单侧突发感音神经性耳聋患者内在脑活动改变的rs-fMRI研究

刘振， 卢淑梅， 范文亮， 余建明

表1 人口统计学信息

注：PTA,纯音测听平均值; THI,耳鸣致残残量表得分。

临床上突发感音神经性耳聋(sudden sensorineural hearing loss,SSNHL，简称突聋)主要是指没有任何征兆的、突然的且不明原因的听力损失，SSNHL患者听力通常在数小时内甚至数分钟内降到最低点(部分患者在3 d以内)，排除第Ⅷ对脑神经外无其他脑神经系统症状[1]。SSNHL患者以单侧发病者居多，同时可伴有耳鸣、眩晕等症状[2]。据不完全统计，全球每年约有15万突聋患者发病，发病率约为5～20/10万[3]，且近年来在我国其发病率呈逐年升高的趋势。目前绝大多数突聋患者的静息态功能磁共振成像(resting-state functional MRI,rs-fMRI)研究是基于单侧长期突聋与正常人[4]、长期慢性突聋与急性突聋[5]等方面进行的分析，主要从定位差异脑区、脑区间功能连接异常及复杂脑网络等方面得出结论，由于研究方法、角度、对象不同，得出的结论不尽相同[6]。

2007年，Zang等[7]提出低频振幅(amplitude of low frequency fluctuation，ALFF)指标，即通过对全脑体素信号强度的时间序列逐个进行傅里叶变换，然后通过开方即可获得血氧水平依赖(blood oxygenation level dependent,BOLD)信号振幅，也就是BOLD信号变化，在此基础上能够反映神经元自发进行的活动，一般选择特定频段( 0.01～0.08 Hz) 作为研究范围。ALFF分析法是听觉系统脑功能研究中应用较广泛的方法之一，有研究显示单侧SSNHL患者静息态下存在脑功能区自发活动异常，且异常脑区以ALFF值显著降低为主。本文通过扩大样本量，重点研究急性期内的单侧突聋患者，对其反映内在脑活动水平的ALFF和分数低频振幅(fractional amplitude of low frequency fluctuation,fALFF)两个指标进行计算，进一步研究单侧突聋患者在急性期内静息态下内在的脑活动，以期为单侧突聋患者的脑功能研究提供更多信息。

材料与方法

1.病例资料

依照中华医学会耳鼻喉头颈外科相关诊断标准纳入突聋受试人员，年龄18～65岁，除外孕期妇女或有其他神经系统疾病的患者，通过MR头颅平扫、内耳T2-Space序列扫描排除颅内病变、乳突炎、听神经与周围血管密切者、听神经瘤等病变。选取本院2016年1月-2017年2月进行突聋治疗的114例患者归入突聋组，同时选取87例听力正常者归入对照组，对照组未合并其他疾病，且没有耳鸣情况，听力正常。本研究受试者均为右利手[8]，具体人口统计学信息见表1。

2.检查方法

采用Siemens Trio Tim 3.0T磁共振扫描仪行MRI检查。受检者取仰卧位，扫描序列包括常规颅脑扫描序列、听神经成像T2-Space序列、高分辨力T13D成像序列、BOLD脑功能成像序列，突聋患者与正常受试者在检查过程中静卧，嘱受检者闭眼，全身尽量保持不动,尽量避免思维活动，且始终处于清醒状态。BOLD-fMRI采用回波平面成像(echo-planar imaging,EPI)序列进行数据采集。EPI序列扫描参数：TR 2000 ms，TE 30 ms，翻转角90°，扫描视野220 mm×220 mm，距阵64×64，层厚3.5 mm，层间距15%，共行32层扫描，共采集240个TR时间点，总扫描时间为486 s。高分辨力T13D结构像采用三维高分辨T1加权磁化准备快速采集梯度回波序列，行矢状面扫描，全脑共采集176层图像。

3.数据处理与统计学分析

静息态数据预处理使用SPM8[7]和DPABI(http://dpabi.org/)中的DPARSF软件包[9]。预处理步骤主要包括去除前十个时间点、层间时间校正、头动计算及校正、空间配准(使用优化12参数仿射变换及非线性形变场理论)、去线性漂移、滤波、使用Friston 24参数模型[10]去除协变量以及空间平滑等。预处理之后的静息态数据使用多重线性回归模型回归掉白质及脑脊液信号的影响，将所有被试者的灰质概率图进行平均并设置0.8的阈值构建灰质MASK模板，后续的分析都限定在这个灰质模板中进行。同时，对于单侧SSNHL患者组和对照组之间的3个平动因子及3个转动因子进行组间ANOVA统计分析，3组之间的最大运动值在6个参数上差异均无统计学意义(在6个参数上P值均>0.05)。而对于目前争议广泛的全脑信号[11]，本研究选择在回归协变量时保留全脑信号。

图1 单侧SSNHL患者与健康对照组的ALFF值对比结果，红色区域代表SSNHL较对照组ALFF值显著升高的脑区，蓝色区域代表SSNHL较对照组ALFF值显著降低的脑区。a) 左侧SSNHL与健康对照组的ALFF双样本t检验结果; b) 右侧SSNHL与健康对照组的ALFF双样本t检验结果。 图2 单侧SSNHL患者与健康对照组的fALFF对比结果，红色区域代表SSNHL较对照组fALFF值显著升高的脑区，蓝色区域代表SSNHL较对照组fALFF值显著降低的脑区。a) 左侧SSNHL与对照组的fALFF双样本t检验结果; b) 右侧SSNHL与健康对照组的fALFF双样本t检验结果。

经过预处理的静息态数据，进一步计算相应的ALFF和fALFF。由于样本分布的原因，各参数在统计学分析之前通常需要进行标准化(Z值化)处理。首先对各组各参数进行单样本t检验，观察各参数在大脑各区域的组内分布情况。而为了检测3组被试之间的差异，使用ANCOVA(one-way analysis of covariance)法进行组间比较，同时将性别、年龄、受教育程度作为协变量进行回归，多重比较校正采用基于蒙特卡洛模拟的Alphasim方法。对于得到的3组间差异脑区，制作成MASK，在后续两两比较中使用。为了分析单侧SSNHL患者与正常对照组之间各静息态指标的差异，利用ANCOVA统计分析得到的结果制作成MASK，在这个MASK内行两两比较，即患者组与正常对照组在MASK内分别行双样本t检验，同样使用Alphasim方法(体素水平设置P=0.001，cluster水平设置P=0.05)行多重比较校正。提取得到每个参数具有统计学差异的区域，并将SSNHL组的数据和临床指标如病程、纯音测听结果(pure tone audiometry results,PTA)、耳鸣致残量表(tinnitus handicap inventory,THI)得分等进行相关性分析。观察单侧SSNHL患者大脑静息态功能指标的变化及与哪些临床指标之间存在显著相关性。

结 果

3组之间的人口统计学指标如性别、年龄差异无统计学意义(P值分别为0.993、0.599,表1)。左侧与右侧SSNHL患者之间的病程、THI差异无统计学意义(P值分别为0.390、0.958)。不同组之间的PTA结果差异有统计学意义(P=0.000)。

1.ALFF值计算结果

将左、右侧SSNHL患者与健康对照组进行对比，ALFF值的双样本t检验结果(Alphasim校正，体素水平设置P=0.001，cluster水平设置P=0.05)显示，左侧SSNHL患者与对照组相比,在双侧颞上回、直回、右侧额内侧回等大脑区域的ALFF值显著升高，没有脑区存在ALFF值的显著降低。右侧SSNHL患者与对照组相比，ALFF值显著升高的脑区有直回、左侧海马旁回等；活动减弱的脑区有右侧大脑的中央前回(图1)。

2.fALFF值计算结果

将左、右侧SSNHL患者与健康对照组进行对比，fALFF值的双样本t检验结果(Alphasim校正，体素水平设置P=0.001，cluster水平设置P=0.05)显示,左侧SSNHL患者在左侧楔前叶、左侧枕顶叶、左侧颞上回、左侧后扣带回、右侧枕中回、右侧角回、右侧海马旁回、右侧颞中回、右侧直回和右侧颞上回等脑区的fALFF值与对照组相比显著升高;没有脑区存在fALFF值的显著降低。右侧SSNHL患者与对照组相比，fALFF值显著升高的脑区有右侧楔前叶、右侧枕下回、右侧颞上回、右距状裂周围皮层、左侧颞中回、双侧侧楔叶、双侧枕中回、双侧舌回等；fALFF值显著性降低的脑区有右侧海马、左侧尾状核(图2)。

相关性分析结果显示，左侧突聋患者右侧颞中回脑区的fALFF值与PTA值之间存在显著正相关(R=0.67，P=0.03)，说明该脑区的内在脑活动水平可能一定程度上反映了突聋患者的听觉损伤程度(图3)。

讨 论

图3 左侧SSNHL患者右侧颞中回fALFF值与PTA之间的相关性分析结果，绿色区域代表fALFF值与PTA有显著正相关的脑区。

SSNHL患者单侧听觉剥离后，由于输入信号的突然改变，大脑内在活动水平会出现“应激性”改变，有部分研究认为这可能是由于不同患者某一指标的改变而引起的，但受患者临床特征、样本量及分析指标等的影响，目前对突聋患者静息态脑自发活动的改变仍缺乏大样本的系统性研究。本研究基于静息态磁共振数据，通过ALFF和fALFF两个指标系统性研究单侧突聋患者静息态脑功能内在活动的改变。

本研究发现单侧SSNHL患者ALFF与fALFF值在急性期内显著升高，提示急性期内单侧SSNHL患者静息态大脑功能可能存在“超激活”现象，这与Xia等[12]的研究结果一致；右侧颞中回脑区活动水平有望作为潜在的影像学生物标记评估听觉损伤程度。无论是左侧还是右侧SSNHL患者都存在ALFF和fALFF值在颞叶部分区域的显著升高，尤其是颞上回升高更为明显。ALFF和fALFF一般被认为是从能量的角度反映大脑的基线活动水平，ALFF和fALFF值的升高说明该区域大脑活动异常活跃。而听觉中枢位于颞上回中部及颞横回，突聋发生后颞上回出现激活现象，说明单侧突聋发生在急性期内，听觉中枢将会对听觉作出应激反应。然而对于单侧突聋患者，ALLF与fALLF值发生显著改变的脑区不同，主要是因为fALFF能有效降低脑室系统及大血管腔隙的噪声影响，提高自发性脑活动检测的敏感性和特异性，能准确表现出大脑静息态默认网络，因此fALLF值发生显著改变的脑区范围明显偏多，其激活点数量较ALFF也明显升高，与相关研究结果相符。在Yang等[13]的研究中报道了右侧SSNHL患者在双侧楔前叶、左侧顶下小叶、右侧额下回以及脑岛存在ALFF值的显著降低，而本研究却发现右侧SSNHL患者与正常人相比,ALFF值显著升高的脑区有直回、左侧海马旁回等，活动减弱的脑区有右侧大脑的中央前回；需要注意的是他们的研究中纳入的患者单侧耳聋持续时间为14年左右，笔者推测造成此种差异的原因很可能与患者的单侧耳聋病程长短有关，考虑到本研究中单侧SSNHL患者仍处于急性期，大脑可能更多地表现为对听觉损伤的应激反应(即出现脑区活动的超激活现象)；而对于长时间单侧听觉剥离的患者，大脑可能更多地表现出代偿机制或交叉模式可塑性现象[14,15]，即虽然长期没有听觉输入，但是大脑听觉皮层并没有消失，而是可能会用来执行别的如视觉加工、空间处理等功能。

同时笔者还注意到，左侧SSNHL患者与对照组相比,没有脑区存在ALFF和fALFF值的显著降低；而右侧SSNHL患者与对照组相比,有脑区存在ALFF和fALLF值的显著降低，但结果不完全相同。笔者推测有两种可能，一是两组患者的临床表现不同，结合大脑功能脑区间功能的不对称性，我们推测可能是由于不同侧SSNHL患者在急性期内左、右脑的应急机制不同导致的；另一种可能是ALFF和fALFF测量的是静息态BOLD信号频率域上低频成份振幅幅度的全脑分布，该指标受磁共振EPI序列采样频率及人体血流信号特征的影响，在一些有脑部大血管的位置同样会出现较高的ALFF和fALFF值，同时ALFF和fALFF值对生理噪声非常敏感，这样在右侧SSNHL患者组中发现的ALFF值降低的脑区可能是由于这两个原因引起的假象。无论哪种可能，都需要将来进一步的研究证实，并结合病理生理机制给出合理解释。

本研究存在以下局限性:①虽然采集了114例相对较大的样本量，但是由于单侧SSNHL患者仍然存在低频、高频、全频听力丧失等不同的临床分型，本研究中没有考虑到该因素可能对结果产生的影响；②本研究采用的是描述静息态网络局部特征的参数指标，对大脑区域间相互连接功能网络层面的改变仍不清楚，在以后的研究中可以考虑使用数据驱动的全脑研究方法，如独立成份分析、聚类分析等；③BOLD数据本身只能间接反映神经元的活动，而且确切的生理机制目前仍未完全清楚，所以本研究中的所有发现和推论还需要在将来理论发展完整之后行进一步验证。