感覺異常及疼痛等癥狀，本研究納入的T2DM 被試中，有11 例（55%）存在周圍神經(jīng)病變， 因此推測中央后回到島葉連接減弱可能是T2DM 病人本體感覺及痛溫覺功能異常的原因之一和周圍神經(jīng)病變的神經(jīng)基礎(chǔ)。

左側(cè)舌回到左側(cè)中央后回凈因果值顯著減低主要由于左側(cè)中央后回到左側(cè)舌回的有效連接減弱。初級視覺功能相關(guān)皮質(zhì)包括中央前/后回、 額中回、梭狀回及顳中/下回等多個腦區(qū)[15]，舌回涉及視覺記憶及視覺認知功能[16]，T2DM 左側(cè)中央后回到左側(cè)舌回的連接減弱提示病人可能存在視覺功能異常。Peng 等[17]研究發(fā)現(xiàn)T2DM 舌回及中央后回局部一致性（regional homogeneity，ReHo）減低，且舌回/距狀皮質(zhì)的ReHo 值與復(fù)雜圖形測試延遲評分呈負相關(guān)，證實舌回神經(jīng)元活動異?？赡軐?dǎo)致視覺空間功能損傷。本研究發(fā)現(xiàn)T2DM 病人CDT 評分較HC 明顯減低，同樣也證實T2DM 病人存在視覺空間功能受損。Macpherson 等[18]認為T2DM 枕葉的視覺處理區(qū)域最易受損， 視覺皮質(zhì)刺激下降可能導(dǎo)致視覺處理和視覺記憶受損， 進而導(dǎo)致T2DM 病人更廣泛的認知功能異常。此外，T2DM 的持續(xù)時間可能加速認知功能損傷[19]。本研究中，T2DM 與健康被試MMSE、MoCA、TMT-A 評分差異均無統(tǒng)計學意義，這可能與本研究中納入的T2DM 病人病程較短有關(guān)。

本研究尚存在一定的局限性。首先，Granger 因果分析會忽略神經(jīng)血流動力學的影響， 因此可能會造成位移失真， 從而獲得假的因果關(guān)系。動態(tài)因果模型雖然可以彌補Granger 因果模型的缺陷， 但受腦區(qū)的預(yù)先設(shè)定的直接影響， 如果估計的腦區(qū)不準確，如漏掉或者多出腦區(qū)，則可能導(dǎo)致估計的結(jié)果錯誤。今后可以結(jié)合這兩種有效連接方法， 采用數(shù)據(jù)驅(qū)動加模型驅(qū)動的分析模式以期獲得更加完善和準確的結(jié)果。其次， 本研究未考慮2 組被試低密度脂蛋白含量，這可能會致研究結(jié)果出現(xiàn)一定的偏倚。

總之， 本研究采用Granger 因果分析方法發(fā)現(xiàn)T2DM 病人易損腦區(qū)之間與HC 組存在不同的有效連接模式， 這種異常的有效連接可能與T2DM 病人凸顯網(wǎng)絡(luò)異常及視覺損傷有關(guān)， 左側(cè)中央后回到右側(cè)島葉連接減弱可能是T2DM 病人周圍神經(jīng)病變的神經(jīng)基礎(chǔ)。