唇腭裂患者的脑部结构与功能研究进展

邓程丹 石冰 李杨

口腔疾病研究国家重点实验室 国家口腔疾病临床医学研究中心四川大学华西口腔医院唇腭裂外科 成都 610041

唇腭裂是常见的先天性疾病之一，其危害大，可以引起除视力以外的颌面部多器官形态和功能的障碍；治疗周期长，给家庭和社会带来严重的负担；病因复杂，至今尚未明确，缺乏行之有效的预防措施。以往的研究主要集中在对唇腭裂患者的临床特征和手术结果，其脑部的结构和神经机制很少涉及。

神经成像技术能够准确无创地测量脑结构和功能，并揭示唇腭裂的脑部机制，其包括建立基于静息态功能磁共振成像（functional magnetic resonance imaging，fMRI）的脑网络评价方法、正电子发射计算机断层扫描（positron-emission tomography，PET）和磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）等，使人们能够探索唇腭裂患者发音时大脑活动的神经机制，揭示了语音治疗前后的脑部变化特征及其机制，为推动脑科学及精准医学的发展提供了新方法和路径，同时为唇腭裂患者等语音类疾病的个体化诊疗和评估，提供了潜在的精神影像学客观指标。

1 脑部结构差异

1.1 年龄

1.1.1 胎儿 超声诊断已广泛被应用于唇腭裂胎儿的诊断，而MRI则可用于唇腭裂胎儿大脑异常的评估。唇腭裂胎儿的大脑异常较正常人稍高，且主要异常存在于胼胝体及小脑蚓部。de Milly等[1]对87例已超声诊断为唇腭裂的胎儿进行胎儿脑部MRI检测发现，其中4.6%存在脑中线结构异常，包括小脑蚓部发育不全，无嗅脑，垂体异常。Rosen等[2]则发现，在126名唇腭裂胎儿中，有6.3%的胎儿出现了脑中线结构的异常，包括胼胝体发育不全、小脑半球或小脑蚓部发育不全等。

1.1.2 儿童 在对婴儿的研究中，也发现其脑部与正常人存在差异。束煌等[3]通过对18例2岁以下的唇腭裂患儿进行MRI扫描，用Free Surfer软件重建并且测量脑结构后发现，唇腭裂组患儿的左侧大脑灰质、左侧丘脑和左侧颞上平面（听觉皮层所在区域）的体积显著小于正常对照组，左侧颞上平面的厚度也显著低于正常对照组。Yang等[4]对27个6～24月的非综合型唇腭裂患儿使用MRI对中枢听觉神经系统进行测量，发现唇腭裂婴儿的左丘脑及左侧听觉皮层体积减少的差异有统计学意义，且左侧听觉皮层的厚度变薄。Adamson等[5]收集分析了26名唇腭裂儿童的高分辨率MRI数据，发现唇腭裂儿童的大脑皮层灰质的体积更大，而皮层下灰质和脑白质体积减少，确认了其皮层的体积及厚度均有异常。这些研究指出了在婴儿中，唇腭裂患儿主要存在枕叶增大，小脑的重新定位，中间体和胼胝体提高，尾状核和丘脑后移等差异。

1.1.3 成人 为了证实唇腭裂患者脑部结构与正常人的差异，Weinberg等[6]使用MRI对31位患有唇腭裂及14位患有单纯腭裂的成年男性进行了大脑三维形态测量，与40位正常成年男性的测量结果对比后发现，其大脑额叶和顶叶增大，颞叶和枕叶显著减小，胼胝体后移位与小脑的形态发生了改变；并且在单纯腭裂患者组中发现，随着额叶和枕叶的内侧移位，大脑出现了横向更长而垂直向更短的独特变化。Weinberg等[7]在2013年对24位唇腭裂患者胼胝体进一步研究中发现，唇腭裂患者平均胼胝体形态与对照组有显著差异，面裂患者的胼胝体可能存在变异。唇腭裂患者的胼胝体特征是，由向上、后位移引起的整体凸度增加，而大脑中部的变化则可能是面裂患者的特征之一。Chollet等[8]对唇腭裂患者进行更细的分组，包括22名单纯腭裂患者，35名同时患有唇裂及腭裂的患者以及39名相匹配的正常人作为对照组，对MRI扫描数据定点标记后进行欧式矩阵分析，发现唇腭裂患者通常与枕叶后扩大和小脑的移位有关，与胼胝体体部、尾状核和丘脑后下移位增高也有联系；而腭裂患者在部分区域与唇腭裂患者呈现相反的变化。腭裂的患者枕叶增大，额叶变窄，额叶内布罗卡区形态变化，胼胝体压部向上前方位移。

1.2 性别

不同性别的唇腭裂患者，其脑部结构与正常人的差异也不同，有研究表明这种差异在男性唇腭裂患者中更为明显。Conrad等[9]测量了43名7～17岁的唇腭裂患者及43名对照组的小脑体积，结果发现，患有非综合型唇腭裂男孩的小脑体积比正常人更小，证实了小脑至少在唇腭裂成年男性的言语缺陷和其他结构性原因中发挥了作用。De-Volder等[10]在107名7～27岁的唇腭裂患者中也发现患有非综合型唇腭裂男孩的小脑比正常人更小，并且男性的后叶上份更小，前叶更大，女性则只有单纯腭裂患者的小脑更小，这也提示了单纯唇裂患者与单纯腭裂的患者可能存在结构差别。

在已有多种证据证实唇腭裂患者的大脑存在一定的结构异常的基础上，van der Plas等[11]对87名唇腭裂的患者大脑测量发现其垂体体积并没有显著差异。

综上，在现有的唇腭裂患者大脑结构的研究中，多项研究均证实唇腭裂患者的额叶体积增加，颞叶和枕叶体积减少，且高级听觉中枢与正常人也有不同，这些结构上的异常提示唇腭裂患儿的神经功能上可能与正常人也存在差异。

2 脑部功能差异

2.1 社会功能

腹内侧前额叶皮层主要控制过度活跃、冲动和集中注意力等行为，与社会关系、社会功能也有一定的联系。而有研究表明，唇腭裂男性的腹内侧前额叶皮层可能与其社会功能异常有关。但也有研究表明，唇腭裂患者相关社会心理的神经生理机制与正常人没有差异。

Boes等[12]对30名唇腭裂男孩及43名对照组进行自我评价，主要对社会关系及自我约束等相关问题进行评分，以及父母对孩子根据社会适应性量表（social adjustment scale，SAS）对孩子的社会功能进行问卷评分，同时通过MRI扫描数据对腹内侧前额叶皮层的体积及表面积进行测量，结果发现，唇腭裂患者的左直回体积和表面积的减小与其社会功能异常相关，但与自我认知无关。

Nopoulos等[13]对46名患有非综合型唇腭裂的成年男性通过标准化量表评估其社会功能，结合MRI扫描眶前皮质及直回部分数据，结果显示，患者的直回与正常人无差异，但眶前皮质的体积和面积均明显减少，且其结构异常越大，对应的社会功能异常越大；该研究显示，唇腭裂男性主管社会功能的眶前皮质与其社会功能异常有直接联系。Nopoulos等[14]研究了唇腭裂男孩多动、冲动和注意力不集中与腹内侧前额叶皮层的关系，在由父母和老师评分的行为量表中，评分越高的，相应的腹内侧前额叶皮层体积增加越多。这种体积的增加被认为是病理性的，研究认为这种异常的大脑发育是唇腭裂男孩异常行为的潜在病因。

事件相关电位（event-related potential，ERP）技术是研究活体大脑活动的一种重要手段，不仅能够揭示与认知过程相关的脑活动的时间历程，而且能探究不同实验条件下的刺激诱发出神经活动模式的特点。Gassling等[15]研究了25名唇腭裂患者在任务刺激下的关联负变化（contingent negative variation，CNV），结果显示，唇腭裂患者在新皮层信息处理过程中与正常人没有差异，他们没有发现唇腭裂患者存在特别的神经电生理变化，唇腭裂疾病及其治疗对患者的心理社会功能和注意力的神经生理机制没有显著影响。

2.2 语言阅读功能

fMRI应用于唇腭裂的研究还比较有限。Becker等[16]要求12个唇腭裂患者完成动词、反义词、押韵的造词任务，并在任务中采用fMRI采集数据，分析发现，在处理词汇过程中，唇腭裂患者用的是相似却不相同的神经功能解剖结构，从而达到与对照组同等级别的熟练度。Shinagawa等[17]在唇腭裂患者发“pa”音时，使用fMRI对大脑皮层进行检测发现，所有受试者的初级感觉运动中枢均有激活，但单侧唇腭裂的患侧初级感觉运动中枢激活更强，表明在有裂隙侧的双唇发音时，皮层区在患侧激活更明显。Zhang等[18]让唇腭裂患者观看汉字图片，并记录其反应时间，分析发现唇腭裂患者对刺激的反应时间更慢，唇腭裂患者的左半球海马体激活与健康人群存在差异，这显示唇腭裂患者海马体可能参与了语言相关的神经回路，并在发音检索中扮演着很重要的角色，帮助其完成有效的发音。

PET检测能提供脑血流、脑代谢、脑神经受体分布等多个方面的信息。Goldsberry等[19]使用PET研究执行不同阅读任务的唇腭裂患者时发现，唇腭裂患者在简单阅读（无意义的单词及句子）时，与语言处理和阅读相关的区域（下额叶、小脑和枕叶）血流量增加，这种增加显示了该区域的神经功能不足；而在执行较复杂、需要理解的阅读任务（阅读故事等）时，该区域的血流量较对照组反而减小了，但是唇腭裂患者与对照组相比增加了几个激活区域，这可能是执行复杂阅读任务时的补偿电路。

3 结论

现有的研究已证实唇腭裂患者在脑部结构上，尤其在高级听觉中枢、语言中枢上存在异常。在脑部功能研究上，也有研究表明唇腭裂患者的社会功能、语言及阅读功能均与正常人存在差异。而这种功能的差异与脑部结构差异之间的相关性，尚需更进一步的研究，希望通过在神经功能机制上的深入研究，能够探究手术治疗、语音治疗、心理治疗等对唇腭裂患者异常脑结构中枢相关网络静息态连接功能的调节作用，验证治疗对重组唇腭裂患者异常神经网络的疗效机制。