阿尔茨海默患者面部情绪识别MRI研究进展

贾巴见明，蒋明宽，袁文欢，罗 琳，陈 强

(内蒙古科技大学包头医学院第一附属医院医学影像科，内蒙古 包头 014010)

痴呆是全球65岁以上老年人致残的主要原因[1]，其中约60%为阿尔茨海默病(Alzheimer's disease, AD)所致[2]。除语言和肢体动作外，人类个体之间的交流还依赖于表达与识别面部情绪；正确解读面部情绪对于了解他人精神状态和成功的社会互动具有举足轻重的作用。AD使患者面部情绪识别(facial emotion recognition, FER)能力受损[3-6]。颅脑MRI研究结果[3-6]显示，对于基本面部情绪，包括惊讶、高兴、悲伤、厌恶、愤怒、恐惧和中性等的识别能力与特定脑功能区灰质体积及白质纤维束弥散指标相关。本文对MRI研究AD患者FER相关进展进行综述。

1 结构MRI

为观察AD患者脑形态学改变，常以高分辨率3D-T1W序列采集结构MRI(structural MRI, sMRI)，用于测量颅脑灰质和白质体积。在神经退行性疾病sMRI相关研究[7]中，灰质体积亦是较常用的影像学指标。基于体素的形态学(voxel-based morphometry, VBM)方法是测量灰质体积的最常用方法之一，其核心步骤包括空间标准化、图像分割、平滑处理及统计分析等[7]，可通过Matlab平台中的SPM等软件实现图像预处理、分割及空间归一化等过程；应用自建模板及微分同胚图像融合(diffeomorphic anatomical registration through exponentiated lie algebra, DARTEL)算法不仅可提高图像配准的准确性，并支持对图像进行归一化处理，以减少扫描设备不同所带来的差异[8]。

AD较典型影像学表现包括内嗅皮层、海马及杏仁核萎缩等，这些核团均为大脑处理情绪的重要脑区，其早期萎缩及不同脑区之间白质纤维连接受损可能与患者社会认知障碍和情绪识别不良有关。目前对于AD患者消极FER是否普遍受损、消极FER与哪些功能脑区灰质体积存在相关关系的认知尚有争议。PARK等[9]对AD患者进行VBM分析，发现其对消极情绪(包括恐惧、愤怒、厌恶和悲伤)的识别能力降低，且与颞前区灰质体积呈正相关，而积极情绪(惊奇和快乐)则与额顶区(中央前回和中央后回)灰质体积呈正相关。SAPEY-TRIOMPHE等[10]报道，AD患者存在明显的基本情绪识别障碍，其对恐惧情绪的认知程度与杏仁核体积呈负相关，而对于厌恶、高兴的FER则分别与苍白球和梭状回的体积呈负相关。SAHIN等[11]观察抑郁性假性痴呆(depressive pseudodementia, DPD)和AD患者，发现 后者FER评分与海马体积存在显著正相关，且DPD与AD患者FER得分及左侧海马体积均存在显著差异，评估FER和左侧海马体积可能为区分DPD与AD提供依据。另一方面，WIECHETEK OSTOS等[12]认为AD患者对愤怒和悲伤两种消极情绪的识别能力并无明显受损。PARK等[9]提出消极FER主要与颞前区的灰质体积有关；CALDER等[13]则发现对于愤怒情绪的识别与腹侧纹状体和颞中回灰质体积显著相关；KUMFOR等[14]报道，识别悲伤情绪与左侧胼胝体下皮层体积有关。

2 功能成像

功能MRI(functional MRI, fMRI)可显示不同认知条件下的脑神经活动分布。常以血氧水平依赖(blood oxygen level-dependent, BOLD)技术采集颅脑fMRI，即BOLD-fMRI，其常用模式主要分为静息态和任务态。静息态fMRI(resting-state fMRI, rs-fMRI)通常指受试者在静息(不给予任何刺激)状态下接受fMRI，可检测患者不同脑区的功能连接状况；任务态fMRI(task-state fMRI, ts-fMRI)主要指在扫描过程中给予受试者视觉、听觉或其他物理刺激，使其大脑处于不同神经状态，并通过比较不同状态下的信号获取激活图[15]。

静息态功能连接为2个灰质体素之间的整个静息态时间序列的Pearson相关系数，>0.30时认为其间存在功能连接；功能连接异常可在一定程度上反映局部脑功能活动改变[16]。结合认知评估与rs-fMRI可鉴别神经退行性疾病类型及预测疾病进展，分析不同脑区及功能网络与主要预测因子之间的相关性。IBAEZ等[17]发现，与健康对照者相比，AD患者认知判别(包括FER)分数与额叶区(额上回、眶回等)、顶叶区(顶上小叶、角回等)和基底核区(苍白球、壳核)功能连接较低相关。需要注意的是，疾病严重程度不同，其所致相同脑区之间功能连接改变亦可不同[18]。

内感受(interoception)主要包括本体感觉和内脏感觉[19]，外感受(exteroception)主要包括触觉、嗅觉和视觉等信号；后内感受(post-interoception)和后外感受(post-exteroception) 则主要指机体接受声音、面部情绪图片等外部刺激后产生的信号。消极FER与内感受的情绪处理有关[20]，机体内感受(如心脏诱发电位)变化可能影响FER的启动和处理过程。SALAMONE等[21]指出 AD患者FER在后内感受条件下与凸显网络(salience network)的功能连接呈负相关，而在后外感受条件下则与执行网络(executive network)的功能连接呈正相关。元认知指对认知过程的监控与调节[22]；对情绪识别的元认知是社会互动的基础。GARCIA-CORDERO等[23]利用多模态成像评估元认知的神经标记物，分析AD患者全脑灰质体积和fMRI所示静息态脑功能连接，发现AD患者FER受损与额-顶叶区域灰质体积减小和额后神经网络中断有关。

人类视觉处理皮层主要位于、但并不局限于枕叶，可延伸至颞叶和顶叶。与视觉处理有关的皮层区域多达十余处，利用通路模型可将其分为腹侧通路和背侧通路[24]。HUANG等[25]的ts-fMRI研究结果显示，AD患者腹侧通路中视觉处理网络被破坏而减少，且其程度与疾病严重程度呈正相关：轻、中度AD患者的视觉处理网络破坏和减少主要集中于高阶视觉关联区，而重度AD患者的高阶关联区视觉处理网络则几已不存在，其低阶关联区视觉处理网络也被破坏而减少。

3 弥散张量成像

弥散张量成像(diffusion tensor imaging, DTI)是基于弥散加权成像并采用更多弥散梯度的MRI技术，可清晰显示活体内脑白质纤维走行及其弥散状态；各向异性分数(fractional anisotropy, FA)、平均扩散率(mean diffusivity, MD)及表观弥散系数(apparent diffusion coefficient, ADC)为其常用参数，主要用于评估水分子在特定方向上的弥散特性，其中FA常用于评价白质纤维的完整性，ADC、MD则用于表征水分子在组织中的弥散程度[26]。除上述常用参数外，轴向弥散率(axial diffusivity, DA)和径向弥散率(radial diffusivity, DR)分别代表水分子在平行和垂直于弥散轴方向的弥散速率。DA降低提示轴突受损，而DR升高则与髓鞘受损有关。

DTI常被用于研究神经退行性疾病所致脑白质纤维改变。MORIKAWA等[27]发现，双侧钩状束FA和ADC可反映AD患者认知功能障碍严重程度。左侧钩状束FA与对恐惧情绪的识别相关[28]。相比健康老年人，轻度认知障碍老年患者FER能力普遍降低，左侧钩状束FA显著降低。TAKAHASHI等[29]评估AD患者FER，并测量其钩状束、下额枕束和下纵束DTI相关参数，发现AD患者FER评分、尤其对于消极情绪的得分明显低于健康对照者，且其消极情绪分量表得分左侧钩状束MD呈负相关，而左侧钩状束FA与消极FER得分未见明显相关。AD患者FA降低和MD升高提示限制水分子弥散的屏障(脑白质)受损，这与AD患者脑白质中髓鞘和轴突丢失的病理学表现相符[30]。

AD患者多见相应脑区FA降低和MD增大，前额叶边缘网络功能障碍可能是AD患者对于消极情绪的识别能力降低的潜在神经基础。现有不同研究结果存在一定差异，原因可能主要在于各研究纳入样本病情不同，且用于测量DTI和fMRI相关参数的ROI位置及大小均不统一。

4 小结与展望

FER受损严重影响AD患者生活质量。目前将MRI用于AD患者FER的临床研究较少，所用技术不同，结果之间亦存在差异。通过融合sMRI、fMRI或DTI等技术，可能进一步促进AD FER受损相关神经基础研究，为早期诊断及干预提供理论基础。