卒中后失语静息态脑功能成像亚频段低频振幅脑活动研究

李晓琳，徐敏杰，曹云，张丹莉，舒鑫，李昌明，周雨帆，谭逸海，谭中建，常静玲

北京中医药大学东直门医院神经内科，北京市100700

失语症不是一个单一、同质的症状，而是泛指多种语言障碍。无论是对语言神经生物学的理解，还是临床预后、管理和治疗路径的潜在范式转变，从脑成像数据中预测这些语言和认知变化至关重要。最近，已有研究着手利用脑部功能变化信息预测特定神经心理学测试或失语症类型的表现[1‑4]。研究脑部功能活动变化，对于失语症的脑损伤机制研究，以及治疗方案的制定，都具有一定的现实意义。

低频振幅(amplitude of low‑frequency fluctuations,ALFF)是静息态功能磁共振(resting‑state functional magnetic resonance,rs‑fMRI)的一种较常见的研究方法，它通过计算被试在一段较短时间内血氧水平依赖信号(blood oxygen level dependent,BOLD)偏离基线的平均幅度，反映大脑在该段时间内的自发脑活动强度，近年得到研究者的广泛关注[5‑8]。有研究者进一步将ALFF 除以全脑全频段振幅的均值得出比率低频振幅(fraction amplitude of low‑frequency fluctuation,fALFF)，该方法因受生理噪声影响较少，也广泛应用于低频段脑自发神经元活动的研究[9]。ALFF与脑血流活动和 任务激 活有关[10‑11]。但目前针对rs‑fMRI 的ALFF 和fALFF 的研究大多集中于经典频段(0.01～0.08 Hz)的低频振荡信号，认为该频段低频振荡信号与神经元活动最为相关。但有不少研究发现，部分脑区对不同频段振荡信号的敏感性不同，较宽的频段对某些特定脑区活动的敏感性较低，导致某些脑神经活动信息遗漏，因此，ALFF 和fALFF 被进一步划分为多个不同频段，如Slow‑4 频段0.027～0.073 Hz、Slow‑5 频段0.01～0.027 Hz，用于对脑功能活动进行更有针对性的研究。本研究采用多频段ALFF 和fALFF 法研究卒中后失语(post stroke aphasia,PSA)患者的脑损伤特征，以及特定频段与西方失语成套测验(Western Aphasia Battery,WAB)评分的关系。

1 资料与方法

1.1 一般资料

2015 年3 月至2018 年5 月，在北京中医药大学东直门医院招募缺血性脑卒中PSA 患者。缺血性脑卒中诊断符合中国急性缺血性脑卒中诊治指南(2014)[12]，并经CT 或MRI 诊断为脑梗死；构音障碍采用Frenchay构音障碍评价量表(河北省人民医院康复中心修定)[13]进行评定。

纳入标准：①年龄35～80 岁，汉族，右利手，母语为汉语；②病程1～6 个月；③小学以上文化程度，无严重心、肝、肾疾病；④神志清晰，无其他认知功能障碍；⑤发病前语言功能正常，发病时以语言功能障碍为主，肢体功能障碍较轻；⑥波士顿诊断性失语症检查2～4级；⑦可耐受0.5 h的头颅MRI检查。

排除标准：①接受心脏起搏器手术、冠状动脉介入术和冠状动脉外科搭桥手术，以及体内有其他金属制品；②先天或幼年疾病所致学习困难，造成语言功能缺陷；③由于意识障碍和普通智力减退造成的语言障碍；④存在严重构音障碍和听觉障碍。

剔除与脱落标准：①死亡；②自行退出，或出现严重不良事件如急性心肌梗死、复发脑卒中等；③检查中出现心慌、胸闷等症状，难以坚持。

共纳入PSA患者15例。

同时从社区和本院职工中招募健康人15例为对照组，无情感障碍史和精神药物服用史。

两组间性别、年龄、受教育程度无显著性差异(P＞0.05)。见表1。

本研究经北京中医药大学东直门医院伦理审查委员会批准(No.BZYYYDX‑LL‑20150213)，被试在入组前了解研究的试验过程，并签署知情同意书。

1.2 语言功能评定

所有患者采用WAB 进行评定，包括自发语言(信息量和流畅度)、听理解、复述、命名等维度。记录各项目作业评分，计算失语商(aphasia quotient,AQ)。

WAB 的评分标准、信度、效度均得到实践证实[14]。

1.3 MRI

采用3.0 T 超导磁共振仪(德国SIEMENS 公司)，8通道相控阵头线圈。受试者闭目、清醒、安静平躺于扫描床上，避免头动和活跃思维活动。平面回波成像序列参数：TR 2000 ms，TE 30 ms，翻转角90°，视野225×225，带宽2520，分辨率64×64，层数31，层厚3.5 mm，间距0.7 mm，像素3.5×3.5×3.5。连续扫描，时间366 s。3D‑MRI 参数：TR 1900 ms，TE 2.13 ms，TI 900 ms，翻转角9°，分辨率256×256，层数176，层厚1 mm，像素1.0×1.0×1.0，时间258 s。

采用DPARSF (http://www.restfmri.net)和SPM12软件进行预处理。去掉前10个时间点数据；行时间层校正、头动校正，回归无关变量，移除平移/旋转测量参数超过±1 mm/±1°的数据。用T1像配准并标准化，带通滤波0.01～0.08 Hz。使用DPABI 工具包对处理后的数据行ALFF 分析：逐体素对全脑信号强度的时间序列行傅里叶转换，转换为频域功率谱后开方，分别在经典频段0.01～0.08 Hz、Slow‑4频段0.027～0.073 Hz和Slow‑5 频段0.01～0.027 Hz 进行标准化和开方，得到各频段ALFF 图像。然后用ALFF 除以所有频率振幅总和，分别得出经典频段、Slow‑4频段和Slow‑5频段的fALFF图像。

1.4 统计学分析

两组间一般资料采用SPSS 22.0 软件行独立样本t检验。两组间经典、Slow‑5、Slow‑4 频段ALFF 和fALFF 使用DPABI 软件行独立样本t检验(GRF 校正)。有差异脑区患者组ALFF和fALFF值与WAB评分之间的相关性采用Pearson 相关分析。显著性水平α=0.05。

2 结果

患者组病灶主要累及左侧半球，右侧脑半球累及较少；分布于左额颞皮层和皮层下，以及右侧皮层下。见图1。

2.1 ALFF

在经典频段，患者组ALFF 增高的脑区为右侧中央前回，ALFF与WAB评分无显著相关。在Slow‑4频段，患者组ALFF增高的脑区为右侧中央前回，ALFF与WAB 评分无显著相关。在Slow‑5 频段，未发现两组有显著差异脑区。见图2、表2。

2.2 fALFF

在经典频段，未见两组之间fALFF 有显著性差异的脑区。在Slow‑4频段，患者组fALFF减弱的脑区为右侧小脑Crus2 区；右侧小脑Crus2 区fALFF 与信息量评分呈负相关(r=-0.576,P=0.025)，与听理解评分呈负相关(r=-0.658,P=0.008)，与复述评分呈负相关(r=-0.616,P=0.014)，与AQ 呈负相关(r=-0.611,P=0.016)。在Slow‑5 频段，患者组fALFF 减弱的脑区为左顶下缘角回；左顶下缘角回fALFF 与信息量评分呈正相关(r=0.538,P=0.039)，与AQ 呈正相关(r=0.526,P=0.044)。见图3、表3。

表1 两组一般资料比较

图1 患者组病灶叠加图

图2 两组间ALFF有差异的脑区

表2 患者组ALFF增高的脑区

表3 患者组fALFF值减弱的脑区

图3 两组间fALFF有差异的脑区

3 讨论

fMRI 是一种非侵入性功能成像方法，通过对大脑的内在活动与外在行为学信息进行相关性分析，可以对神经系统的生理活动或病理表现进行深入研究[15‑17]。ALFF 和fALFF 是rs‑fMRI 常用的指标，其优势在于具有较好的稳定性[18‑19]。rs‑fMRI 的低频振荡可分解为4 个亚频段，包括Slow‑5 (0.010～0.027 Hz)、Slow‑4 (0.027～0.073 Hz)、Slow‑3 (0.073～0.198 Hz)和Slow‑2 (0.198～0.250 Hz)；其中Slow‑3 和Slow‑2 亚频段分别反映脑白质信号和较高频率的生理性噪声，大脑灰质的低频活动范围主要在Slow‑5 和Slow‑4 亚频段[20]。本研究采用WAB 测试PSA 患者的语言功能，提取不同频段有差异脑区的ALFF和fALFF与WAB评分进行相关性分析。

脑卒中后语言损伤和恢复机制一直是争论的焦点[21‑23]。既往研究多数集中于将语言恢复机制与传统语言损伤模型的结构和功能相联系[24‑25]；还有一些研究针对右脑镜像区在语言功能整合中的积极作用[26‑27]，或右脑经胼胝体去抑制作用对语言功能的消极作用[28]。有两条神经通路调控机制研究较多，一是颞叶额叶间的弓状纤维通路和额顶叶间的纵行纤维通路；二是脑损伤区的局部组织修复或远隔组织效应，使脑语言网络形成新的平衡、代偿。语言功能区不仅限于传统的左额下回，还延伸至额叶的其他区域，包括额中回和中央前回[29]。本研究显示，在经典频段和Slow‑4 频段，PSA 患者ALFF 增高的脑区均为右侧中央前回，表明右侧中央前回可能为言语功能网络镜像区域的组成成分之一，参与功能代偿。支配语言功能的脑区涉及多个功能区，共同完成语言的产生[30]。右脑半球激活是语言恢复的一种有效代偿机制，亚急性PSA 患者左侧前额叶和中央前回代谢降低，右侧前额叶和中央前回激活，提示右脑代偿[31]。

小脑对语言产生也发挥一定作用，小脑的语言功能同样存在偏侧性[32]。右利手受试者右小脑半球和齿状核与大脑皮质语言区域存在密切联系[33]；经颅直流电刺激干预在语义预测任务期间增加右侧Crus1/2 区的激活，并且增强皮质‑小脑相关脑区的功能连接[34]。小脑还可能参与获取新的词汇[35]。本研究显示，在Slow‑4频段，PSA 患者右侧小脑Crus2区fALFF降低，该区fALFF 与患者的听理解、复述、信息量和AQ 呈负相关，提示该脑区参与PSA 的损伤过程；fALFF 变化或可作为衡量PSA患者失语严重程度的客观指标。

角回位于颞上沟后部，是颞上回、颞中回与顶下小叶的接合处，位于视觉区、听觉区、感觉运动区交界处，是整合复杂信息和知识提取的重要脑区[36]；在语言的层级加工中更多参与语义加工的多个方面，尤其是需要整合低水平语义单元，形成高水平语义表征的过程，如句子理解和篇章理解，是语言综合能力整合中枢[37]。本研究显示，在Slow‑5 频段，PSA 患者左顶下缘角回fALFF 减少；左顶下缘角回fALFF 与信息量和AQ正相关。

本研究样本量较小。未来可开展较大样本量研究和多时点观测，以观察PSA患者rs‑fMRI ALFF的动态特征，为临床语言康复提供精确靶点和新思路。

利益冲突声明：所有作者声明不存在利益冲突。