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        輕度認知障礙患者言語流暢性下降的靜息態(tài)功能磁共振研究

        2022-10-08 10:41:18郭春蕾何家愷馬躍孫繼飛張斌龍王智洪洋張磊方繼良羅萍
        磁共振成像 2022年8期
        關(guān)鍵詞:功能研究

        郭春蕾,何家愷,馬躍,孫繼飛,張斌龍,王智,洪洋,張磊,方繼良*,羅萍*

        作者單位:1.中國中醫(yī)科學院廣安門醫(yī)院功能成像研究室,北京 100053;2.中國中醫(yī)科學院針灸研究所機能室,北京 100700;3.中國中醫(yī)科學院廣安門醫(yī)院針灸科,北京 100053;4.中國中醫(yī)科學院廣安門醫(yī)院放射科,北京 100053

        輕度認知障礙(mild cognitive impairment, MCI)是未達到癡呆狀態(tài),且日常生活功能未受損或輕度受損的認知功能減退性疾病。目前認為,MCI 與多種癡呆有關(guān),特別是與阿爾茨海默?。ˋlzheimer's disease, AD)關(guān)系密切。據(jù)流行病學調(diào)查顯示,我國MCI 患病率高達19%,且患病率逐年增長[1]。部分MCI患者可能會隨著時間推移逆轉(zhuǎn)為認知正常狀態(tài)[2-4],給診斷帶來了巨大挑戰(zhàn)。但其診斷標準不一,客觀量表的敏感性不足,腦功能異常模式尚不清楚,以上因素制約了MCI的治療和藥物研發(fā)。

        研究發(fā)現(xiàn),言語流暢性下降對診斷和區(qū)分MCI與其他疾病有重要意義,但未從影像學的角度探究言語流暢性下降與腦區(qū)功能異常的關(guān)系,未闡明其機制[5-7]。近年來,靜息態(tài)功能磁共振成像(resting-state functional magnetic resonance imaging, rs-fMRI)技術(shù)廣泛應用于多種神經(jīng)精神疾病的研究,可在活體狀態(tài)下對大腦功能進行可視化,已被證實為一種安全可靠的研究手段[8]。低頻振幅(amplitude of low frequency fluctuation, ALFF)反映了大腦局部區(qū)域自發(fā)腦活動情況,已在MCI 研究中得到應用[9-10]。然而,研究MCI言語流暢性下降腦機制的fMRI研究較少。因此,本研究基于ALFF分析方法,分析MCI言語流暢性下降的腦機制,為臨床靶向治療提供一定依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 研究對象

        參照影像學樣本量的文獻以及既往MCI相關(guān)機制研究文獻[11-13],本研究從2021 年7 月到2022 年3 月,前瞻性納入20例來自廣告招募及北京慈愛嘉養(yǎng)老服務有限公司負責管理的50家社區(qū)居家養(yǎng)老服務中心的MCI 患者(MCI組)。研究采用2004年Jak/Bodi的診斷標準[14],該標準較傳統(tǒng)的Petersen 診斷標準敏感度和特異度更高,診斷假陽性率更低,可提高MCI診斷的準確性[14-15]。MCI組納入標準:(1)有明顯認知下降,但日常生活功能基本正常,日常生活功能采用社會活動功能量表(Functional Activities Questionnaire, FAQ)進行評估,總分30分,分值>9分提示存在日常生活活動功能障礙;(2)年齡55~79歲,漢族,右利手;(3)蒙特利爾認知量表基礎(chǔ)版(Montreal Cognitive Assessment-Basic,MoCA-B)評分低于以下標準者:受教育年限≤6 年,評分≤19 分;7~12 年,評分≤22 分;>12 年,評分≤24分;(4)磁共振檢查未見明顯腦實質(zhì)病變?;颊吲懦龢藴剩海?)各種原因?qū)е碌陌V呆;(2)炎癥腦血管病、腦炎、腦腫瘤、腦外傷、癲癇、帕金森病等其他導致認知下降的神經(jīng)系統(tǒng)疾?。唬?)嚴重的精神疾病,如重度抑郁等,17 項漢密爾頓抑郁量表(17-item Hamilton Depression Scale,HAMD-17)>7分,漢密爾頓焦慮量表(Hamilton Anxiety Scale, HAMA)>7分;(4)患有急性或嚴重威脅生命的疾病,有心臟起搏器、金屬關(guān)節(jié)、幽閉恐懼癥等磁共振檢查禁忌證;(5)嚴重的視力、聽力或語言問題不能配合認知量表評估;(6)服用精神類藥物或藥物濫用。

        同時,招募同樣來源的16例性別、年齡、受教育程度相匹配的健康人作為對照(健康對照組)。健康對照組納入標準:(1)無明顯記憶下降或認知障礙主訴;(2)無神經(jīng)精神疾病病史。健康對照組排除標準:(1)有磁共振檢查禁忌證(心臟起搏器、金屬關(guān)節(jié)、幽閉恐懼癥等);(2)磁共振檢查見明顯腦器質(zhì)性病變。MCI組和健康對照組均在入組前先進行HAMD-17 和HAMA評估精神狀態(tài),再進行華山版聽覺詞語學習測驗(Auditory Verbal Learning Test-Huashan version,AVLT-H)、形狀連線測驗A 和B(Shape Trails Test A&B, STT A&B)、動物詞語流暢性(Animal Fluency Test, AFT)及波士頓命名測試(Boston Naming Test,BNT)以及FAQ 評估。AVLT-H、STT A& B、AFT、BNT 以及FAQ 分別評估記憶、執(zhí)行、語言功能和日常生活功能,至少同一個認知域(記憶、語言、執(zhí)行功能)中的2個神經(jīng)心理檢查測試損害程度均大于1.0 SD(經(jīng)年齡校正的常模)、每一個認知域(記憶、語言、執(zhí)行功能)中有1 個神經(jīng)心理檢查測試損害程度均大于1.0 SD(經(jīng)年齡校正的常模)或者FAQ評分為9分,可認為存在認知障礙。患者單獨進行MoCA-B 評估。本試驗獲得中國中醫(yī)科學院廣安門醫(yī)院倫理委員會批準(批準文號:2021-077-KY-01),全體受試者均簽署了知情同意書。

        1.2 rs-fMRI數(shù)據(jù)采集

        所有被試均在中國中醫(yī)科學院廣安門醫(yī)院放射科進行rs-fMRI 掃描,設(shè)備為德國西門子Magneton Skyra 3.0 T磁共振,采用標準20通道頭頸聯(lián)合線圈。掃描過程中囑被試保持安靜、閉眼、放松狀態(tài)。先進行T2WI MRI平掃,以排除嚴重腦器質(zhì)性病變,如腦梗死、腦缺血等。再進行3D T1WI 腦結(jié)構(gòu)像掃描,掃描參數(shù)為:重復時間(repetition time, TR)2530 ms,回波時間(echo time, TE)2.98 ms,視野(field of view, FOV)256 mm×256 mm,層厚1.0 mm,層間距1.0 mm,層數(shù)128 層,矩陣256×192,翻轉(zhuǎn)角(flip angle, FA)7°;最后進行血氧水平依賴(blood oxygenation level dependent, BOLD)的靜息態(tài)功能掃描,參數(shù)為:TR 2000 ms,TE 30 ms,層厚3.5 mm,層間隔0.6 mm,層數(shù)32 層,F(xiàn)OV 224 mm×224 mm,矩陣64×64,F(xiàn)A 90°。每個被試各掃描一次fMRI,掃描序列、掃描參數(shù)保持一致。

        1.3 rs-fMRI數(shù)據(jù)預處理

        所有rs-fMRI原始數(shù)據(jù)均采用基于MATLAB(R2020a)平臺的DPABI 6.0 進行處理。預處理首先對原始DICOM數(shù)據(jù)進行格式轉(zhuǎn)換,先剔除前10個時間點的數(shù)據(jù),再進行時間層校正、頭動校正(排除所有平動方向移動>3 mm 和轉(zhuǎn)動方向>3°)的數(shù)據(jù),所有被試頭動均合格,接著回歸白質(zhì)信號、腦脊液信號等噪聲協(xié)變量、去線性漂移,采用統(tǒng)一分割算法進行空間標準化得到每個被試在MNI標準空間的功能像,然后將空間標準化后的功能像重采樣到3 mm×3 mm×3 mm體素大小,選擇半高寬值為4 mm 的高斯平滑核進行空間平滑提高信噪比,最后將得到的數(shù)據(jù)在0.01~0.1 Hz頻段進行濾波。

        1.4 ALFF分析

        計算ALFF指標并進行Z值標準化,隨后將兩組標準化后的數(shù)據(jù)進行兩樣本t檢驗,將年齡,受教育年限以及頭動參數(shù)值作為協(xié)變量回歸。參考rs-fMRI研究的閾值[16-17],采用高斯隨機場(Gaussian Random Field, GRF)校正,設(shè)定對比差異voxelP<0.005,clusterP<0.05為差異具有統(tǒng)計學意義,最后將結(jié)果進行提值并進行可視化展現(xiàn)。計算、統(tǒng)計和結(jié)果呈現(xiàn)均采用DPABI 6.0。

        1.5 臨床數(shù)據(jù)分析

        采用SPSS 26.0 軟件統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)。計數(shù)資料采用卡方檢驗。計量資料符合正態(tài)分布用均數(shù)±標準差(xˉ±s)表示;不符合正態(tài)性分布或部分不符合正態(tài)分布則采用秩和檢驗,用中位數(shù)(四分位數(shù)間距)[M(IQR)]表示。P<0.05表示差異有統(tǒng)計學意義。兩組ALFF 兩樣本t檢驗的陽性結(jié)果提值后得到的ALFF值分別與MCI組MoCA-B的流暢性測試、AFT、BNT量表進行相關(guān)性分析,兩組均服從正態(tài)分布用Pearson相關(guān)分析,否則用Spearman 相關(guān)分析,P<0.05 表示差異有統(tǒng)計學意義。

        2 結(jié)果

        2.1 人口學特征

        MCI組和健康對照組在性別、年齡、教育年限和平均FD-Jenkinson上的差異無統(tǒng)計學意義;兩組的FAQ、HAMD-17 以及HAMA 均在正常范圍;經(jīng)過受教育年限的調(diào)整,患者組的MoCA-B 均未達到正常水平;AVLT-H(N5)、AVLT-H(N7)、STT A、STT B、AFT、BNT 量表得分上差異有統(tǒng)計學意義(表1,表2)。

        表1 人口學資料Tab.1 Demographic data

        表2 MCI組MoCA-B各個認知域測試完成情況Tab.2 The completion of each cognitive domain test of MOCA-B in MCI group

        2.2 圖像數(shù)據(jù)兩樣本t檢驗結(jié)果

        與健康對照組相比,MCI組右側(cè)島葉/顳上回ALFF降低(GRF校正,voxelP<0.005,clusterP<0.05),未見ALFF升高的腦區(qū)(表3,圖1)。

        表3 MCI組與健康對照組兩樣本t檢驗顯著的腦區(qū)Tab.3 Significant brain regions of two sample t test in MCI group and healthy controls group

        圖1 MCI 組與健康對照組兩樣本t 檢驗顯著的腦區(qū)和兩組對比圖。1A中藍色團塊表示與健康對照組相比,MCI組ALFF降低的腦區(qū)(右側(cè)島葉/顳上回),色條代表t 值;1B 表示MCI 組和健康對照組ALFF 值的差異,****表示P<0.0001。MCI:輕度認知障礙;ALFF:低頻振幅。Fig. 1 Significant brain regions of two sample t test in MCI group and healthy controls group and comparison of the two groups. The blue mass in 1A represents the brain region (right insula/superior temporal gyrus)with decreased ALFF in MCI group compared with healthy control group,color bar represents t value. 1B represents the difference in ALFF values between the MCI group and the healthy control group, and ****represents P<0.0001. MCI: mild cognitive impairment;ALFF: amplitude of low frequency fluctuation.

        2.3 相關(guān)性分析結(jié)果

        Spearman相關(guān)分析結(jié)果顯示,MCI組降低的ALFF值與MoCA-B 中的流暢性測試顯著相關(guān)(rs=0.500,P=0.025),但與AFT和BNT無顯著相關(guān)(圖2)。

        圖2 MoCA-B 流暢性測試圖。MoCA-B 中流暢性測試的個數(shù)與MCI組ALFF 值的相關(guān),二者呈正相關(guān)(rs=0.500,P=0.025)。MoCA-B:蒙特利爾認知評估量表基礎(chǔ)版;MCI:輕度認知障礙;ALFF:低頻振幅。Fig. 2 Moca-B fluency test chart. The number of fluency tests in MOCA-B was positively correlated with the ALFF value of MCI group(RS=0.500, P=0.025). MoCA-B: Montreal Cognitive Assessment-Basic;MCI: mild cognitive impairment; ALFF: Amplitude of low frequency fluctuation.

        3 討論

        本研究是首個采用Jak/Bondi診斷標準,以AVLT-H、STT A&B、AFT、BNT評估多個認知域以及FAQ評估日常生活功能來篩查MCI患者,同時結(jié)合MoCA-B和rs-fMRI技術(shù)研究MCI 言語流暢性下降的腦機制研究。本研究發(fā)現(xiàn)在靜息態(tài)狀態(tài)下MCI存在局部腦功能異常改變:與健康對照相比,MCI 患者局部腦功能活動降低,表現(xiàn)為右側(cè)島葉和右側(cè)顳上回ALFF值降低,且與MoCA-B中的流暢性測試顯著相關(guān)。

        3.1 島葉與語言和注意力

        語言是人類特有的一種認知能力,在其他疾病上可觀察到注意力受損與言語流暢性有一定聯(lián)系[18]。注意力受損是MCI 患者的常見癥狀[19],且注意力一定程度上影響記憶力[20],記憶減退是MCI 的主要臨床表現(xiàn)。島葉作為突顯網(wǎng)絡的核心節(jié)點,是參與外部導向和內(nèi)部導向注意或與自我相關(guān)認知等其他大型腦網(wǎng)絡之間的動態(tài)切換的中樞[21]。突顯網(wǎng)絡、默認網(wǎng)絡、執(zhí)行控制網(wǎng)絡功能異常是MCI 的常見改變,且與AD 的疾病進程和AD 前期診斷相關(guān)[22-23]。島葉還與語言產(chǎn)生和處理有關(guān)[24-25],島葉功能異??赡芴崾狙哉Z記憶功能受損[26]。

        Bi等[26]提出的一種基于rs-fMRI 數(shù)據(jù)和遺傳數(shù)據(jù)的遺傳進化隨機森林算法,發(fā)現(xiàn)島葉、額上回、杏仁核等腦區(qū)是早期MCI 相關(guān)的致病腦區(qū)。Duan等[27]發(fā)現(xiàn),MCI 患者的島葉、右側(cè)顳頂區(qū)和右側(cè)額下區(qū)局部腦血流較健康人降低。樊響等[28]表明,與健康人比較,MCI 患者左側(cè)島葉、左側(cè)殼核、雙側(cè)尾狀核和雙側(cè)海馬旁回ALFF 降低。此外,趙澄等[29]發(fā)現(xiàn),MCI 患者右側(cè)島葉前部-額葉島蓋與左側(cè)嗅皮質(zhì)、左側(cè)頂上小葉功能連接較健康人顯著降低,左側(cè)島葉前部-額葉島蓋與嗅皮質(zhì)的功能連接減低。Hu等[30]表明,MCI 患者雙側(cè)島葉和右側(cè)小腦的度中心性降低。本研究的結(jié)果也發(fā)現(xiàn)了島葉功能活動下降,可能與患者的言語流暢性下降有關(guān)。

        3.2 顳上回與聽力和言語功能

        顳上回位于頂葉、枕葉和顳葉交匯處,是聽覺言語中樞[31-32]。MCI的神經(jīng)心理學改變包括語言功能減退[33],此外,聽力受損與認知下降存在明顯相關(guān),嚴重的聽力下降與更高的癡呆發(fā)病率相關(guān)[34-35]。顳上回位于默認網(wǎng)絡,默認網(wǎng)絡參與注意力集中和多種形式的復雜認知活動,與記憶或抽象思維有關(guān)[36-37]。在MCI 早期,默認網(wǎng)絡功能即出現(xiàn)自發(fā)活動增強,為功能代償?shù)囊环N形式[38]。

        既往研究表明,MCI 患者多個腦區(qū),包括顳葉、頂葉區(qū)存在低灌注和低代謝[39]。此外,fMRI 研究也發(fā)現(xiàn)MCI患者顳上回的局部腦活動下降,顳上回與其他腦區(qū)的功能連接下降。汪騰龍等[40]發(fā)現(xiàn),MCI 患者右側(cè)顳上回、右側(cè)顳中回、顳極、中央后回的局部一致性比健康人降低,后扣帶回/楔前葉與左側(cè)顳上回、左側(cè)顳中回、左側(cè)角回、左側(cè)枕中回功能連接降低。另外,吳欽娟等[41]發(fā)現(xiàn),MCI 患者后扣帶與右側(cè)顳上回、雙側(cè)顳中回、雙側(cè)舌回功能連接顯著降低。Fam等[42]表明,MCI 患者左側(cè)顳上回、島葉和右側(cè)扣帶回較健康人的時間全局效率要低。MCI 患者右側(cè)顳上回ALFF 降低可能是患者言語流暢性下降的表現(xiàn),這在MoCA-B的流暢性測試也有體現(xiàn)。

        MCI 腦功能研究的Meta 分析研究結(jié)果表明,MCI患者存在多個腦區(qū)的ALFF降低,包括雙側(cè)島葉、左側(cè)顳枕區(qū)、雙側(cè)后扣帶/楔前葉等[43-44]。此外,MCI 腦結(jié)構(gòu)研究的meta 分析也發(fā)現(xiàn),島葉和顳上回體積共同減少是MCI 的危險因素,可能反映了溝通障礙、精神或社會活動刺激減少[45]。我們的結(jié)果有類似發(fā)現(xiàn),再次驗證了MCI存在島葉和顳上回局部腦功能異常,島葉和顳上回的功能改變在MCI病程中是常見的,而且這種改變可能是MCI 患者言語流暢性下降的原因之一。但是,也有研究發(fā)現(xiàn)MCI 患者存在島葉和顳葉ALFF 升高[46-47],認為與疾病早期出現(xiàn)的腦功能代償、伴隨疾病或MCI的亞型相關(guān)。

        3.3 局限性

        本研究尚存在許多不足:第一,納入的樣本量較小,未對MCI 進行分型;第二,本研究關(guān)注的指標較少??紤]到本研究納入患者的標準較嚴格,假陽性的可能性較低?;谏鲜龅脑颍颊吆徒】祵φ詹町惸X區(qū)較少的原因可能是樣本量較小。未來將在更大樣本量的基礎(chǔ)上,對MCI 的亞型進行研究,進一步探索MCI患者言語流暢性下降發(fā)生的腦機制,驗證是否是由于島葉和顳上回功能異?;蛘咂渌c言語相關(guān)的腦區(qū)功能異常導致的。此外,鑒于前期研究發(fā)現(xiàn)島葉和顳上回體積減小與MCI的功能改變有關(guān),我們未來的研究也將結(jié)合基于體素的形態(tài)學方法,經(jīng)過灰質(zhì)體積校正后再次驗證MCI存在功能異常的腦區(qū)。

        作者利益沖突聲明:全部作者均聲明無利益沖突。

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