右侧颞叶癫痫患者后扣带功能和结构连接与警觉功能的相关性研究☆

周克剑周慕华吴仕新叶伟李健萍郑金瓯

·论 著·

右侧颞叶癫痫患者后扣带功能和结构连接与警觉功能的相关性研究☆

周克剑*周慕华*吴仕新*叶伟*李健萍*郑金瓯*

目的利用静息态功能磁共振（functional magnetic resonance imaging，fMRI）及弥散张量成像（diffusion tensor imaging，DTI）技术探讨右侧颞叶癫痫（right temporal lobe epilepsy，rTLE）患者后扣带回功能与结构连接的改变及其与警觉功能关系。方法本实验纳入17例rTLE患者和21例健康对照，对所有被试进行静息态fMRI及DTI扫描、注意网络测试（attention network test,ANT）评估警觉功能。结合静息态fMRI和DTI分析rTLE患者后扣带回功能连接和纤维的微结构改变，并对功能和结构与警觉行相关分析。结果与健康对照相比，rTLE患者固有警觉（intrinsic alertness,IA）与位相性警觉（phasic alertness,PA）的平均反应时间均显著延长（t=-2.771，-2.671；P= 0.009，0.011），rTLE患者右后扣带回FA值显著降低（t=-2.136，P=0.040），rTLE患者左后扣带回与右颞极-颞中回、左颞下回、左额上-额中回、右后扣带回的功能连接（functional connectivity,FC）下降（P＜0.05，AlphaSim校正，体素值＞46），右后扣带回与右颞极-颞中回、右海马、右海马旁回、左后扣带回的FC下降（P＜0.05，AlphaSim校正，体素值＞43）。rTLE患者左后扣带回与左额上-额中回间下降的FC与警觉效应行为学成绩呈负相关（r=-0.724，P=0.001），右后扣带回与左后扣带回间下降的FC与固有警觉（r=-0.484，P=0.049）及位相性警觉呈负相关（r=-0.515，P=0.035）。结论rTLE患者后扣带回警觉功能网络完整性受到破坏，rTLE患者右后扣带回纤维束显著受损，rTLE患者后扣带回间及左后扣带回与左额上-额中回间的功能连接下降可导致警觉功能下降。

颞叶癫痫 静息态功能磁共振 弥散张量成像 后扣带回 警觉

颞叶癫痫（temporal lobe epilepsy，TLE）是最常见的部分性癫痫。TLE患者存在不同程度认知功能障碍，其中注意是认知功能的核心，由警觉、定向、执行3个部分组成，而警觉分为固有警觉和位相性警觉。额叶、顶叶、颞叶皮层以及丘脑、脑干是警觉网络的重要组成部分，且人类警觉相关脑网络存在右侧大脑半球偏侧优势[1]。后扣带回是边缘系统重要组成部分，也是静息态默认网络（default mode network，DMN）的一个重要区域，在情节记忆、空间注意、自我评价等认知功能中起重要作用。研究表明，早期轻度认知功能障碍患者后扣带回代谢减低与海马萎缩相关[2]，对伴认知功能障碍的多发性硬化患者进行研究发现后扣带回与内侧前额叶间功能连接降低[3]。因此我们推测TLE可导致后扣带回的损害，进而影响警觉功能。应用静息态fMRI和DTI研究rTLE患者后扣带回功能连接和纤维的微结构改变，以及与警觉功能行为学的关系，探讨rTEL患者后扣带功能和结构的变化以及在警觉功能中的作用。

1 对象与方法

1.1 研究对象选择2014年9月至2015年12月于本院癫痫门诊或住院治疗的17例rTLE患者。rTLE组纳入标准[4]：①临床发作症状提示致痫灶位于颞叶；②影像学存在右侧颞叶病灶，右侧海马硬化或萎缩；③发作期或发作间期EEG提示痫性病灶位于右侧颞叶；④遵照国际抗癫痫联盟癫痫发作和癫痫综合征的治疗指南（2006）规范化使用抗癫痫药物；⑤简易智能量表（MMSE）评分均＞24分。排除标准：①合并其他严重躯体疾病；②药物滥用者；③检查不合作者。选择性别、年龄、受教育程度及MMSE评分与rTLE组相匹配的21例健康自愿者作对照研究，所有被试者入组前详细告知并取得其知情同意，本研究得到广西医科大学伦理委员会认可。

1.2 方法

1.2.1 注意网络测试采用Fan等设计的注意网络测试（attention network test，ANT）。被试者眼睛距屏幕60 cm，注视屏幕中间的“+”，刺激信号可出现在屏幕中央的上或下方，包括干扰项“*”及箭头“→”。干扰项的出现分4种：不出现、在中央出现、在中央上下方同时出现（双重暗示）、在中央上下方分别出现（空间暗示）。箭头出现的状态有3种：单个箭头、箭头出现方向不一致、箭头只在中间出现。被试者手指置于按键上，准确迅速判断箭头的方向。整个实验耗时约30 min。警觉效应RT=无暗示RT-双重暗示RT。

1.2.2 设备及成像方法 使用荷兰Philips公司Achiera 3.0 T磁共振扫描系统，头部使用正交线圈及固定装置。结构像扫描（T1加权）：自旋回波序列，TR=2000 ms，TE=10 ms，层厚=5 mm，间距=1 mm；静息态fMRI数据采集：使用EPI序列，TR= 2000 ms，TE=30 ms，层厚=5 mm，层距=1 mm，共31层，体素大小=3.44 mm×3.44 mm×6.00 mm，FOV= 220 mm×220 mm，翻转角90°，扫描时间180 s；DTI序列：采用ZOOM梯度场，DW-EPI序列横轴位扫描，TR=1000 ms，TE=15 ms，层厚=2 mm，层距=0 cm，FOV=24 cm×24 cm，矩阵=128×128，2NEX。采用b值为0,1000 m2/s。弥散敏感梯度为非同一直线上的32个梯度方向，扫描时间为224 s。所有被试参数设置是一致。

1.3 数据处理

1.3.1 受试者ANT数据采用SPSS17.0软件进行统计分析，计量资料以（s）表示，组间比较采用成组设计t检验方法分析（P＜0.05）。

1.3.2 fMRI数据空间预处理：采用DPARSF（http:// resting-fmri.sourceforge.net）软件，去除前面10个时间点，然后进行时间、头动校正，去除头动＞2.5 mm，转动＞2.5°的被试0例；将上述处理得到的影像数据配准到自体T1模板，体素大小重采样为3 mm×3 mm×3 mm；以全宽半高为4 mm进行高斯核平滑处理；去线性漂移、低频滤波（0.01 Hz～0.08 Hz）以减少高频噪音及低频漂移的影响；最后将头动参数、全脑信号、脑白质、脑脊液信号作为协变量进行回归分析，以减少这些信号的影响。

采用REST（http://resting-fmri.sourforge.net）软件以ALL为模板提取被试者双侧后扣带为种子点，进行全脑逐体素功能连接（voxel-wise FC）分析。分别提取双侧后扣带BOLD信号的平均时间序列，通过Pearson，s相关分析分别计算双侧后扣带与全脑各体素BOLD信号时间序列的相关性，生成相关图，将得到的相关系数r进行Fisher转换成z值，获得趋向正态分布的zFC数据。

采用REST（http://resting-fmri.sourforge.net）软件对zFC数据进行统计分析。应用单样本t检验进行组内比较（P＜0.005），分别获取rTLE组、健康对照组与双侧后扣带回存在正相关脑区，构建出双侧后扣带回的静息态功能网络图（zFC图）。之后，计算rTLE、健康对照组内显著的zFC图并集作为mask，在zFC图为模板的基础上对两组被试进行双样本t检验（P＜0.05），分别获取rTLE与健康对照组间差异的双侧后扣带回功能连接。单样本及双样本t检验后均采用AlphaSim进行多重比较校正。

1.3.3 DTI数据 应用PANDA-1.3.0（29）（http:// www.nitrc.org/projects/panda/）软件进行DTI数据处理，将DTI原始数据用T1图像在个体空间通过仿射变换把弥散加权图像配准到参考图像（b0像）进行头动和涡轮校正，通过最小二乘法拟合张量模型计算获取每个被试的FA值，之后进行标准化和平滑处理及确定性纤维追踪获取全脑白质纤维束。然后分别将双侧后扣带回作为感兴趣区（ROI）导入Trackvis（http://www.trackvis.org/）软件，计算出双侧后扣带回的FA值。

1.3.4 相关分析 将在REST进行双样本t检验得到两被试功能连接有差异的脑区作为ROI，提取两被试ROI的功能连接值，分别与固有警觉、位相性警觉、警觉网络反应时间在SPSS上作Pearson，s相关分析；双侧后扣带回的FA值分别与两被试双侧后扣带功能连接值、固有警觉、位相性警觉、警觉网络反应时间在SPSS上作Pearson，s相关分析（P＜0.05）。

2 结果

2.1 行为学测试结果与健康对照组相比，rTLE组的固有警觉（intrinsic alertness，IA）与位相性警觉（phasic alertness，PA）的平均反应时间均显著延长，差异有统计学意义（t=-2.771，-2.671；P= 0.009，0.011）；rTLE组与健康对照组的警觉效应（ANT）比较，差异无统计学意义（t=-0.054，P= 0.957）（见表1）。

2.2 弥散张量成像的FA结果与健康对照组相比，rTLE组的右后扣带回的FA值显著降低，差异有统计学意义（t=-2.136，P=0.040）；rTLE组与健康对照组左后扣带FA比较，差异无统计学意义（t=-1.263，P=0.215）（见表2及图1）。

2.3 功能磁共振成像的FC结果在健康对照组与rTLE组中，左、右侧后扣带回呈现出相似的静息态警觉功能网络，双侧后扣带回均与以下脑区存在显著的正性功能连接：额叶、颞叶、顶叶、边缘叶、后扣带回及皮层下结构，包括丘脑和小脑（P＜0.005，AlphaSim校正，体素值＞12）（见图2）。

2.4 rTLE组异常的后扣带回静息态警觉功能网络与健康对照组相比，rTLE组双侧扣带回的功能连接强度均下降（左后扣带回为种子点：P＜0.05，Al⁃phaSim校正，体素值＞46；右后扣带回为种子点：P＜0.05，AlphaSim校正，体素值＞43）。与左后扣带回功能连接下降的脑区包括右颞极-颞中回、左颞下回、左额上-额中回、右后扣带回；与右后扣带回功能连接下降的脑区包括右颞极-颞中回、右海马、右海马旁回、左后扣带回。见表3及图3。

2.5 rTLE组异常的后扣带回功能连接与行为学之间的相关性rTLE组中，左后扣带回与左额上-额中回之间下降的功能连接与警觉效应行为学成绩呈负相关（r=-0.724，P=0.001，图4A）；右后扣带回与左后扣带回之间下降的功能连接与固有警觉（r=-0.484，P=0.049，图4B）及位相性警觉（r=-0.515，P=0.035，图4C）呈负相关。

2.6rTLE组左后扣带回FA与FC、固有警觉、位相性警觉及警觉效应行为学之间均无显著相关性（r=-0.183，0.083，0.098，-0.067；均P＞0.05）；rTLE组右后扣带回FA与FC、固有警觉、位相性警觉及警觉效应行为学之间均无显著相关性（r=-0.071，-0.165，-0.091，-0.212；均P＞0.05）。

3 讨论

图1 A：健康对照者双侧后扣带白质纤维束；B：rTLE患者双侧后扣带白质纤维束

图2 rTLE组与健康对照组后扣带回静息态警觉功能网络。A.健康对照组左侧后扣带回的功能连接图；B.rTLE组左侧后扣带回的功能连接图；C.健康对照组右侧后扣带回的功能连接图；D. rTLE组右侧后扣带回的功能连接图（P＜0.005，AlphaSim校正，体素值＞12）。暖色代表与后扣带存在正性功能连接脑区。

图3 rTLE组与健康对照组比较显著异常的后扣带静息态警觉功能网络。A.rTLE组下降的左后扣带功能连接（P＜0.05,Alpha⁃Sim校正,体素值＞46）；B.rTLE组下降的右后扣带回功能连接（P＜0.05,AlphaSim校正,体素值＞43）。冷色代表rTLE组与后扣带回功能连接下降的脑区

表1 rTLE组与健康对照组间行为学测试结果比较

后扣带回、海马、海马旁回是DMN及Papez环路的组成部分，在情节记忆、空间注意、自我评价等认知功能中起重要作用。本研究中rTLE患者后扣带回间及右后扣带回与同侧海马、海马旁回的功能连接下降，与既往研究报道的TLE患者DMN间功能连接降低相符[5]。推测rTLE患者后扣带回间及右后扣带回与同侧海马、海马旁回功能连接的下降可能由于右侧颞叶致痫灶反复痫性放电通过Papez环路扩散达后扣带及同侧海马、海马旁回所致。此外rTLE患者的后扣带回与额叶、颞叶的功能连接下降，或与颞叶自身结构的改变有关，且颞叶致痫灶反复痫性放电可扩步到额区引起额叶的损害。

本研究利用DTI及纤维追踪技术发现rTLE患者右后扣带回FA值明显降低，提示右后扣带束纤维完整性受到破坏。扣带束连接额叶、颞叶、顶叶及扣带回皮质等区域[6]，长期癫痫发作导致神经元变性、髓鞘脱失及白质纤维束变性，导致右后扣带回与海马、皮质等结构之间的连接发生改变，使rTLE患者的认知功能发生改变。rTLE患者左后扣带回FA值与健康对照组间并未存在差异，与TLE患者双侧扣带轴索完整性受到明显破坏不符[7]，这可能与右侧颞叶致痫病灶反复痫性放电更多地向右侧后扣带回扩部所致，随着病程的延长左后扣带回的纤维束是否受损有待进一步研究。

表2 rTLE组与健康对照组后扣带回FA值比较

TLE常导致不同程度的注意、学习、记忆、语言等认知功能障碍。我们的研究结果显示rTLE患者的固有及位相性警觉出现了损害，类似结果亦发现于儿童失神发作性癫痫的神经心理学研究中[8]。但并未观察到rTLE组与健康对照组的警觉效应存在差异，其原因可能是：①暗示呈现时间短暂，被试易受注意力分散、视力及其他混合因素干扰；②暗示方式、箭头方向可影响行为学的RT；③ANT无法测出TLE患者与健康对照组之间警觉功能的差异；④rTLE患者固有警觉与位相性警觉的反应时间均较健康对照者显著延长，二者反应时间延长程度大致相等，计算后得出rTLE患者警觉效应行为学成绩与健康对照者无显著差异。

图4 A：rTLE组左后扣带回与左额上-额中回间下降的功能连接与警觉效应行为学成绩显著负相关；B：rTLE组右后扣带回与左后扣带回间下降的功能连接与固有警觉显著负相关；C：rTLE组右后扣带回与左后扣带回间下降的功能连接与位相性警觉显著负相关（P＜0.05）

表3 rTLE组与健康对照组比较功能连接差异的脑区（P＜0.05，AlphaSim校正）

额叶是人类警觉网络的重要组成部分，右侧海马硬化患者的额叶代谢活性减低[9]，TLE患者警觉任务态fMRI研究显示右侧额叶激活下降[10]。早期轻度认知功能障碍患者的后扣带回代谢活性降低[2]。提示额叶、后扣带回损害与认知功能有关。我们的研究发现，rTLE患者后扣带回间下降的功能连接与固有及位相性警觉呈负相关，即功能连接下降，固有及位相性警觉反应时间延长，固有及位相性警觉功能下降。这可能与rTLE反复痫性放电通过Papez环路扩散至后扣带回，导致后扣带回间功能连接下降，引起固有和位相性警觉下降，当后扣带回损害到一定程度时，则出现警觉效应的下降。本研究中rTLE患者左后扣带回与左额上-额中回间下降的功能连接与警觉效应行为学成绩呈负相关，即功能连接下降，警觉反应时间延长，警觉效应下降，提示警觉功能并不局限于后扣带回，左额上-额中回的损害可能使rTLE患者的警觉功能进一步受损。有研究表明，伴双侧海马硬化TLE患者穹窿、扣带、钩束受损的纤维微结构与命名、语言流畅性及其处理速度等认知功能间无显著相关性[7]；而平均病程为22年的TLE患者双侧扣带束FA值较健康对照显著降低[11]，但未发现平均病程为5年的儿童TLE患者存在相同改变[12]。本研究未发现rTLE组后扣带回的FA与FC、固有警觉、位相性警觉及警觉效应行为学之间存在明显相关性，考虑病程的长短、纤维连接的重建、其他脑区代偿均有可能影响它们之间的关系。

我们的研究表明rTLE患者后扣带回警觉功能网络完整性受到破坏，rTLE患者右后扣带回纤维束显著受损，rTLE患者后扣带回间及左后扣带回与左额上-额中回间的功能连接下降可导致警觉功能下降。由于人类警觉相关脑网络存在显著右偏侧优势[1]，研究只纳入了rTLE患者，缺乏对左侧TLE患者右扣带回警觉功能的研究；另外本研究缺乏对rTLE患者警觉功能进行长期的前瞻性研究，这都有待进一步扩展研究。

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Right temporal lobe epilepsy:Abnormal functional and structural connectivity in the posterior cingulate cortex and their relationship with alertness performance.

ZHOU Kejian,ZHOU Muhua,WU Shixin,YE Wei,LI Ji⁃anping,ZHENG Jinou.Department of Neurology,the First Affiliated Hospital of Guangxi Medical University,Nanning, 530021,China.Tel:0771-5356504.

ObjectiveThe present study aimed to study the alterations of resting state functional connectivity and structural connectivity in the posterior cingulate cortex and their relationships with alertness performance in patients with right temporal lobe epilepsy(rTLE).MethodsA total of 17 right TLE patients and 21 healthy controls were recruited for the current study.All of the participants underwent a resting state functional magnetic resonance imaging(fMRI)and dif⁃fusion tensor imaging(DTI)scan,and an attention network test(ANT)for the evaluation of their alertness performance. We combined fMRI with DTI to investigate changes in functional and structural connectivity in the posterior cingulate cortex in patients with rTLE.Correlation analysis method was used to analyze the relationship between functional and structural connectivity strength and the alertness performance.ResultsThe reaction times of intrinsic alertness(IA)and phasic alertness(PA)performance were significantly longer in rTLE patients（t=-2.771，-2.671；P=0.009，0.011）.Thefractional anisotropy(FA)was significantly lower in rTLE patients(t=-2.136,P=0.040).The temporal-pole-middleright,left inferior temporal gyrus,frontal-superior-medial-left and right posterior cingulate cortex showed deceased functional connectivity with the left posterior cingulate cortex in the rTLE patient group(P＜0.05,AlphaSim corrected,clus⁃ter size＞46).The temporal-pole-middle-right,right hippocampus,right parahippocampal gyrus and left posterior cingu⁃late cortex showed deceased functional connectivity with the right posterior cingulate cortex in the rTLE patient group(P＜0.05,AlphaSim corrected，cluster size＞43).In the rTLE patient group,the decreased functional connectivity of the left pos⁃terior cingulate cortex and frontal-superior-medial-left was significantly correlated with the alertness effect performance (r=-0.724,P=0.001);the decreased functional connectivity of the right posterior cingulate cortex and the left posterior cin⁃gulate cortex was significantly correlated with the intrinsic(r=-0.484,P=0.049)and phasic alertness performance(r=-0.51, P=0.035).ConclusionsOur findings suggest that there is the impairment of posterior cingulate cortex alertness functional networks in patients with rTLE.The fasciculus of the right posterior cingulate cortex is damaged in rTLE patients.The de⁃creased functional connectivity in the posterior cingulate cortex and frontal-superior-medial-left,the right posterior cin⁃gulate cortex and the left posterior cingulate cortex may cause alertness functional impairment in rTLE patients.

Temporal lobe epilepsy Resting state functional magnetic resonance imaging Diffusion tensor imag⁃ing Posterior cingulate cortex Alertness

A

2016-08-24）

（责任编辑:李立）

10.3969/j.issn.1002-0152.2017.01.004

☆ 国家自然科学基金（编号：81360202）；国家自然科学基金（编号：81560223）；广西自然科学基金（编号：2015GXNSFAA139129）

*广西医科大学第一附属医院神经内科（南宁530021）

（E-mail:jio2006@163.com）