联合确定性纤维追踪技术和注意网络测试研究海马硬化型癫痫结构和执行功能的结果分析

何芳　胡天兰　王强

【摘要】 目的：联合确定性纤维追踪技术和注意网络测试（attentional network test，ANT）探讨海马硬化型癫痫患者脑白质结构损害与执行功能的关系。方法：对43例海马硬化性癫痫患者及42例性别、年龄、受教育年限相匹配的健康对照者进行ANT和DTI扫描，采用PANDA软件及确定性纤维追踪技术分析DTI数据，以及E-Studio软件计算执行反应时间（reaction time，RT）。结果：与健康对照组相比，患者组双侧额上回、双侧侧扣带回及颞中回各向异性值（fractional anisotropy，FA）、纤维数量（fiber number，FN）明显低（P<0.05），执行RT明显长（P<0.05）;患者组右侧额上回FA值与执行RT及FN值与执行RT均呈负相关（r=-0.36，P=0.018;r=-0.309，P=0.044）。结论：海马硬化型癫痫患者白质结构和执行功能均受损，其右侧额上回FA、FN值与执行RT呈负相关。

【关键词】 弥散张量成像; 癫痫; 执行功能; 各向异性值; 纤维数量

doi：10.14033/j.cnki.cfmr.2019.11.007 文献标识码 B 文章编号 1674-6805（2019）11-00-03

Analysis of the Results of Structural and Executive Function of Hippocampal Sclerosis Epilepsy by Combined Deterministic Fiber Tracing and Attentional Network Test/HE Fang，HU Tianlan，WANG Qiang.//Chinese and Foreign Medical Research，2019，17（11）：-19

【Abstract】 Objective：To investigate the relationship between the white matter deficits and the execution function of hippocampal sclerotic epilepsy patients by using deterministic tractography and attentional network test（ANT）.Method：43 patients with hippocampal sclerotic epilepsy and 42 healthy controls with gender，age and years of education were examined by ANT and DTI.PANDA software and deterministic fiber tracing technique were used to analyze DTI data，and E-Studio software was employed to compute executive reaction time（RT）.Result：Compared with the healthy control group，anisotropy（FA），fibrous quantity（FN） of the bilateral superior frontal gyrus，bilateral bilateral cingulate gyrus and middle temporal gyrus in the patients group were significantly decreased（P<0.05），and the executive reaction time was significantly prolonged（P<0.05）;the FA and FN values ??on the right frontal were negatively correlated with the response time（r=-0.36，P=0.018.r=-0.309，P=0.044）.Conclusion：The white matter structure and executive function of hippocampal sclerotic epilepsy are impaired，and the FA and FN values ??on the right frontal are negatively correlated with the response time.

【Key words】 Diffusion tensor imaging; Epilepsy; Executive function; Fractional anisotropy; Fiber number

First-authors address：Tianyou Hospital Affiliated to Wuhan University of Science and Technology，Wuhan 430000，China

癫痫患者反复放电可导致神经元变性、髓鞘缺失和轴突膜退化，从而损伤白质纤维结构及基于这些结构的认知功能，如记忆、注意、情绪等[1]。近些年来许多学者报道了癫痫患者白质纤维受损[2]，甚至研究了不同类型的癫痫患者其白质纤维受损严重性不一。癫痫患者存在执行功能的损害报道也甚多[3-4]，然而鲜有海马硬化型癫痫患者白质结构受损与执行功能关系的报道，本研究联合应用确定性纤维追踪技术和注意网络测试，探讨海马硬化型癫痫患者脑白质纤维完整性和执行功能的关系。

1 资料与方法

1.1 一般资料

2015年8月-2017年8月在笔者所在医院神经内科就诊的海马硬化型癫痫患者43例。纳入标准：（1）磁共振示海马萎缩或硬化;（2）脑电图显示痫性病灶位于颞叶;（3）临床诊断为癫痫患者。同时满足以上3项则纳入研究。所有患者均按照抗癫痫联盟治疗指南服药，排除患有可能影响智力的疾病者及全身性疾病患者。同时期选择与患者组年龄、性别、受教育年限相匹配的健康志愿者42例作为对照组，研究对象均为右利手。

1.2 ANT数据采集

所有被试者在行ANT之前，需进行简单培训讲解，内容为：计算机屏幕中心可出现“+”，以及提示信号“*”，靶信号“→”和“←”。提示信号分为五种：（1）无提示：电脑屏幕中心只有“+”出现;（2）中心提示：电脑屏幕中心出现单个提示信号;（3）双重提示：注视点上方和下方提示信号同时出现;（4）空间提示：提示信号在注视点上方出现;（5）空间提示：提示信号在注视点下方出现。其中，空间提示能预测靶信号的位置。靶信号是一行五个箭头的中间箭头，让被试熟练流程后开始预测试，被试在预测试基本掌握后才能进行正式测试，正式测试时要求被试注意力集中，快而准地判断靶箭头的方向，向左或向右。计算机会自动记录下被试的正确率和反应时间，整个测试过程分3次进行，每次约8 min，中间可休息2～4 min，全程约30 min。执行反应时间=箭头方向不一致反应时间-箭头方向一致反应时间，该值越大，提示执行控制网络效率越差。

1.3 DTI数据采集

使用GE SIGNAL HDe 1.5T超导磁共振，在标准的头线圈内完成扫描，扫描时采用海绵垫固定头部，戴上耳塞消除噪音干扰，嘱被试平卧不动。常规扫描T1、T2像排除脑结构异常的被试。DTI扫描参数：采用ZOOM梯度场，弥散-平面回波成像序列横轴位扫描，重复时间8 800 ms，回波时间70 ms，层厚2 mm，间距0 mm，扫描视野240 mm×240 mm，矩阵128×128，采集次数为2，采用b值为1 000 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10 min 19 s。3D_T1像扫描参数：重复时间20 ms，回波时间4 ms，层厚1 mm，180层，扫描视野24 cm×24 cm，翻转角12°，激励次数1次，扫描时间为6 min 41 s。

1.4 数据预处理

在Linux虚拟机下运用MATLAB R2013b及PANDA工具包[5]，首先将DICOM数据转换到NIFTI格式，去除颅骨和头皮等非脑组织，剪裁掉脑实质以外空间，然后进行涡流及头动校正、图像進行平均化及标准化配准，得到的FA图制作平均FA模板并提取其骨架，生成平均的FA骨架，最后将所有被试标准化的FA图投射到该平均的FA骨架。

1.5 数据后处理

运用PANDA进行确定性纤维追踪，转角大于45°时停止纤维追踪，阈值定在0.2～1 mm，可得到全脑AAL（anatomical automatic labeling）模板116个脑区纤维FA、FN值。

1.6 统计学处理

采用SPSS 22.0软件进行统计分析，计量资料以（x±s）表示，两组均数比较采用t检验，计数资料的比较采用字2检验，患者组明显受损脑区的FA、FN值与执行反应时间相关性分析采用直线相关分析，以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

两组被试年龄、性别、受教育年限差异无统计学意义（P>0.05），执行反应时间（RT）差异有统计学意义（P<0.05），见表1。

患者组双侧额上回、双侧侧扣带回及右侧颞中回各向异性值（FA值）、纤维数量（FN）较健康对照组明显低（P<0.05），见表2。

患者组右侧额上回FA值及FN值均与执行反应时间呈负相关（r=-0.36，P=0.018;r=-0.309，P=0.044），见图1、图2。

3 讨论

DTI技术由于能够无创地显示神经纤维形态，目前已被广泛应用于临床研究，如精神分裂症、抑郁症、癫痫、脑梗死等疾病。其原理主要是水分子在有髓纤维的髓鞘里成各向异性扩散，从而间接反映纤维束的完整性。确定性纤维追踪成像技术是DTI的一个重要组成部分，因其能在活体显示脑白质纤维束。现广泛用于神经外科手术导航、术前准备、术后评估等领域。确定性纤维追踪原理是依据体素所含的张量信息来表示纤维束的走向，然后根据设定的追踪策略来连接相邻体素。高玉军等[6]应用该方法发现颞叶癫痫患者内侧额上回白质纤维的数量、完整性存在显著的损害。李志勇等[7]也发现儿童颞叶癫痫患者颞叶纤维束FA值较对照组明显降低。这些研究表明癫痫患者白质纤维结构受损，其受损部位并不仅局限于放电部位，颞叶外的白质纤维也可受损。笔者的这项研究也发现患者组双侧额上回、双侧侧扣带回及颞中回纤维完整性受损，与之前研究结果基本一致。患者出现颞叶外白质纤维受损原因可能是颞叶在解剖结构上通过Papez环路与扣带回、额叶内侧紧密相连，当海马痫性放电时可能通过该通路损伤扣带回和额叶。

海马硬化型癫痫是常见的癫痫类型之一，该类型患者常常伴有认知功能异常，注意是一切认知功能的基础，注意网络由Posner于1990年首次提出，他把注意网络分警觉、定向、执行三个子网络。Fan等开发了注意网络测试（ANT）软件，因其设计合理、操作简单并且重复性好，现广泛用于帕金森、颞叶癫痫等研究[8-10]。笔者的ANT结果发现海马硬化型癫痫患者执行功能明显受损（P<0.05），这与文献[9]的研究结果相似。执行功能是注意功能的核心部分，是一种高级认知活动，Xu等[11]发现前额叶是执行功能的脑功能基础，Atsumichi等[12-13]运用任务态功能磁共振成像发现被试前额叶明显激活，并且认为前额叶是执行功能的主要介质，表明前额叶与执行功能有非常重要的关系。其可能机制是因为前额叶皮质是默认网络的中枢系统，而默认网络涉及注意、语言、智力、记忆等各个方面[14]，默认网络受损可能与癫痫患者执行功能受损有关。这项研究发现海马硬化型癫痫患者额叶白质纤维受损，并且右侧额上回FA、FN值分别与执行反应时间呈负相关，这可能就是其执行功能异常的病理结构基础。

本研究不足之处在于不能排除抗癫痫药物的影响，不同类型抗癫痫药物可能会损伤认知功能[15]。另外，磁场的不均匀性可能会对小纤维素的显示效果不佳，这导致DTI技术有一定的局限性。总之，笔者的研究发现了海马硬化型癫痫患者白质结构和执行功能均受损，其右侧额上回FA、FN值与执行反应时间呈负相关，这可能是海马硬化型癫痫执行功能障碍的病理结构基础。

参考文献

[1] Yujun Gao，Jinou Zheng，Yaping Li，et al.Abnormal default-mode network homogeneity in patients with temporal lobe epilepsy[J].Medicine，2018，97（26）：e11239.

[2] Yujun Gao，Jinou Zheng，Yaping Li，et al.Decreased functional connectivity and structural deficit in alertness network with right-sided temporal lobe epilepsy[J].Medicine，2018，97（14）：e0134.

[3] Hahamy A，Calhoun V，Pearlson G，et al.Save the global：global signal connectivity as a tool for studying clinical populations with functional magnetic resonance imaging[J].Brain Connect，2014，4（6）：395-403.

[4] Liu F，Wang Y，Li M，et al.Dynamic functional network connectivity in idiopathic generalized epilepsy with generalized tonic–clonic seizure[J].Human Brain Mapping，2017，38（2）：957-973.

[5] Cui Z，Zhong Suyu，Xu Pengfei，et al.PANDA：a pipeline toolbox for analyzing brain diffusion images[J].Front Hum Neurosci，2013，7：42.

[6]高玉軍，李亚平，呙丹妮，等.多模态磁共振结合种子点及纤维追踪法评价颞叶癫痫患者默认网络功能和结构的结果分析[J].广西医学，2017，39（1）：1-4.

[7]李志勇，方佃刚，干芸根，等.儿童颞叶癫痫磁共振弥散张量成像的初步研究[J].吉林医学，2017，38（9）：1611-1613.

[8] Boord，P，Madhyastha Tara M，Askren Mary K，et al.Executive attention networks show altered relationship with default mode network in PD[J].Neuroimage Clin，2017，13：1-8.

[9] Diao L，Yu H，Zheng J，et al.Abnormalities of the uncinate fasciculus correlate with executive dysfunction in patients with left temporal lobe epilepsy[J].Magnetic Resonance Imaging，2015，33（5）：544-550.

[10] Li J，Chen X，Ye W，et al.Alteration of the alertness-related network in patients with right temporal lobe epilepsy：A resting state fMRI study[J].Epilepsy Research，2016，127：252-259.

[11] Xu X，Deng Z Y，Huang Q，et al.Prefrontal cortex-mediated executive function as assessed by Stroop task performance associates with weight loss among overweight and obese adolescents and young adults[J].Behavioural Brain Research，2017，321：240-248.

[12] Atsumichi T，Noah J A，Bronner S，et al.Activation of dorsolateral prefrontal cortex in a dual neuropsychological screening test：An fMRI approach[J].Behavioral & Brain Functions，2012，8（1）：26.

[13] Hahamy A，Calhoun V，Pearlson G，et al.Save the global：global signal connectivity as a tool for studying clinical populations with functional magnetic resonance imaging[J].Brain Connectivity，2014，4（6）：395-403.

[14] Figley C R，Asem J S A，Levenbaum E L，et al.Effects of body mass index and body fat percent on default mode，executive control，and salience network structure and function[J].Frontiers in Neuroscience，2016，10（919）：234.

[15]皮凤兰，胡化侠，张渺，等，不同抗癫痫药物对新诊断癫痫患者认知功能的影响[J].精神医学杂志，2016，29（4）：299-301.