慢性单侧前庭病变患者静息态自发脑功能改变的研究

司丽红，李哲元，李响，李康之，凌霞，申博，杨旭

慢性单侧前庭病变（chronic unilateral vestibulopathy，CUVP）是常见的慢性前庭综合征；患者常伴有慢性持续性头晕或姿势不稳，持续超过3个月；多继发于急性单侧外周前 庭 病 变（acute unilateral vestibulopathy，AUVP）[1-4]。外周前庭系统受损后的前庭康复状态个体差异极大，部分CUVP患者会由于动态代偿不完全而出现不同严重程度的慢性症状，严重影响生活质量[5]。

近年来，功能磁共振成像（functional magnetic resonance imaging，fMRI）的发展，为探索CUVP患者的动态代偿机制提供了重要线索[6]。脑功能研究发现AUVP患者的皮质激活模式为：病变对侧的多感觉前庭皮质和皮质下区，包括顶-岛前庭皮质区（Parieto-insular vestibular cortex，PIVC）、后脑岛、后外侧丘脑、前扣带回和海马明显激活，而视觉和躯体感觉皮质及部分听觉皮质呈去激活状态[7,8]。推测后脑岛PIVC区这种不对称的激活可能是由于健侧前庭神经核的静息放电率较高所致。可见，前庭系统、视觉系统和躯体感觉系统共同维持着机体平衡，且不同感觉在维持平衡中的交互作用为感觉替代提供了可能。当前庭信息与视觉信息冲突时，机体通常会优先激活前庭皮质以应对多种感觉信息传入的冲突[9]。多项研究均发现，在干扰/屏蔽视觉、本体觉时，CUVP患者躯体压力中心摆动较健康受试者更加明显，表明CUVP患者更多的依赖视觉、躯体感觉维持平衡[10]。Peter等[11,12]的研究也发现CUVP患者的视觉运动区、薄束核、双侧躯体感觉皮质灰质体积增大。

目前，国内外对于CUVP患者脑功能改变的研究多为应用PET、fMRI研究任务态脑活动改变，对静息态脑功能改变的研究较少。在此背景下，本研究拟采用比率低频振幅（fractional amplitude of low frequency fluctuation，fALFF）来探讨CUVP患者前庭代偿状态。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选择2018年9月至2019年9月我科诊治的右侧CUVP患者18例纳入CUVP组，其中男性6例，女性12例；平均年龄为（47.94±11.01）岁；选择同期在我院进行健康体检者18例纳入对照组，其中男性6例，女性12例；平均年龄为（44.89±11.31）岁；2组患者的性别、年龄差异无统计学意义（P＞0.05）。根据冷热试验，按照Jongkees公式，将一侧前庭反应减少＞25%或称半规管轻瘫（canal paresis，CP）＞25%定义为UVP；UVP患者病程≥3个月定义为CUVP。CUVP患者完善眼震电图、冷热试验、头脉冲试验、前庭诱发肌源性电位等前庭功能评价；完善常规头颅MRI检查排除严重的神经科疾病。所有受试者自愿参加本研究，并签署知情同意书。本项研究已获得本院伦理委员会的批准。

1.2 方法

1.2.1 病史采集及完善检查 详细采集病史；完善头晕残障量表（dizziness handicap inventory，DHI）评分。

1.2.2 fALFF成像参数 采用3.0-Tesla MR（SIEMENS MAGNETOM Skyra syngo MR D13）、16通道头颈联合线圈进行数据采集。解剖图像采用3D梯度回波T1WI序列采集矢状面图像，共192层，TR 1900 ms，TE 2.43 ms，反转角8 deg，FOV 256×256×256 mm，体素1.0×1.0×1.0 mm。静息态fMRI功能成像应用EPI序列，TR 2000 ms，TE 30 ms，反转角90 deg，FOV 222×222×222 mm，体素3.0×3.0×3.0 mm，共采集200帧，扫描时间为6分48秒。所有受试者在扫描过程中均保持清醒，均无明显的不适。

1.2.3 影像数据处理 （1）影像数据预处理。采用Matlab2013平台、DPARSFA软件，主要处理流程：①数据转换：将DCOM格式的原始数据转换为NIFTI格式；②去除前10个不稳定的时间点；③时间校正：参考层选择第35层；④头动校正：去除头部三维平移超过1.5 mm和(或)三维旋转超过1.5°的数据；⑤去除线性漂移：去除由于机器在扫描过程中发热引起的BOLD信号的线性漂；⑥回归干扰信号：采用线性回归模型去除BOLD信号中的干扰信号；⑦空间配准：不同被试的本地空间数据对齐到同一个标准空间，体素大小为3×3×3 mm，配准方式选择DARTEL；⑧空间平滑：以减少配准误差并且增加数据的正态性，高斯平滑核为8×8×8 mm。

（2）fALFF分析。用DPARSFA软件对预处理后的fMRI数据进行fALFF的分析。首先将脑内某一体素的时间序列经过快速傅立叶变换由时域转化为频域得到相应的功率谱，进而在0.01～0.1 Hz频率范围内计算所有频率对应的振幅和得到fALFF。计算全脑所有体素的fALFF值，得到全脑fALFF图。对fALFF进行z标准化后，进行统计分析。

1.3 统计学处理

采用SPSS 22.0软件处理数据。fMRI数据应用SPM12的统计模块，使用基于一般线性模型，同时回归年龄、性别混杂因素，2组间比较采用独立样本均数t检验。fALFF采用团块水平的多重比较校正（FWE校正，P＜0.05）。应用XJVIEW、Brainnetview进行结果呈现。CUVP患者存活团块的平均fALFF值与其病程、CP值及DHI评分进行Pearson线性相关分析，P＜0.05认为脑区的fMRI指标可能与临床症状存在关联。

2 结果

2.1 临床资料分析结果

CUVP组18例患者均表现为慢性头晕、不稳，尤其快速转头、运动时头晕不稳加重；病程中位数为12个月，四分位数间距66个月；平均CP值为（46.15±13.26）%，其中伴有视频头脉冲试验异常8例（44.4%）；DHI评分平均（41.22±5.62）分。相关分析结果显示，CUVP患者的CP值与病程、CP与DHI及病程与DHI均无明显相关性（P=0.733,0.176及0.791）。

2.2 fMRI数据分析结果

与对照组相比，CUVP组患者右侧枕中回（X=30,Y=－84,Z=3）fALFF值显著降低（P=0.01，FWE校正），提示CUVP患者此区域自发功能活动强度降低；右侧辅助运动区（X=9,Y=3,Z=54）fALFF值显著升高（P=0.01，FWE校正），提示CUVP患者此区域自发功能活动强度增加，见图1、2。

图1 CUVP患者右侧枕中回（X=30,Y=－84,Z=3）fALFF值显著低于对照组（P=0.01，FWE校正）

图2 CUVP患者右侧辅助运动区（X=9,Y=3,Z=54）fALFF值显著高于对照组（P=0.01，FWE校正）

相关性分析结果显示，CUVP患者右侧枕中回的fALFF值与DHI评分呈负相关（r=－0.430,P=0.003），但与CP值无明显相关性（P=0.833），与病程也无明显相关性（P=0.784）。

3 讨论

临床上，CUVP患者常伴有头晕和（或）姿势不稳等症状，可能与其前庭中枢代偿不完全、精神心理因素和持续过度依赖视觉信号有关[13]。本研究中，CUVP患者的CP值或病程与DHI评分，包括其子评分等无明显相关性。即外周前庭功能受损的指标与慢性症状之间无明显相关性，AUVP患者残留的外周前庭功能不足不能成为其慢性化的唯一因素，可能前庭代偿机制没有较好地恢复高阶知觉功能，使得患者在长时间的运动环境中容易产生眩晕、不稳等主观感觉[14,15]。

本研究中，fALFF降低区域主要为视觉皮质相关脑区（包括右枕中回），提示CUVP患者视觉皮质神经元活动性降低，皮质兴奋性下降。维持人体平衡需要通过视觉、前庭觉及本体感觉系统共同感知机体及与环境之间相互关系，进一步经中枢神经整合协调处理，以准确感知空间位置、确保清晰稳定的视觉、姿势及各种运动的平衡。上述3个系统在维持人体平衡中的权重随着环境变化而不断地调整[16-19]。Angela等[20]对14例听神经瘤切除所致的CUVP患者给予视觉刺激，同时行fMRI扫描发现，UPVD患者的视觉皮质激活较健康人减弱。作者认为CUVP患者对视觉刺激的反应减低与减少视震荡有关，这似乎与既往研究的感觉替代模式不符合。进一步分析本研究的18例CUVP患者，由于急性期眩晕严重而主动回避视觉刺激，导致其视觉替代不良，进而形成不完全的前庭代偿策略，故表现为慢性头晕，尤其快速转头、运动时头晕不稳加重。

本研究中，CUVP患者的fALFF增强区域主要在感觉运动网络相关脑区，右侧辅助运动区。研究表明[21]，靠近大脑皮质中央前回的运动皮质前区及内侧面的辅助运动区，与姿势调节和近位胶体运动有关，在高级运动调节过程中接受由大脑连合区传入的外界状况和身体内部状态有关信息，并经过丘脑接受基底和小脑传入的信息，再将传出信息投射到运动区。辅助运动区有助于正常的步态和姿势控制，躯干和肢体运动，运动规划，肢体间协调，复杂运动的排序和自我启动的运动[22-24]。这些不同的功能表明，辅助运动区可能改善姿势控制，躯干运动，甚至精确的上肢运动。由此推测，CUVP患者感觉运动网络的自发脑功能活动增强，可能为此类患者行为替代方式的表现形式，即CUVP患者前庭觉受损，视觉替代不良，所以更多依赖于加强躯体姿势控制完成前庭代偿，但单纯依赖于增强姿势控制也容易形成风险姿势控制策略，出现不稳感。

综上所述，本研究结果显示，CUVP患者右侧视觉皮质自发脑功能活动降低，感觉运动网络自发脑功能活动增高，推测中枢动态代偿不完全可能参与CUVP的发生，CUVP患者的视觉替代不足，主要依赖于加强姿势控制进行行为替代。