先天性耳聋脑灰质密度与人工耳蜗植入术后言语可懂度相关性研究

马 宁，王海宝，余永强，宋 彪，刘 灿，吴 德，童步升

先天性耳聋为出生时或出生后不久就存在的听力障碍，多为先天感音神经性耳聋(congenital sensorineural hearing loss，CSNHL)，约占90%。而对于严重的先天性耳聋患者，人工电子耳蜗植入(artificial electronic cochlear implantation，CI)是目前治疗的最佳手段，然而患者CI术后听力恢复效果不尽相同。究其原因，既往研究多关注患者脑功能和白质纤维的改变[1]，而对于先天性耳聋患者大脑灰质密度改变与CI术后言语恢复的相关性研究少见报道。该研究运用磁共振扫描和体素形态学测量(voxel-based morphometry，VBM)方法，研究先天感音神经性耳聋(CSNHL)患者CI术前脑灰质密度改变与术后言语可懂度分级标准[2](speech intelligibility rating，SIR)评分的相关性，探讨CSNHL患者脑重塑性机制，为CI的术前术后评估提供一种新的方法。

1 材料与方法

1.1病例资料收集2015年1月～2017年10月于安徽医科大学第一附属医院就诊且欲行CI的CSNHL患儿共117例，年龄2～10(6.07±2.47)岁，其中男61例，女56例。患儿均为语前聋，术前患儿双侧听力脑干反应均大于90 db HL(97.97±5.35)。且无佩戴助听器史，未进行康复训练；常规T2WI扫描排除大脑存在明显的其他器质性病变。

1.2方法

1.2.1MRI检查 采用美国通用电气公司(GE)的HDXT 3.0T头颅线圈进行MRI扫描，扫描中需保持头部不动，部分年龄较小受试者或不配合受试者给予口服10%水合氯醛镇静，用量0.3～0.5 ml/kg，待其熟睡后再行扫描。定位相(3-pl T2*FGRES)：重复时间(TR)5.5 ms，成像视野(FOV)24.0 cm×24.0 cm，回波时间(TE)1.5 ms，层距5.0 mm，层厚5.0 mm；常规T2WI：TR 4 480 ms，FOV 22.0 cm×17.6 cm，TE 118.4 ms，层距1.5 mm，层厚5.0 mm,层数19；3D结构像：采用三维快速扰相梯度回波(3D-FSPGR)，扫描参数：TE 2.9 ms， TR 7.0 ms，FOV 24.0 cm×24.0 cm，翻转角(FA)15°，矩阵256×256，激励次数(NEX)1次，层数156，层厚1.2 mm。

1.2.2术后随访 术后6个月进行电话随访评价117例患者语言恢复水平，依据SIR标准进行评分，按照分数的高低将患者分为高分组(4分和5分)，中分组(3分)以及低分组(1分和2分)。并对所有患者进行听觉行为分级(categories of auditory performance, CAP)，共分8级。

1.2.3MRI图像处理 使用数据处理助手DPARSFA 3.2软件对患者VBM资料进行分析，将脑3D结构像转换图像格式进行处理：① 组织分割：将原始3D结构像组织分割成脑灰质、白质以及脑脊液图像；② 空间标准化：把分割后的灰质密度图像标准化到标准脑结构图像模板上，以每个像素2 mm×2 mm×2 mm的大小进行重新采样；③ 平滑：平滑系数12 mm。

2 结果

2.1CI术后6个月随访结果

2.1.1SIR评分 CI术后所有患者的SIR评分为(3.26±0.85)。高分组39例(其中5分6例，4分33例)，男/女(15/24)；中分组54例(3分)，男/女(25/29)；低分组24例(其中2分22例，1分2例)，男/女(21/3)。三组患者年龄分别为(4.41±2.34)、(5.00±2.49)、(5.08±2.62)岁，各组间差异无统计学意义(P=0.443)。

2.1.2CAP评分 CI术后所有患者的CAP评分为(6.18±0.78)。高分组(6.05±0.92)，中分组(6.22±0.66)，低分组(6.29±0.81)，各组间差异无统计学意义(P=0.432)。

2.2脑灰质密度的单因素方差分析结果三组患儿脑灰质密度差异显著性的脑区主要包括：左侧额上回、左侧额下回、左侧前扣带回、后扣带回、左侧枕下回、左侧梭状回、右侧梭状回与右侧颞上回(P<0.005)，见图1、表1。

图1 三组患儿脑灰质密度差异显著性脑区

L：左侧大脑半球；R：右侧大脑半球；红色圈:对应脑区在大脑中的位置，大小对应脑灰质密度改变的大小

表1 单因素方差分析三组患儿脑灰质密度差异显著性的脑区(n=117)

2.3组间多重比较分析① 高分组比低分组脑灰质密度增加的脑区包括：左侧额下回、左侧中央后回、左侧缘上回、右侧颞中回、后扣带回；② 高分组比中分组脑灰质密度增加的脑区包括：双侧额上回、左侧中央前回、右侧中央后回、右侧颞上回、右侧距状沟皮层、左侧楔前叶、双侧梭状回、后扣带回、左侧枕下回、左侧壳核、右侧丘脑(P<0.001)，见表2。

2.4SIR评分与ROI脑区脑灰质密度效应值的相关性分析以单因素方差分析获得脑灰质密度差异显著性的脑区为ROI，将SIR评分与相关ROI的脑灰质密度效应值进行相关性分析，结果：左侧额上回(r=0.199，P=0.031)、左侧额下回(r=0.368，P<0.001)、左侧前扣带回(r=0.199，P=0.031)、后扣带回(r=0.307，P=0.001)、左侧枕下回(r=0.314，P=0.001)、左侧梭状回(r=0.216，P=0.019)、与右侧梭状回(r=0.283，P=0.002)、右侧颞上回(r=0.392，P<0.001)，见图2。

3 讨论

儿童先天性感音神经性耳聋不仅是一种听觉感知的丧失，而且对大脑结构和功能产生许多影响。CI是治疗耳聋患者的主要手段，CI术后，如果听觉剥夺时间较短，部分患者听觉仍有可能获得正常发育[3]。本实验研究CI术后SIR评分与术前脑灰质密度改变关系，提高对CSNHL患儿脑改变的认识。本研究显示，术后不同语言恢复水平组患儿，颞叶、枕叶、额叶以及扣带回所构成的听觉皮层、默认网络、视觉以及语言等皮层具有显著差异(图1)。上述相关脑区皮层密度越大，术后语言恢复水平越好。

图2 SIR评分与脑区密度效应值的相关性分析A：后扣带回；B：左侧额上回内侧；C：左侧前扣带回；D：右侧颞上回；红色圈:对应的ROI脑区

表2 三组患儿脑灰质密度多重比较分析结果(n=117)

本研究显示，患者前后扣带回及额内侧回脑灰质密度与CI术后患者SIR评分具有显著相关性(图2)。前后扣带回及额内侧回是默认网络的主要构成皮层，默认网络是指在认知任务负荷下所表现出负激活的脑区构成的有功能连接网络，这些脑区在清醒及休息状态时也存在功能活动，且比在任务负荷下活动增强。既往研究发现默认网络是一个比较完整的系统结构，其内部联系密切[4]，而后扣带回和前额叶内侧回是一个比较重要的枢纽结构[5]。Zhang et al[6]研究发现耳聋患者默认网络的功能连接发生显著改变；这些发现表明CSNHL患者默认网络可能与听觉皮层或者其他的感觉皮层之间存在广泛的联系，这些改变与大脑皮层的重塑性有关。

一般认为，听觉的初级皮层位于41区，次级皮层位于22区与42区。本实验初级及次级听觉皮层改变未见明显差异，但是存在颞上回及颞中回脑皮质密度改变(表1、2)，表明听觉系统的重塑性可能在更高听觉联合皮层，而非低级听觉中枢本身。

高分组患者梭状回脑灰质密度改变明显高于低分组，梭状回为视觉联合皮层，主要参与人脸、身体与文字的识别。视觉性语言信息，对听觉障碍进行补充，其相关皮层发育越好，术后语言恢复的越好。研究[7]显示，先天性耳聋患者视觉皮层与运动及语言等皮层的功能连接增加。在听力损失的动物实验中发现，视觉在恢复听觉的空间处理方面有促进作用[8]。表明CSNHL患者的视觉皮层对听觉皮层功能存在补偿机制，这些改变可能与大脑皮层的结构重塑和功能重组有关。

进一步分析研究发现，术后恢复评分较高的患儿与分数较低的患儿在缘上回、中央前后回、额叶等皮层灰质密度也存在差异(表1、2)。缘上回是Wemicke语言区重要组成部分，负责语言的处理[9]，本研究亦出现缘上回脑灰质密度的改变。Peelle et al[10]运用语言任务刺激发现耳聋患者语言处理功能脑区连接减弱，这与本实验研究结果相似。中央前后回参与躯体的感觉及运动，额叶与执行控制相关。Yang et al[11]研究发现耳聋患者的执行注意功能发生改变。听觉发育异常影响语言与发声，肢体语言对缺失听觉进行补充，这就很好的解释了听觉发育异常常伴有语言障碍及手语的发展。以上研究表明，听力障碍引起大脑皮层的功能和结构发生改变，且这种改变不仅仅局限于听觉皮层本身。

综上所述，CI术后语言恢复水平不仅与听觉和语言皮层的发育相关，而且与视觉皮层、默认网络等皮层的密度改变具有显著相关性，这可能与相关脑区的神经重塑性有关联。

[1] 杨夕樱, 郭芒芒, 张仲斌,等. 先天性感音神经性耳聋伴脑白质病变患儿临床及影像学分析[J].中华实用儿科临床杂志, 2016, 31(24): 1871-4.

[2] 赵树立,刘 影. 先天性感音性聋患者大脑皮层静息态功能磁共振研究[J]. 听力学及言语疾病杂志,2015,23(1):6-10.

[3] 卢 伟, 陈丽丽, 鲁 倩,等. 先天性聋人工耳蜗植入儿童皮层听觉诱发电位的研究[J]. 中华耳鼻咽喉头颈外科杂志, 2016, 51(4): 241-6.

[4] Liang X, Zou Q, He Y, et al. Coupling of functional connectivity and regional cerebral blood flow reveals a physiological basis for network hubs of the human brain[J]. Proc Natl Acad Sci U S A, 2013,110(5):1929-34.

[5] Supekar K, Uddin L Q, Prater K, et al. Development of functional and structural connectivity within the default mode network in young children[J]. Neuroimage,2010,52(1):290-301.

[6] Zhang G Y, Yang M, Liu B, et al. Changes in the default mode networks of individuals with long-term unilateral sensorineural hearing loss[J]. Neuroscience, 2015, 285: 333-42.

[7] Shi B, Yang L Z, Liu Y, et al. Early-onset hearing loss reorganizes the visual and auditory network in children without cochlear implantation[J]. Neuroreport, 2016, 27(3): 197-202.

[8] Isaiah A, Vongpaisal T, King A J, et al. Multisensory training improves auditory spatial processing following bilateral cochlear implantation.[J]. J Neurosci, 2014, 34(33): 11119-30.

[9] 吴劲松. 神经外科术中脑语言功能定位与保护的意义[J]. 中华神经外科杂志, 2012, 28(12): 1189-91.

[10] Peelle J E, Troiani V, Grossman M, et al. Hearing loss in older adults affects neural systems supporting speech comprehension[J]. J Neurosci, 2011, 31(35): 12638-43.

[11] Yang M, Chen H J, Liu B, et al. Brain structural and functional alterations in patients with unilateral hearing loss[J]. Hear Res, 2014, 316: 37-43.