苗修前，徐進(jìn)敬，李彪，馮源，陳宇辰，殷信道

作者單位 1.南京醫(yī)科大學(xué)附屬南京醫(yī)院（南京市第一醫(yī)院）醫(yī)學(xué)影像科，南京 210006；2.南京醫(yī)科大學(xué)附屬南京醫(yī)院（南京市第一醫(yī)院）耳鼻喉科，南京 210006

0 引言

突發(fā)性耳聾與偏頭痛關(guān)系密切[1]。流行病學(xué)證據(jù)表明，偏頭痛是突發(fā)感音神經(jīng)性耳聾（sudden sensorineural hearing loss, SSNHL）的獨(dú)立風(fēng)險(xiǎn)因素（風(fēng)險(xiǎn)比為1.92）[2]，且偏頭痛患者更易出現(xiàn)SSNHL（發(fā)生率約35%～80%）[3]。另外，SSNHL 常伴隨偏頭痛癥狀，早期預(yù)防或治療偏頭痛可有效改善聽力預(yù)后[4]。SSNH 伴偏頭痛被認(rèn)為是由多個(gè)大腦網(wǎng)絡(luò)共同作用并引起情緒障礙[5]，如焦慮和抑郁，但是大腦網(wǎng)絡(luò)以怎樣的模式影響情緒障礙亟待進(jìn)一步明確。

現(xiàn)有MRI 研究多依賴于空間和時(shí)間平穩(wěn)理論，關(guān)注慢性偏頭痛患者的皮層、皮質(zhì)下改變及其與認(rèn)知障礙的關(guān)系[6-7]，忽略了大腦隨時(shí)間波動(dòng)的真實(shí)性及SSNHL 伴偏頭痛患者的情緒障礙，未能揭示SSNHL 伴偏頭痛引起情緒障礙的神經(jīng)病理學(xué)機(jī)制。大腦動(dòng)力學(xué)指在大的時(shí)空內(nèi)功能MRI 連接模式/網(wǎng)絡(luò)不斷重新發(fā)生的過程，這些大規(guī)模網(wǎng)絡(luò)之間的轉(zhuǎn)換可能反映了大腦不同活動(dòng)狀態(tài)間的轉(zhuǎn)換[8]。與靜態(tài)連接相比，動(dòng)態(tài)連接可以捕捉大腦的自然真相，其中多層網(wǎng)絡(luò)模型被用于追蹤神經(jīng)精神疾病腦節(jié)點(diǎn)時(shí)空連接模式之間的異常網(wǎng)絡(luò)切換[9-10]。CHEN 等[11]使用獨(dú)立成分分析（independent component analysis,ICA）來識(shí)別前庭性偏頭痛患者的異常動(dòng)態(tài)功能連接，LAN 等[12]使用ICA 證實(shí)了耳鳴伴偏頭痛患者的小腦-大腦連接的短暫病理狀態(tài)。但目前很少有研究關(guān)注SSNH 伴偏頭痛及其在全腦區(qū)域相互作用中的時(shí)間變化。

因此，本研究旨在基于大腦動(dòng)力學(xué)工具挖掘SSNHL 伴偏頭痛患者的異常時(shí)變連接模式（即多層網(wǎng)絡(luò)變化），從而闡明SSNHL 伴偏頭痛和情緒障礙之間的潛在機(jī)制。

1 材料與方法

1.1 研究對(duì)象

本研究遵守《赫爾辛基宣言》，該研究方案經(jīng)南京市第一醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)通過（批準(zhǔn)文號(hào)：KY20200405），所有受試者均簽署知情同意書。

本研究采用前瞻性研究方法，從南京市第一醫(yī)院和體檢中心共招募41 名SSNHL 伴偏頭痛患者和47 名年齡、性別及受教育年限匹配良好的健康對(duì)照，每位受試者均為右利手，均接受聽力學(xué)、神經(jīng)學(xué)及影像學(xué)檢查。本研究由2 名5 年以上工作經(jīng)驗(yàn)的神經(jīng)內(nèi)科主治醫(yī)生根據(jù)國際頭痛疾病分類第三版（International Classification Headache Disorders-3,ICHD-3）診斷SSNHL 和偏頭痛情況并進(jìn)行多維度神經(jīng)量表評(píng)估，包括簡易精神狀態(tài)量表（Mini-Mental State Examination, MMSE）、焦慮自評(píng)量表（Self-Rating Anxiety Scale, SAS）、漢密頓抑郁量表（Hamilton Depression Scale, HAMD）、符號(hào)數(shù)字模擬試驗(yàn)（Symbol Digit Modalities Test, SDMT）和聽覺語言學(xué)習(xí)測試（Auditory Verbal Learning Test, AVLT），最終結(jié)果取其平均數(shù)。并由1名10年以上工作經(jīng)驗(yàn)的耳鼻喉科副主任醫(yī)師通過純音側(cè)聽方法檢測受試者的聽力，其中SSNHL定義為在三個(gè)連續(xù)頻率（包括0.25、0.5、1、2、4和8 kHz） 聽覺閾值大于25 dB。SSNHL伴偏頭痛組入組標(biāo)準(zhǔn)：（1）偏頭痛和SSNHL共存；（2）年齡18～65 周歲；（3）受教育年限＞6 年。排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）個(gè)體可能患有偏頭痛、梅尼埃病、傳導(dǎo)性耳聾、帕金森病、阿爾茨海默病以及心腦血管等其他全身性疾病；（2）有腦損傷史、藥物濫用史、吸煙或酗酒史；（3）有MRI掃描禁忌證。健康對(duì)照組的入組標(biāo)準(zhǔn)：（1）年齡18～65 周歲；（2）受教育年限＞6 年；（3）各頻率的聽覺閾值均小于25 dB。排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）個(gè)體可能患有帕金森病、阿爾茨海默病及心腦血管等其他全身性疾??；（2）有腦損傷史、藥物濫用史、吸煙或酗酒史；（3）有MRI掃描禁忌證。

1.2 掃描參數(shù)

成像設(shè)備采用南京市第一醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科的飛利浦3.0 T Ingenia MRI 掃描儀，配備有頭部標(biāo)準(zhǔn)8 通道線圈。掃描進(jìn)行前告知被試保持平靜，不進(jìn)行任何思考，全程閉眼，并保持清醒未眠狀態(tài)。同時(shí)給予耳塞及耳機(jī)降低掃描儀噪音對(duì)受試者的影響，并用泡沫墊固定受試者頭部以盡量減少頭動(dòng)。所有被試均先進(jìn)行結(jié)構(gòu)像掃描，由2 名5 年以上工作經(jīng)驗(yàn)的影像科主治醫(yī)師排除受試者顱內(nèi)器質(zhì)性病變，排除診斷意見不一致的被試。3D-T1 結(jié)構(gòu)像成像序列及參數(shù)：選用高分辨率三維加速場回波序列，TR 5000 ms，TE 2.98 ms，F(xiàn)A 90°，F(xiàn)OV 256 mm×256 mm，矩陣256×256，層厚1 mm，層數(shù)176；靜息態(tài)fMRI 序列及參數(shù)：選用梯度回波平面成像序列，TR 2000 ms，TE 30 ms，F(xiàn)A 90°，F(xiàn)OV 240 mm×240 mm，矩陣64×64，層厚4 mm，層數(shù)36，時(shí)間點(diǎn)230個(gè)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

1.3.1 數(shù)據(jù)預(yù)處理

本研究使用基于MATLAB 2018b（The Math Works, Inc.Natick, Massach usetts, USA）平臺(tái)的圖論網(wǎng)絡(luò)分析軟件（graph theoretical network analysis，GRETNA2.0.0A，https://www.nitrc.org/projects/gretna/）對(duì)fMRI 數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。預(yù)處理步驟如下：（1）數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)化，將原始DICOM圖像轉(zhuǎn)換成NIFTI格式；（2）時(shí)間校正，去除前10個(gè)時(shí)間點(diǎn)以排除受試者適應(yīng)掃描環(huán)境及機(jī)器未進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)的影響；（3）頭動(dòng)校正，剔除頭部旋轉(zhuǎn)角度大于2.0°或頭部移動(dòng)大于2.0 mm 的MRI 數(shù)據(jù)；（4）空間標(biāo)準(zhǔn)化；（5）平滑，以半峰全寬（full width at half maximum, FWHM）為6 mm的平滑核進(jìn)行空間平滑。

1.3.2 多層網(wǎng)絡(luò)分析

本研究采用滑動(dòng)窗口法來計(jì)算各組動(dòng)態(tài)功能的連接性，其中窗口長度設(shè)置為20 TR，步長設(shè)置為1 TR[13]。根據(jù)自動(dòng)解剖標(biāo)記圖譜將大腦細(xì)分為90 個(gè)感興趣區(qū)（region of interest, ROI），并提取每個(gè)感興趣區(qū)的平均信號(hào)。最后得到每個(gè)受試的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)矩陣。采用迭代有序Louvain 算法對(duì)于動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行追蹤分析（設(shè)置參數(shù)gamma=1，omega=0.75），并得到模塊化系數(shù)Q 和節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換率兩個(gè)指標(biāo)[14]。模塊化指通過迭代算法在大腦網(wǎng)絡(luò)中尋找最優(yōu)集群的數(shù)量。與隨機(jī)分布的連接相比，模塊化的多層網(wǎng)絡(luò)內(nèi)節(jié)點(diǎn)連接更強(qiáng)。模塊化系數(shù)Q 是指大腦網(wǎng)絡(luò)分化到不同模塊的程度，范圍從0（低網(wǎng)絡(luò)隔離）到1（高網(wǎng)絡(luò)隔離）。節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換率是指根據(jù)每個(gè)窗口中90 個(gè)節(jié)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)模塊化信息計(jì)算節(jié)點(diǎn)切換到不同網(wǎng)絡(luò)的時(shí)間窗口百分比。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

采用SPSS 25.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。計(jì)數(shù)資料采用χ2檢驗(yàn)，計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)。對(duì)兩組受試者的年齡、受教育年限、神經(jīng)量表評(píng)分行雙樣本t 檢驗(yàn)，對(duì)性別行χ2檢驗(yàn)，以P＜0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。對(duì)兩組節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換率和模塊系數(shù)Q 進(jìn)行雙樣本t檢驗(yàn)，錯(cuò)誤發(fā)現(xiàn)率（false discovery rate, FDR）校正，以P＜0.05 為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。另外，采用Pearson 相關(guān)分析研究多層網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)與臨床特征之間的相關(guān)性（包括病程、神經(jīng)量表得分等），以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 受試者基線資料

兩組被試的臨床資料、聽力測試結(jié)果和神經(jīng)量表得分見表1。受試者間的年齡、性別、受教育年限沒有顯著差異。SSNHL 伴偏頭痛患者組左耳、右耳的平均聽閾明顯高于健康對(duì)照組。在神經(jīng)量表評(píng)估方面，兩組間MMSE、SDMT 和AVLT 評(píng)分差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，提示兩組受試者均沒有認(rèn)知障礙。但與健康對(duì)照組相比，患者組的SAS 和HAMD 評(píng)分明顯較高，提示SSNHL 伴偏頭痛患者存在焦慮、抑郁情緒障礙。

表1 SSNHL伴偏頭痛患者組與健康對(duì)照組的基線資料Tab.1 Baseline data of SSNHL patients with migraine and healthy controls

2.2 多層網(wǎng)絡(luò)分析結(jié)果

結(jié)構(gòu)像掃描顯示所有被試均無器質(zhì)性病變，可進(jìn)行后續(xù)分析。SSNHL伴偏頭痛患者和健康對(duì)照組間整體模塊化系數(shù)Q 差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。與健康對(duì)照組相比，SSNHL 伴偏頭痛患者的右側(cè)中央溝蓋、中扣帶回和左側(cè)楔葉、左側(cè)枕下回的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換率顯著減低（FDR校正，P＜0.05，圖1）。

圖1 突發(fā)感音神經(jīng)性耳聾（SSNHL）伴偏頭痛患者（紅色）與健康對(duì)照組（藍(lán)色）網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換率的差異腦區(qū)。Fig.1 Changes of switching rates in sudden sensorineural hearing loss(SSNHL) patients with migraine compared with healthy controls.

2.3 相關(guān)性分析結(jié)果

Pearson 相關(guān)分析顯示SSNHL 伴偏頭痛組右側(cè)中扣帶回的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換率與SAS 評(píng)分呈負(fù)相關(guān)（r=-0.41，P=0.008，圖2），其余差異腦區(qū)與病程、聽力情況及臨床量表評(píng)分均未見明顯相關(guān)性（P＞0.05）。

圖2 突發(fā)感音神經(jīng)性耳聾（SSNHL）伴偏頭痛患者右側(cè)中扣帶回的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換率與焦慮自評(píng)量表（SAS）評(píng)分呈負(fù)相關(guān)。Fig.2 The switching rates of right medial cingulate gyrus in sudden sensorineural hearing loss (SSNHL) patients with migraine were negatively correlated with Self-Rating Anxiety Scale (SAS) scores.

3 討論

本研究采用多層腦網(wǎng)絡(luò)分析的方法來探討SSNHL伴偏頭痛患者的腦網(wǎng)絡(luò)變化及其誘發(fā)情緒障礙的神經(jīng)機(jī)制，結(jié)果顯示，SSNHL伴偏頭痛對(duì)全腦的整體模塊化系數(shù)沒有顯著影響，但右側(cè)中央溝蓋、中扣帶回和左側(cè)楔葉、左側(cè)枕下回的節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)切換率顯著降低，且右側(cè)中扣帶回的網(wǎng)絡(luò)切換率與抑郁相關(guān)。

中央溝蓋位于中央前后回之間，位于羅蘭多中央溝的兩側(cè)，由中央前、后回下部的連接組成[15]。中央溝蓋與海馬旁回、梭狀回和杏仁核形成復(fù)雜的連接模式，被認(rèn)為在感覺-聽覺整合中發(fā)揮重要作用，因此不難理解SSNHL 伴偏頭痛患者中央溝蓋的功能障礙[16]。既往研究顯示，耳聾患者中央溝蓋的度中心性和功能連通性發(fā)生變化[17]，無聽力損失的耳鳴患者灰質(zhì)體積減小[18]。中央溝蓋與前島葉、杏仁核存在雙向纖維連接，前島葉負(fù)責(zé)整合來自化學(xué)感受器的信息，杏仁核參與厭惡反應(yīng)和化學(xué)記憶，從而觸發(fā)情緒效應(yīng)[19]。因此，中央溝蓋的功能障礙可導(dǎo)致患者的情緒，如抑郁[20]。綜上，筆者推測耳聾患者由于聽覺系統(tǒng)的異常，不能整合聽覺信息，導(dǎo)致中央溝蓋的異常連接，引起情緒障礙，與本研究結(jié)果存在一致性。

本研究還發(fā)現(xiàn)中扣帶回的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換率降低。在解剖學(xué)上，中扣帶回與前額葉、前中央回、頂葉皮層和背側(cè)紋狀體存在結(jié)構(gòu)連接[21]。在功能上，中扣帶回主要負(fù)責(zé)調(diào)節(jié)情緒和運(yùn)動(dòng)行為[22]。中扣帶回接收并整合來自杏仁核、脊髓丘腦系統(tǒng)、紋狀體等區(qū)域的信息，并將編碼信息投射到執(zhí)行運(yùn)動(dòng)的大腦區(qū)域，如皮質(zhì)脊髓、前額葉皮層、下頂葉和后島葉[23]。因此，機(jī)體可以對(duì)外界刺激或情緒變化做出適當(dāng)?shù)男袆?dòng)或情緒表達(dá)。已有研究證實(shí)偏頭痛和老年性耳聾患者的扣帶回的功能連通性異常[17,24]，這與我們的試驗(yàn)結(jié)果是一致的。中扣帶皮層的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換率降低，導(dǎo)致其無法與大腦的其他核團(tuán)塊形成正常的功能連接，從而導(dǎo)致情緒功能異常[25]。因此，我們推測SSNHL 伴偏頭痛患者的情緒障礙與中扣帶皮層功能異常有關(guān)。此外，中扣帶回在疼痛效應(yīng)的加工過程中也起著重要的作用，其是情緒信息與負(fù)責(zé)目標(biāo)導(dǎo)向行為的運(yùn)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)相連接的樞紐?；谏鲜隼碚摶A(chǔ)，一些學(xué)者認(rèn)為，認(rèn)知控制和疼痛效應(yīng)都依賴于中扣帶回的功能。研究表明在執(zhí)行完高強(qiáng)度的任務(wù)后，受試者對(duì)疼痛的耐受性下降[26]。因此，我們認(rèn)為偏頭痛患者可能由于疼痛刺激導(dǎo)致中扣帶回功能資源有限，難以執(zhí)行認(rèn)知及情感任務(wù)，從而導(dǎo)致患者的情緒障礙。結(jié)合本研究，SSNHL 伴偏頭痛患者合并有聽力下降及偏頭痛癥狀，且中扣帶回的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換率與SAS 評(píng)分呈負(fù)相關(guān)，提示中扣帶回在耳科偏頭痛情緒障礙中的重要作用。

本研究中楔葉和枕下回，即枕葉的網(wǎng)絡(luò)切換率降低，可能是跨模態(tài)可塑性的結(jié)果。楔葉和枕下回是枕葉的重要組成部分[27]。楔葉除了接收來自同側(cè)視網(wǎng)膜的視覺信號(hào)，與視覺信號(hào)處理有關(guān)，還與認(rèn)知執(zhí)行功能有關(guān)[28]。研究表明，帕金森病患者的楔葉代謝水平與言語記憶功能直接相關(guān)[29]。單側(cè)感音神經(jīng)性聽力損失患者雙側(cè)枕下回低頻振幅減低，偏頭痛患者枕下回的局部一致性也降低[30-31]。枕下回作為枕葉和頂葉之間信息傳遞的核心節(jié)點(diǎn)，對(duì)全腦功能整合具有重要影響[32]。QIAO 等[33]發(fā)現(xiàn)，單側(cè)聽力損失患者的視覺皮層的激活減少，聽覺系統(tǒng)通過剝奪視覺系統(tǒng)的資源來補(bǔ)償聽力功能受損，這是一種補(bǔ)償機(jī)制。大量的研究已證實(shí)偏頭痛患者的視覺中心的功能改變，這可能與枕葉皮質(zhì)擴(kuò)散受抑制有關(guān)[34-35]。枕葉的神經(jīng)通路主要包括背側(cè)通路和腹側(cè)通路，背側(cè)和腹側(cè)通路相互連接，共同執(zhí)行復(fù)雜的行為任務(wù)[36]。背側(cè)通路從大腦的背側(cè)通過頂葉額葉和與視覺空間協(xié)調(diào)對(duì)象，而腹側(cè)通路從枕葉到額葉通過顳葉和相關(guān)的識(shí)別對(duì)象。枕葉不僅在整合視覺、聽覺和其他感覺系統(tǒng)收集的信息方面發(fā)揮著重要作用，而且還將視覺信息與大腦對(duì)語言和其他執(zhí)行功能系統(tǒng)的處理聯(lián)系起來[37]。因此，枕葉轉(zhuǎn)換率的降低可能導(dǎo)致感覺系統(tǒng)無法向額葉和其他執(zhí)行系統(tǒng)做出適當(dāng)?shù)姆磻?yīng)。

本研究存在一定的局限性。第一，我們的研究對(duì)象是SSNHL 伴偏頭痛的患者，混雜因素較多，例如患者的發(fā)病時(shí)間、發(fā)病持續(xù)時(shí)間、發(fā)病階段（偏頭痛發(fā)作期/間歇性發(fā)作期）及藥物治療的干預(yù)等。后續(xù)將盡量控制混雜因素。第二，本研究樣本量較少，未能對(duì)疾病的嚴(yán)重程度進(jìn)行亞組分析。第三，本研究尚未解析多層腦網(wǎng)絡(luò)的變化是SSNHL 和偏頭痛的聯(lián)合作用還是各因素單獨(dú)作用，未來將通過增加分組進(jìn)行闡釋。第四，本項(xiàng)目是一個(gè)SSNHL 伴偏頭痛的橫斷面研究，無法追蹤疾病的發(fā)生發(fā)展過程，后續(xù)將進(jìn)行縱向隨訪，使試驗(yàn)結(jié)果更加全面。

4 結(jié)論

綜上所述，本研究發(fā)現(xiàn)多層網(wǎng)絡(luò)分析在腦功能的動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)分析方法中具有較大優(yōu)勢。SSNHL伴偏頭痛患者的中央溝蓋、中扣帶皮層、楔葉和枕下回的網(wǎng)絡(luò)切換率改變，提示SSNHL 伴偏頭痛患者多層腦網(wǎng)絡(luò)的功能受損，網(wǎng)絡(luò)特性出現(xiàn)轉(zhuǎn)變，可能與其誘發(fā)的情緒障礙具有一定相關(guān)性。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無利益沖突。

作者貢獻(xiàn)聲明：徐進(jìn)敬設(shè)計(jì)本研究的方案，對(duì)稿件重要內(nèi)容進(jìn)行了修改，獲得了南京醫(yī)科大學(xué)科技發(fā)展基金一般項(xiàng)目的資助；苗修前起草和撰寫稿件，獲取、分析和解釋本研究的文獻(xiàn)/數(shù)據(jù)；李彪、馮源、陳宇辰、殷信道獲取、分析或解釋本研究的文獻(xiàn)/數(shù)據(jù)，對(duì)稿件重要內(nèi)容進(jìn)行了修改；全體作者都同意發(fā)表最后的修改稿，同意對(duì)本研究的所有方面負(fù)責(zé)，確保本研究的準(zhǔn)確性和誠信。