颞叶内侧癫痫并抑郁病人脑功能连接密度的静息态功能磁共振成像研究

刘美清，杨逸昊，王月晗，王小龙，王胜，罗程，邹琴，李其富

作者单位：1海南医学院第一附属医院，a神经内科，b影像科，c医学心理学科，海南 海口570102；2海南省热带脑科学研究与转化重点实验室，海南 海口570102；3电子科技大学生命科学与技术学院，四川 成都610000

癫痫是一类综合征，有刻板性、发作时间短、重复发作以及复杂性等特征［1］，也是临床常见的神经科疾病，病情复杂。中国癫痫病的发生率大约在4%～7%，癫痫病人数量为大约900万人次［2］。癫痫共患病是指癫痫病人需要同一时间出现两种以上的疾病，而这两种疾病之间是非因果联系的，且必须分别符合相应疾病的诊断规范。在2017年，国际抗癫痫联盟（ILAE）最新的关于癫痫分类的新标准中，也提到了加强对共病的识别和干预［3］。多项研究发现，与普通人群相比，患有癫痫的病人情绪异常的发生率更高且占比不小。其中，超过1/2的癫痫疾病病人合并抑郁障碍［4］。国内有研究表明，反复发作的癫痫病人其抑郁的患病率较普通人群高出了两倍［5］。在ILAE分类中，颞叶癫痫（temporal lobe epilepsy，TLE）属于部分性癫痫，且是最常见的局灶性癫痫，同时也是最容易发展为难治性癫痫病的一类，颞叶癫痫者不但遭受着病情反复发作的痛苦，而且更接受着情感障碍和认知功能严重减退等问题的考验［6-7］，其共病抑郁的发生率高于其他类型的癫痫［8］。功能磁共振（fMRI）科学技术主要是从人脑代谢水平出发做出相关研究，其中静息态功能磁共振成像（rs-fMRI）技术不但可以在活体中直接监测到不同大脑区域之间存在的功能连接，还可以测定各脑区的神经元活动的变化状况，多被用于研究精神与神经有关疾病的潜在发病机制。而且，为了排除各种生理以及器械方面的噪音，我们会对获取的功能磁共振数据进行相应的处理，以及对数据进行降噪处理［9］，最终获取它们所代表的大脑神经活动的相关数据，即静息状态下大脑的自发活动［10］。目前，运用神经系统影像手段研究表明，在癫痫疾病合并抑郁的病人中，额叶、杏仁核、海马、颞叶等脑区的脑神经结构、糖代谢功能及神经系统递质等方面有异常。目前rs-fMRI的研究方法和指标较多，本研究采用功能连接密度（FCD）分析指标分析颞叶内侧癫痫伴抑郁（MTLEWD）病人异常活动脑区，进而找出颞叶内侧癫痫共患抑郁障碍病人功能异常活动的脑区，帮助早期诊断并用于指导治疗。

1 资料与方法

1.1 一般资料 纳入2021年1—12月，在海南医学院第一附属医院神经内科门诊就诊的颞叶内侧癫痫病人，由神经内科医生进行评估，对所有符合纳入规范条件的颞叶内侧癫痫病人进行汉密尔顿抑郁量表（HAMD）评价，并根据评定结果将病人分成两组，MTLEWD组和颞叶内侧癫痫不伴抑郁（MTLE）组；同时选取了与病人在年龄、性别等方面都相符的健康人为对照组。病人或其近亲属知情同意，本研究符合《世界医学协会赫尔辛基宣言》相关要求。

1.2 纳入、排除及健康对照入选标准 纳入标准：（1）病人年龄＞18岁；（2）符合ILAE提出的癫痫诊断分类标准（2017）［3］，经神经内科医师确诊符合MTLE的诊断，临床表现符合MTLE的临床特点，病程＞6个月，且均规律服用抗癫痫药物；（3）病人能够完成汉密尔顿抑郁量表；（4）右利手；（5）所有病人均未服用相关抗抑郁药物；（6）每例病人或其近亲属均已签署知情同意书。排除标准：（1）除癫痫以外的神经精神疾病史；（2）假牙及其他植入物导致图像受伪影干扰的病人；（3）颅内有结构损害（颞叶除外）无法完成标准化要求的病人；（4）盲、聋、哑、智力明显障碍或其他因素无法配合完成检查者。健康对照入选标准：纳入与病人同年龄段的正常志愿者，HAMD＜7分，无严重精神疾病史、颅脑损害，无严重结构性异常，且能够配合完成功能磁共振检测及神经心理学检测。

1.3 抑郁临床评估方法 符合纳入要求的癫痫病人再由两名医师采用面谈和考察的方式，对病人评估HAMD量表，在评估之前已对评估医生进行了有关专业知识的培训，并于培训结束后进行了笔试，而且测试成绩合格。HAMD共有二十四个条目，分别是自卑感、压抑情绪、自杀、犯罪感、绝望感、精神性焦虑等，并有五级打分项目（0级为无，1级为轻度，级为中性，3级为重度，4级为很重）和三级打分项目（0级为无，1级为轻中性，级为重度），每名受试者的评估时限大约为15～20 min为宜。评估标准：HAMD≥7分为抑郁状态。

1.4 静息态功能磁共振数据采集 所有受试者均在海南医学院第一附属医院完成了磁共振扫描，并利用GE Discovery MR7503.0 T磁共振信息系统获得MRI数据，首先进行T1定位像扫描获得结构图像，对符合入组标准的被试者再进行静息态功能磁共振数据采集。T1序列参数具体如下：回声持续时间/重叠持续时间（echo time，repetition time，TE/TR）=1.984 ms/6.008 ms；翻转角（flip angle，FA）=9°，扫描矩阵=56×56，层厚（无间隙）=1 mm；扫描视野（field of view，FOV）=56 mm×56 mm。然后完成测量fMRI的数据，并嘱病人平卧于检查床，首先设置头部稳定器，以降低病人的脑部运动；接着为减少噪声，在病人的耳内塞入耳塞；同时用海绵垫固定受试者颅骨，以减缓透露位置移动与旋转；然后紧固好的头颅线圈，在整体扫描检查流程中受试者都需要维持闭目、安静并且为清醒状态，尽量不进行任何思考活动并保持头部不动。通过梯度回波成像（echoplanar imaging，EPI）序列收集的静止态功能像且保证和T1像在同一个平面，具体参数如下：TR=2 000 ms，TE=30 ms，FA=90°，扫描矩阵=64×64，层厚（无间隙）5 mm，轴位全脑扫描35层，FOV=240 mm×240 mm。共采集255个全脑图像。

1.5 功能磁共振数据处理 对每一个被试者的fMRI数据均基于MATLAB 2018平台运用DPABI软件包（http：//rfmri.org/dpabi）对原始图像进行预处理。具体处理步骤如下：（1）将原始的fMRI数据从DICOM格式转化为NIFTI格式。（2）因机器磁场需要一定时间稳定，以及被试者需要适应扫描噪声，去掉前5个功能图像（10 s）。（3）时间对齐：用来校正一个体积元素（体素）中层与层之间采集时间的差异。（4）头动校正：在功能磁共振扫描过程中受试人群可能会产生某些不自觉的比较微小的头动，但根据特定的计算，对一个序列中的每个像素和该序列的第一个像素对齐，并由此来纠正头动带来的偏差。对符合头动平移＜1.5 mm且旋转移动＜1.5°的被试者图像进行后续分析。所有受试者的数据均符合标准。（5）空间标准化：因每个人的大脑结构都会存在一定的差异，在处理数据时这些外部因素会干扰处理结果。因此可以将所有被试者的T1结构配准至统一的标准化空间，本研究使用SPM自带的EPI模块，归一化到国际标准的MNI的操作系统，体素大小为3 mm3×3 mm3×3 mm3，以此来解决这些外部干扰因素对处理数据所带来的影响。（6）平滑：通过对被试者的脑功能磁共振数据用高斯核函数加以平滑提高数据信噪比，平滑核半高全宽选择为8 mm3×8 mm3×8 mm3（计算ReHo值时先不做此步骤）。（7）去线性漂移：磁共振扫描过程中受试者逐步适应，随着扫描时间的累积，慢慢就会产生一个线性趋势，这一步可就是去除所有体素的漂移。（8）滤波：一般rs-fMRI信号在低频滤波器后会产生比较有意义的生理学结果，因此此步骤是为了获取到在低频段的磁共振数据，本研究中滤波频段为0.01～0.08 Hz波段。

静息态功能磁共振数据经上述预处理后，采用DPABI软件计算FCD值，并得到对应的图片。其计算方式是在预处理工作完成以后，再利用DPABI软件计算全脑的FCD图，它是r＞0.6的灰色物体元素时间顺序的总和，在r＞0.6时，可以认为体元素之间有比较强的连接。

1.6 统计学方法 本研究通过SPSS 22.0统计软件，对三组被试者的一般人口学资料进行组间比较，计量资料符合正态分布；组间计数资料比较用χ2检验，计量资料比较采用方差分析，以P＜0.05为差异有统计学意义。采用DPABI对三组进行ANOVA分析有差异，然后进行组间的两两比较（两两检验水准为0.001）进行检验。根据GRF理论满足体素显著性P＜0.001、连续体素≥23，团块显著性P＜0.05的区域被认为差异有统计学意义。对差异有统计学意义的区域中差异最显著点（Peak点）的MNI定位，并以此命名为差异有统计学意义的脑区，得到三组间两两比较的FCD增强及减弱的区域，即得到本研究结果。采用DPABI、Brain viewer（http：//www.nitrc.org/projects/bnv）软件以及mricron （http：//www.mccauslandcenter.sc.edu/mricro/mricron）软件来做最终呈现。

2 结果

2.1 一般人口学资料 根据纳入和排除标准，最终纳入20例MTLE病人，其中男性8例，女性12例，年龄（26.40±7.24）岁；21例MTLEWD病人，其中男性5例，女性16例，年龄（29.90±10.52）岁；25例健康志愿者作为对照组，其中男性11例，女性14例，年龄（27.00±9.28）岁。MTLEWD组MTLE组及对照组年龄、性别差异无统计学意义（P＞0.05），基线资料可比。见表1。

表1 颞叶内侧癫痫41例与健康志愿者25例一般人口学资料比较

2.2 FCD分析结果

2.2.1 MTLE组与对照组FCD比较结果 组间比较两样本t检验对DMTLE组与对照组间的FCD图像进行统计分析，P＜0.05，二组间的FCD差异有统计学意义，FCD结果见图1。MTLE组FCD值高于对照组的脑区有双侧楔前叶等脑区；MTLE组FCD值小于对照组的脑区有双侧颞中回、双侧颞下回、左侧小脑cruse1区、左侧小脑cruse2区、左侧小脑7b区、左侧小脑8区等脑区。见表2。

图1 MTLE组与对照组功能连接密度（FCD）值差异比较图 图2 MTLEWD组与对照组功能连接密度（FCD）值差异比较图 图3 MTLEWD组与MTLE组功能连接密度（FCD）值差异比较图

表2 MTLE组与对照组FCD差异的脑区

2.2.2 MTLEWD组与对照组FCD比较结果 组间比较两样本t检验对MTLEWD组与对照组间的FCD图像进行统计分析，P＜0.05，两组间的FCD差异有统计学意义，FCD结果见图2。MTLEWD组FCD值高于对照组的脑区有双侧楔前叶等脑区；MTLEWD组FCD值小于对照组的脑区有双侧颞中回、双侧颞下回、左侧小脑cruse1区、左侧小脑cruse2区、左侧小脑7b区、左侧小脑8区等脑区。见表3。

表3 MTLEWD组与对照组FCD差异的脑区

2.2.3 MTLEWD组与MTLE组FCD比较结果 组间比较两样本t检验对MTLEWD组与MTLE组间的FCD图像进行统计分析，P＜0.05，两组间的FCD差异有统计学意义，FCD结果见图3。MTLEWD组FCD值高于MTLE组的脑区有双侧额中回等脑区；MTLEWD组FCD值小于MTLE组的脑区有左侧颞下回、左侧颞极：颞上回、双侧颞极：颞中回等脑区。见表4。

表4 MTLEWD组与MTLE组FCD差异的脑区

3 讨论

通常人们认为颞叶癫痫与海马体硬化或颞叶病变有关，但是关于颞叶癫痫伴抑郁的机制尚不明确。本研究利用rs-fMRI探索MTLEWD病人脑功能异常脑区，为人们进一步认识MTLEWD的病理生理机制提供了帮助。

额叶具有加工及调节情感的作用。多项研究表明在抑郁病人中，额叶皮层的厚度和面积、皮层折叠系数以及体积等结构有不同程度的改变，抑郁症病人在内侧眶额叶的厚度会增加［11-12］。亦有研究认为，不仅额叶结构异常与认知下降、冗思等抑郁症核心症状有关，额叶功能异常也与抑郁症状有密切关系［13］，其中与情感调节及执行力有关的脑区主要在额上回和额中回，因此额叶功能异常可能是情绪改变的一个主要原因。本研究中MTLEWD组在右侧额中回FCD值高于MTLE组，提示额中回的功能异常活动可能在MTLEWD病理机制中起到重要作用。

楔前叶是默认网络（default mode network，DMN）的重要枢纽，楔前叶位于顶叶的后内侧部。人们认为DMN是神经认知功能核心网络［14］，在认知功能中发挥着重要作用，它与情绪的加工、自我内省、内外环境的检测、情景记忆的提取及维持意识的知觉等功能密切相关。人们认为抑郁病人在负面情绪上的记忆力和注意力有所增加，负面情绪可能与记忆过程及注意力之间有关联，楔前叶与情景回忆、注意力集中、视觉空间有关［15］，楔前叶功能出现异常时，可能会表现出对积极情绪线索的注意力偏差。在默认网络中与情绪有关的脑区出现功能异常时，可能导致无法正常合成信息从而出现情绪调节障碍，使MTLE病人更易出现抑郁症状。本研究中MTLE组和MTLEWD组双侧楔前叶FCD值大于对照组，表明楔前叶等和默认网络中与情绪调节有关的脑区出现功能异常，可能导致颞叶内侧癫痫病人更有可能出现抑郁症状。

研究报道伴有海马硬化的MTLE病人的内侧颞叶在结构和功能上均有改变［16］。颞叶也属于默认网络的一部分，不仅与癫痫发作有关，而且还通过影响认知、情感等方面参与了抑郁的病理过程［17］。有人认为内侧颞叶（尤其是海马）与人类的情感功能和记忆密切相关，尤其颞叶皮质在情绪处理和认知功能中也发挥着主要作用［18-19］。既往研究报道发现海马中的5-HTA受体结合数量在抑郁病人和颞叶癫痫病人中数量明显减少［20］，内侧颞叶活动减少可能与对快乐记忆的处理减少有关，导致抑郁病人的愉快感减少，这种对愉快记忆处理的不平衡导致抑郁症状的出现［21］。在本研究中MTLEWD组和MTLE组在双侧颞中回、双侧颞下回的FCD值均低于对照组，MTLEWD组在双侧颞下回、双侧颞极：颞上回、双侧颞极：颞中回的FCD值较MTLE组低，MTLEWD组在双侧海马的FCD值均低于MTLE组和对照组，说明在颞叶尤其是海马区功能链接密度的降低可能参与了抑郁的产生过程。

小脑不仅参与调节平衡和控制运动，而且具有非运动功能，在情绪处理过程中也起着关键作用。一项动物研究发现小脑深部（特别是齿状核和顶核）的活动降低与癫痫发作有关［22］；另外一项在癫痫模型中的试验指出刺激中央的小脑核可终止癫痫发作［23］，因此小脑在癫痫发作中也起着一定的作用。有研究在抑郁症病人中观察到小脑功能的改变，提出小脑的不同亚区可能与相应的大脑区域连接，因此不同区域小脑功能映射至各个不同的大脑区域内，小脑8区主要与运动和体感激活有关；在执行和语言任务中的小脑cruse 1区与7b区激活，cruse 1区与7b也参与情绪处理的过程，考虑可能是大脑皮质经由多突触回路与小脑连通［24］；小脑cruse 1区和cruse 2区与顶叶皮质和背外侧前额叶皮质之间存在功能连接［25］，映射至大脑的默认网络区域，还有研究结果显示小脑中有1/2脑区与大脑的默认网络和认知控制网络有连接，其中cruse 1区和cruse 2区是与上述两个网络相连的主要区域。小脑功能障碍可能会减慢察觉情绪状态所需的数据集成过程，导致小脑功能受损病人不能明确认识他们的情绪状态［26］。本研究中MTLEWD病人组和MTLE病人组在小脑cruse 1区、cruse 2区、7b区和8区的功能连接密度均低于健康对照组，说明小脑可能同时参与了颞叶内侧癫痫的发作和抑郁的产生。

综上所述，本研究中MTLEWD病人功能异常脑区大部分集中在默认网络脑区以及小脑，这些脑区的异常可能是病人共病抑郁的主要原因；另外发现在楔前叶、额叶的脑功能异常，考虑这些脑区也参与了情绪调节过程，从而导致颞叶内侧癫痫共患抑郁的发生。

4 结论

MTLEWD病人异常脑区主要集中在额叶-边缘系统及默认网络相关脑区，上述脑区功能紊乱与病人的抑郁症状相关；Rs-fMRI能够客观地对病人进行功能评价，可能为癫痫共病抑郁的潜在机制提供新的理论依据。

5 总结与展望

现在人们越来越重视癫痫共病抑郁的发生，尤其是发病率较多的颞叶癫痫病人，作为临床医生不仅要关注痫性发作的控制情况，更要及早识别出共病抑郁症状的情况，及时给予干预以改善此类病人生活质量。Rs-fMRI能够更客观地对病人脑功能进行评价，为癫痫共病抑郁的潜在机制提供新的理论依据以便及早治疗。本研究采用FCD分析指标分析了颞叶内侧癫痫共患抑郁病人异常脑区。本研究存在局限性，样本量较小，可进一步扩大样本进行研究，并将病人按照发作类型进行比较细致的分析，以便于进一步地研究颞叶癫痫人的脑神经网络变化及其与精神、抑郁障碍以及相关共病之间的关系，为研究其相关的病因机制奠定了基础。