基于度中心度和种子点功能连接观察早盲青少年静息态功能fMRI改变

侯 芬，李恒国，李 平，周智凤，刘 霞*

(1.湖南中医药大学第一附属医院放射科，湖南 长沙 410007；2.暨南大学附属第一医院医学影像中心，广东 广州 510632；3.深圳市康宁医院 深圳市精神卫生中心精神影像中心，广东 深圳 518000)

早盲指1～2岁失明，亦有报道为2～4岁[1]，患儿因视觉被剥夺而成为研究单感觉缺失后脑可塑性变化的独特模型[2-3]。功能MRI研究[4-6]证实盲人存在脑网络异常改变。种子点功能连接(seed-based functional connectivity， SFC)可通过选取种子点，统计分析确定种子点与其他脑区功能连接的关系反映选定ROI与其他脑区间的功能连接改变，但尚不足以充分显示脑内功能连接特征。基于体素水平的度中心度(degree centrality， DC)可从新的视角观察脑区或节点在全脑网络内的重要性等特征，但却无法度量ROI和脑内其他体素间配对关系的强度，目前多用于研究神经或精神疾病，如脑梗死和肠易激综合征伴抑郁症等[7-8]，较少用于观察盲人。本研究基于DC及SFC方法，采用静息态功能MRI(resting-state functional MRI， rs-fMRI)观察早盲青少年患者复杂脑网络重要属性，分析重要脑区与其他脑区的连接状况。

1 资料与方法

1.1 研究对象 将广州市盲人学校16例早盲青少年患者纳入观察组，男11例，女5例，年龄11～18岁，平均(14.8±2.1)岁。纳入标准：①双眼无光感；②失明年龄<2岁；③无药物依赖或药物滥用史，未服用可影响脑认知的相关药物等；④无听觉、触觉及温度觉等感觉障碍或运动、语言功能异常。排除标准：中枢神经系统、精神疾病病史及家族病史。另招募16名性别、年龄与观察组匹配的正常视力青少年志愿者作为对照组，男11名，女5名，年龄11～19岁，平均(14.9±2.7)岁，视力>5.0，听力正常。受试者及其监护人均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 采用GE Discovery 750 3.0T MR扫描仪行头部MR检查，配备8通道标准头部线圈。嘱受试者仰卧，闭眼，平静呼吸，以固定装置固定头部。采用3D脑容积成像(three dimensional brain volume imaging， 3D-BRAVO)序列采集全脑高分辨结构像，参数：TR 8.2 ms，TE 3.2 ms，FA 12°，矩阵256×256，FOV 256 mm×256 mm，层厚1 mm，层距0，采集时间197 s。以梯度回波-平面回波成像(gradient echo-echo planar imaging， GRE-EPI)序列采集rs-fMRI，参数：TR 2 000 ms，TE 35 ms，FA 90°，矩阵64×64，FOV 256 mm×256 mm，层厚3.0 mm，层距0.6 mm，共采集240个时间点，持续时间为480 s。

1.3 数据处理 采用Metlab 12a、DPARSF v3.2软件对原始数据进行预处理，包括去除前10个时间点、时间校正、头动校正(剔除头部移动>2 mm，转动>2°的数据)、空间标准化(应用EPI模板，重采样为3 mm×3 mm×3 mm)及时间滤波(带宽0.01～0.08 Hz，去除低频漂移及高频噪音)。

DC分析：采用REST软件计算全脑灰质基于体素的DC值，r阈值取0.25。公式：DC(i)=∑dij(DC为与体素i存在功能相连的体素j的数量，j为与i直接相连的节点，j=1，…，N，i≠j)。经Z变换后形成加权DC值图。

SFC分析：选取上述DC组间具有显著差异的部分脑区作为ROI，进一步比较2组ROI与其他脑区间的功能连接情况。

1.4 统计学分析 采用SPSS 19.0统计分析软件。以Student'st检验比较2组年龄。采用REST软件包，以两独立样本t检验比较2组DC值及SFC值；以年龄和性别作为协变量，采用AlphaSim方法对所有统计结果行多重比较校正(簇块≥85体素)。P<0.05为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 一般资料 观察组16例早盲青少年中，10例因早产儿视网膜病变出生即失明，4例因先天性视网膜病变出生即失明，2例因高热于出生后16个月失明。2组年龄差异无统计学意义(t=0.04，P=0.97)。

2.2 DC改变 观察组初级视觉皮层(右侧距状沟、双侧舌回)DC值较对照组减低，语言皮层(双侧三角部额下回、右侧岛叶)较对照组增高(P均<0.05)，见表1和图1。

表1 观察组与对照组DC存在显著差异脑区

图1 观察组与对照组DC存在显著差异的脑区 蓝绿色区域为观察组DC值减低的脑区

2.3 SFC改变 与对照组比较，观察组右侧距状沟与以下脑区功能连接显著降低，包括初级视觉皮层(左侧距状沟、双侧舌回)和非视觉皮层多个脑区，即体感皮层(中央后回)、体感联合皮层(楔前叶、顶上小叶)、运动皮层(中央旁小叶)、多感知皮层(颞上回、颞中回)及语言皮层(额中回)(P均<0.05)，见表2和图2。

表2 早盲青少年与右侧距状沟功能连接减低的脑区

图2 观察组与对照组SFC存在显著差异的脑区 蓝绿色区域为观察组与右侧距状沟功能连接减低的脑区

3 讨论

本研究观察组初级视觉皮层(右侧距状沟及双侧舌回)功能连接密度较对照组减低(P<0.05)，而高级视觉皮层功能连接密度未见明显改变；与对照组比较，观察组与右侧距状沟功能连接减低脑区位于初级视觉皮层(P<0.05)，而与高级视觉皮层功能连接未见明显异常，与既往研究[2]结果基本一致。LI等[9]研究发现，早盲患者初级视觉皮层发育敏感性更依赖于早期视觉经验，而非高级视觉皮层；早期剥夺视觉导致初级视觉皮层结构[10-11]和连接初级视觉皮层的前视觉通路萎缩、退变[12]，而高级视觉皮层可依赖非视觉(如听觉、复杂认知等)[13-14]信号输入发生重塑，部分抵消萎缩或退行性改变带来的负面效果，呈代偿性正常或增高。本研究中观察组非视觉皮层(双侧三角部额下回及右侧岛叶皮层)功能连接密度较对照组增高(P<0.05)，可能与额岛区功能连接密度增高有助于提高脑区传递非视觉信息效率、从而能使枕叶更优地完成非视觉任务相关，这是盲人处理非视觉任务能力优于正常人的原因之一[2]。MURPHY等[15]发现，额岛注意节点与枕叶皮层具有较强的功能连接和解剖连接，有助于额岛区内源性注意信号从腹侧通路传送到枕叶，通过自上而下调控作用激活枕叶皮层，以提高早盲患者对非视觉信号刺激的敏感性。

本组中观察组右侧距状沟(初级视觉皮层)和非视觉皮层(体感皮层、体感联合皮层、运动皮层、语言皮层、多感知皮层)功能连接减低(P<0.05)，与既往研究[5-6]基本相符。初级视觉皮层与非视觉皮层本身存在功能连接，上述降低体现了二者间的失耦连，即功能分离，而初级视觉皮层对非视觉信息的处理能力却有所增强，可能与早盲导致较大程度调用初级视觉皮层以处理高级认知任务相关[2]。

本研究不足之处：①样本量较小；②未能按不同失明年龄段进行分组比较；③未观察脑部结构和功能网络改变。

综上所述，综合采用DC结合SFC方法可观察青少年早盲患者脑功能连接情况。早盲青少年视觉皮层不同亚区及非视觉皮层功能连接密度存在改变，初级视觉皮层与其他脑区之间功能连接减低，与其视觉被剥夺后的失用性萎缩与轴突变性相关。