单侧颞叶内侧癫痫伴海马硬化患者脑内在活动改变

宋承汝,张晓楠,张 勇,连亚军,韩少强,马可燃,毛鑫月,程敬亮*

(1.郑州大学第一附属医院磁共振科,2.神经内科,河南 郑州 450052)

颞叶内侧癫痫(mesial temporal lobe epilepsy, mTLE)是最常见的难治性局灶性癫痫,为大型神经网络性疾病[1]。脑内在活动(intrinsic brain activity, IBA)对维持大脑功能至关重要[2]。静息态功能MRI(resting-state functional MRI, rs-fMRI)可关注IBA低频(<0.1 Hz)带波动。IBA具有高度动态、随时间波动的特点[3]。以往mTLE研究主要针对低频振幅(amplitude of low frequency fluctuation, ALFF)和局部一致性(regional homogeneity, ReHo);而采用传统rs-fMRI处理方法所获静态IBA指标不足以描述IBA变化。近年逐渐采用基于上述静态指标衍生而来的动态ALFF(dynamic ALFF, dALFF)等指标描述IBA的动态性特征[4-5],罕见其他静态指标如体素镜像同伦连接(voxel-mirrored homotopic connectivity, VMHC)[6]及动态指标研究。本研究观察单侧mTLE患者IBA动静态指标变化。

1 资料与方法

1.1 研究对象 前瞻性纳入2019年4月—2021年6月郑州大学第一附属医院38例单侧(左、右侧各19例)mTLE伴海马硬化患者(mTLE组),男16例、女22例,年龄14～53岁、平均(31.0±9.2)岁;受教育年限3～19年、平均(10.45±3.65)年;癫痫持续时间0.2～30年、中位时间10年;三代以内直系亲属及本人均为汉族,右利手,彼此无血缘关系;头部3D T1WI和3D液体衰减反转恢复(fluid attenuated inversion recovery, FLAIR)序列图像提示单侧海马硬化;具有典型颞叶癫痫发作特征,且临床与MRI判断癫痫发作起源侧别一致;脑电图显示异常放电起源于内侧颞叶,且侧别与MRI一致。排除标准:①其他颅内器质性病变、其他系统性疾病、精神障碍、烟酒或其他成瘾史等;②MR检查禁忌证;③图像质量差;④正规律服用抗癫痫药物。招募53名健康志愿者为健康对照(healthy control, HC)组,男24名、女29名,年龄14～56岁、平均(28.7±9.3)岁;受教育年限7～20年、平均(13.62±3.48)年;均满足mTLE组纳入标准①～④;头部3D T1WI和3D FLAIR图未见明显异常。排除标准:①烟酒或其他成瘾史;②满足mTLE组排除标准②和③。本研究经院伦理委员会批准(批准号:2019-KY-232),受试者或监护人均知情同意。

1.2 仪器与方法 采用Siemens Prisma 3.0T MR仪、64通道头颅线圈。嘱受试者仰卧、闭眼、保持清醒并避免思考,佩戴耳塞;固定其头部,采集头部血氧水平依赖(blood oxygenation level dependent, BOLD)-fMRI、3D T1WI和3D FLAIR图。参数:BOLD-fMRI,扫描时间6 min 48 s,TR 1 000 ms,TE 30 ms,FA 70°,体素 2.0 mm×2.0 mm×2.2 mm,层厚2.2 mm,层间距0.4 mm,时间点400个;3D T1WI,扫描时间5 min 21 s,TR 2 300 ms,TE 2.32 ms,TI 900 ms,层厚0.9 mm;3D FLAIR,扫描时间5 min 42 s,TR 5 000 ms,TE 387 ms,层厚0.9 mm。

1.3 图像处理与分析

1.3.1 rs-fMRI 预处理 采用rs-fMRI数据处理工具(data processing assistant for resting-state fMRI, DPARSF)[7]进行数据预处理:①去除前10个时间点图像;②时间校正;③头动校正;④空间标准化;⑤回归协变量;⑥滤波。

1.3.2 计算静态指标 采用脑成像数据处理分析工具(data processing &analysis for brain imaging, DPABI)[8]计算静态指标,包括ALFF、比率ALFF(fractional ALFF, fALFF)、ReHo、VMHC、度中心性(degree centrality, DC)及全局信号相关性(global signal correlation, GSCorr)。

1.3.3 计算动态指标 基于DPABI的时域动态分析(temporal dynamic analysis, TDA)工具计算动态指标,包括dALFF、动态fALFF(dynamic fALFF, dfALFF)、动态ReHo(dynamic ReHo, dReHo)、动态DC(dynamic DC, dDC)、动态GSCorr(dynamic GSCorr, dGSCorr)及动态VMHC(dynamic VMHC, dVMHC)。以滑动窗方法对整个大脑BOLD信号时间序列进行取窗(rectwin窗),选取中等长度窗宽(50 TR)和步长(10 TR),共于390个扫描时间点获得35个时间窗;分别计算各指标在各时间窗及所有时间窗中的标准差(standard deviation, SD);再分别以窗宽60 TR、步长30 TR进行计算,用于验证结果稳定性。

1.3.4 分析指标前处理 在灰质掩膜(mask)内对除VMHC外的各指标图像进行Z标准化[8]和FWHM为6 mm×6 mm×6 mm的平滑处理;之后将右侧mTLE患者的19组(19/38,50.00%)各指标图像进行水平翻转,与左侧mTLE患者的图像共同用于mTLE组分析。随机选择同比例(26/53,49.00%)HC组图像进行水平翻转,与剩余图像共同用于HC组分析。

1.4 量表评估 对mTLE组18例完成认知行为量表评估,包括蒙特利尔认知评估量表基础量表(Montreal cognitive assessment-basic, MOCA-B)、形状连线测试A和B(shape trail making test-A/B, STT-A/B)。

1.5 统计学分析 采用SPSS 17.0统计分析软件。以±s表示计量资料,以独立样本t检验行组间比较;采用χ2检验比较计数资料。基于SPM12、DPABI软件,采用基于体素水平的独立样本t检验比较组间全部指标的差异;将年龄、性别、受教育年限、平均头动值作为协变量纳入回归模型;采用高斯随机场(Gaussian random field, GRF)方法进行多重比较校正,以体素水平P<0.005、团块水平P<0.05为差异显著。以组间差异区域峰值体素为中心,构建半径为6 mm的球形ROI,提取ROI内相应指标平均值;以Spearman相关性分析观察上述各指标与癫痫持续时间、认知评估量表的相关性。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 一般资料 mTLE组受教育年限低于HC组(t=4.170,P<0.001),组间性别及年龄差异均无统计学意义(P均>0.05)。

2.2 IBA指标 以窗宽60 TR、步长30 TR 计算IBA动态指标时,所得结果与主结果(窗宽50 TR、步长10 TR)基本一致。

相比HC组,mTLE组双侧丘脑、内侧颞叶、基底核、脑桥及小脑的ALFF、dALFF和fALFF值,右侧扣带回及补充运动区的fALFF值,右侧内侧颞叶、梭状回及基底核的dfALFF值,脑桥、双侧丘脑、双侧尾状核及左侧内侧颞叶的ReHo值均升高;左侧颞叶新皮质和额叶的fALFF值和dfALFF值,双侧颞叶新皮质(以左侧为著)的ReHo值和DC值,左侧颞叶新皮质dReHo和GSCorr值,双侧颞叶新皮质、小脑及内侧颞叶VMHC值,双侧枕叶、楔叶及补充运动区dVMHC值均降低。组间dDC值和dGSCorr值差异均无统计学意义(P均>0.05)。见表1及图1。

图1 单侧mTLE伴海马硬化患者与健康志愿者IBA指标存在差异脑区 A.静态指标; B.动态指标 (蓝色表示mTLE组HC组)

表1 单侧mTLE伴海马硬化患者与健康志愿者IBA指标存在差异脑区

2.3 相关性分析 mTLE组STT-A耗时与左侧丘脑ALFF值、左侧海马fALFF值及脑桥ReHo值均呈正相关(r=0.577,P=0.012;r=0.707,P=0.001;r=0.489,P=0.039);STT-B耗时与左侧苍白球dfALFF值、脑桥ReHo值均呈正相关(r=0.701,P=0.001;r=0.664,P=0.003),与小脑VMHC值呈负相关(r=-0.472,P=0.048);癫痫持续时间和MOCA-B评分则与差异脑区IBA指标均无明显相关(P均>0.05)。

3 讨论

本研究发现mTLE组多个脑区IBA异常,且基于不同指标检出的异常激活脑区存在较多重叠,提示联合应用多种动静态指标有助于揭示mTLE异常神经元活动。

致痫灶异常放电可启动特殊神经回路,与致痫区域外的其他大脑区域间进行异常神经通信。内侧颞叶结构和丘脑等构成的颞叶癫痫网络具有重要病理生理意义[1]。本研究mTLE组内侧颞叶、丘脑、基底核、脑桥的ALFF、dALFF、fALFF、dfALFF及ReHo值等指标均升高,提示该区域神经元活动异常活跃,推测可能为颞叶癫痫网络的组成结构,或与癫痫活动的起始及传播等有关。LIAO等[3]发现ALFF变异性电生理依赖于脑电波波动,高dALFF值代表脑电波具有较大波动性和不稳定性;ALFF、dALFF、fALFF及dfALFF值同时异常升高提示癫痫活动不仅可能导致癫痫网络中神经元过度活跃,还使其处于异常不稳定状态而加剧脑功能混乱。相关性分析结果显示,mTLE组左侧海马fALFF值和左侧丘脑ALFF值均与STT-A耗时呈正相关,提示上述癫痫网络区域过度且不稳定的脑活动可致患者无法高效完成学习记忆和执行注意过程,与其伴随认知障碍有关。

VAUGHAN等[9-10]认为颞叶癫痫患者颞叶新皮质连接受损。本研究mTLE组颞叶新皮质(以左侧为著)fALFF、dfALFF、Reho、dReHo、DC、GSCorr和VMHC值降低,提示颞叶新皮质(以致痫灶同侧为主)功能下降不仅表现为局部IBA强度降低,且为该区域与邻近脑区、对侧脑区、全脑其他脑区间的功能连接强度降低,涉及较多神经元集群,或与颞叶癫痫“周围抑制假说”[11]有关。

小脑与海马间存在一定双向动态作用[12],且与大脑皮质间存在广泛运动和认知回路,故本研究mTLE组小脑过度活跃(ALFF、fALFF、dALFF值升高)可能参与颞叶癫痫网络。同时,本研究mTLE组局部ALFF和VMHC值降低,提示小脑部分功能损伤;STT-B耗时与小脑VMHC值呈负相关,即小脑半球间连通性降低可能影响注意力和执行功能。

枕叶与视觉信息处理及执行注意功能有关。补充运动区参与复杂运动的准备、启动和监测。癫痫可致枕叶[6]功能异常。本研究发现mTLE组枕叶和补充运动区dVMHC值降低, mTLE伴海马硬化患者视觉区及补充运动区双侧半球间功能连接灵活性和可塑性较差,可使其无法即时高效完成视觉信息处理和复杂运动调控。

综上所述,单侧mTLE伴海马硬化患者存在多个脑区IBA动静态指标异常,主要包括颞叶癫痫网络相关脑区、颞叶新皮质区、枕叶和小脑等。但本研究样本量不足,且未分析异常脑区与其他脑区间功能连接及格兰杰因果关系,有待进一步探索。