孤獨癥譜系障礙腦梭狀回靜息態功能性磁共振動態腦功能連接的時間變異性研究

蘇曉然,段旭君,王鵬,韓東明

孤獨癥譜系障礙(ASD)是一種神經發育性障礙,其核心癥狀包括語言交流障礙、社交障礙、刻板行為及興趣狹隘等[1]。約每54名8歲以下的兒童中就有1例孤獨癥兒童,男孩患病比例明顯高于女孩[2]。梭狀回是社會腦回路的關鍵腦區,在人腦的視覺和感知覺通路起重要作用,其功能異常會導致ASD患者識別人臉功能障礙,是導致孤獨癥核心癥狀的一個重要節點。既往對梭狀回研究都是從結構和靜態功能連接進行研究[3-4]。近年來研究表明,動態功能連接可獲得不同狀態下大腦功能連接隨時間的動態性,然而,現階段的研究還未探究基于梭狀回的動態功能連接。本研究采用基于體素形態學測量法(VBM)發現,與正常對照相比,ASD患者右側梭狀回體積增大最顯著,因此,本研究選取右側梭狀回作為感興趣區,利用滑動窗法分析ASD患者右側梭狀回與全腦功能連接的時間變異性及其與ASD主要癥狀的相關性,以求為探索ASD的神經病理機制提供新的依據。

1 對象和方法

1.1 對象

本研究采用的所有靜息態功能磁共振數據來自公開數據庫ABIDE-I和ABIDE-II[5]中美國紐約大學(NYU )的數據。本組研究對象的排除標準為圖像質量差,頭動過大(即平移或旋轉頭動超過3 mm或3°)。最終120例ASD患者和131名健康對照被納入本研究,被試的人口統計學及臨床資料見表1。年齡統計均值與標準差,性別統計女性和男性人數,利手統計左利手、右利手與混合利手人數。還統計了所有被試3個獨癥診斷觀察量表(ADOS)——社會溝通量表,社交互動量表,重復刻板行為量表。

表1 被試人口統計學和臨床資料

1.2 方法

1.2.1 數據預處理 使用DPABI v4.3(http://rfmri.org/dpabi)預處理靜息態功能圖像,步驟為:前10個時間點去除、進行時間、頭動校正、空間標準化、平滑、去線性漂移、回歸頭動、白質和腦脊液信號。

1.2.2 動態功能連接計算 利用自動解剖AAL模板,右側梭狀回為興趣區,采用DynamicBC軟件包(www.restfmri.net/forum/DynamicBC)[6]中滑動窗法對動態功能連接進行計算。參考以往關于動態分析相關文獻[7],窗寬設置50 TRs,步長5 TRs,每次滑動5倍重復時間,每個被試產生25個窗。

2 結果

2.1 兩組臨床資料比較

兩組被試性別、年齡、利手差異差異均無統計學意義(P>0.05),組間智商評分差異有統計學意義(P<0.001),見表1。

2.2 右側梭狀回與全腦動態功能連接的分析結果

ASD組的右側梭狀回與右側額中回、雙側內側額中回、左側背外側額上回動態功能連接的變異性顯著高于對照組(GRF校正,體素水平P<0.005且團塊水平P<0.05)。見表2,見圖1。

圖1 基于右側梭狀回的動態功能連接變異性組間差異具有統計學意義腦區

表2 右側梭狀回與全腦動態功能連接分析

2.3 Spearman相關性分析顯示

右側梭狀回與右側額中回、雙側內側額中回、左側背外側額上回的動態功能連接時間變異值與ADOS重復刻板行為評分呈正相關,見圖2。

圖2 差異區域動態功能連接變異性與臨床癥狀相關性

3 討論

本研究利用靜息態動態功能連接技術分析發現以右側梭狀回為感興趣區,右側梭狀回與右側額中回、雙側內側額中回、左側背外側額上回的動態功能連接變異性增高,且變異值與ADOS中重復刻板行為評分呈正相關。右側梭狀回及雙側內側額中回、左側背外側額上回均屬于社會腦的組成部分。社會腦是1990年由Brothers等首次提出的,主要包括內側前額葉、前扣帶回、前腦島、額下回、頂枕溝、梭狀回等,主要負責社會認知功能。既往利用動態功能連接技術研究結果發現,孤獨癥患者腦網絡出現大范圍的高動態性,功能連接動態性異常的核心腦區主要在社會腦環路[8],本研究結果發現與動態功能連接增高的腦區位于社會腦環路,與既往研究結果相符。本研究發現動態功能連接異常腦區的時間變異值與ADOS中重復刻板行為呈正相關,也就是說社會腦環路動態功能連接的不穩定與重復刻板行為有著密切關系。Bishop[9]等及Tomaszewski[10]等的研究中指出認知能力對社交技能和重復刻板行為發展的作用可能從幼兒后期開始加強。管理社會認知能力的腦區主要為社會腦,因此社會腦的功能影響社交技能和重復刻板行為發展。劉靜然等[11]在研究中發現左梭狀回與左顳下回局部靜息態腦功能連接強度顯著升高,且與孤獨癥患者的興趣狹窄,動作行為重復刻板呈正相關,用靜息態靜態分析技術解釋了社會腦功能連接異常與重復刻板行為發生的相互作用。本研究從動態的角度進一步證實了社會腦功能的改變影響重復刻板行為發展這一觀點。我們的發現為理解ASD重復刻板行為的神經病理機制提供了新的角度,基于右側梭狀回為感興趣的動態功能連接時間變異性可能成為實現孤獨癥精準診療服務的潛在生物標記物。本研究不足之處在于未將右側梭狀回與上述腦區的動態功能連接變異值與ASD的臨床治療效果進行相關性分析,今后將進一步進行相關性研究。