双侧Crus叶与Broca复合区之间存在双向交互性结构连接

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目的:髓母细胞瘤是儿童最常见恶性脑肿瘤。髓母细胞瘤术后小脑缄默综合症是高发、非一过性和神经环路发病机制不清楚的棘手临床问题。下蚓部切开与小脑缄默综合症的关系已被质疑。既往研究提示齿状核-小脑上脚-大脑皮质束在四脑室周围的节段受损是最可能的病因,但此类纤维束在小脑的起点和在大脑的终点均不清楚,导致出现多种在临床上预防此症发生的策略但最终没有解决问题。小脑缄默综合症中的语言障碍属运动性语言障碍,近年文献提示不仅可表现为语言执行障碍亦可为语言计划障碍。在神经科学领域,小脑参与语言执行得到认可,近年来其在语言计划中的作用逐渐得到认识,但神经环路机制不明。近年发现,小脑参与语言的功能区域以双侧Crus叶为中心分布。左(优)侧额下回尤其是Broca区和侧腹运动前区,在解剖方位上由后向前分别执行语言执行和计划功能,在运动性语言网络中具有重要地位。小脑是否通过纤维直接支配左侧额下回一直存在争议。近年来,有基于弥散磁共振纤维束追踪的研究分别附带性地报道健康被试者脑内存在小脑至左侧额下回或者反向的纤维,但均未对这些纤维的路径做明确的阐述。考虑临床磁共振数据的质量一般次于研究用数据,以及临床数据的获得是一个复杂而耗时的系统过程因而提示严格的临床研究设计是关键的前提,我们使用公开磁共振数据行临床研究前的探索。阐明左侧额下回和小脑之间纤维的连接特征和走行路径(如果存在的话),无疑能推动解决上述两个问题的进程。作为目前唯一可用于活体的无创纤维追踪技术,弥散磁共振纤维追踪术用于追踪多级、长程和牵涉交叉的大脑皮层与小脑皮层之间的纤维仍是一种挑战。概率性追踪和弥散性追踪在追踪长程和交叉纤维上各有优势,因此本研究采用经验证能追踪此类纤维的三种追踪软件(见方法部分)来完成上述解剖连接的追踪(第一部分)。纤维追踪术无法赋予所建纤维具体功能,在第二部分,我们通过独立性分析分析静息态功能磁共振获取个体的语言网络,进而分析后者在空间上与第一部分所建小脑至左侧额下回纤维止点的关系,对纤维的功能做粗略的标注。研究方法:利用美国人类脑连接组计划中包含了健康儿童的全年龄段试验项目1a数据库中26个健康被试者的多模态磁共振数据:1)结构像磁共振数据、2)具有多b值、较高空间和角度分辨率的弥散磁共振数据和3)高空间分辨率和多时间序列的静息态磁共振数据来完成本研究。第一部分:通过兼顾解剖和功能的人类脑连接组计划多模态皮层分割1.0图谱和基于小脑和脑干的空间无偏图谱分别分割被试的结构像分别获取左侧额下回分区(包括Broca复合区)和小脑分区(包括双侧Crus Ⅰ和Crus Ⅱ叶)。在使用MRtrx3软件探索小脑至左侧额下回的纤维时发现其主要发自双侧Crus叶并止于Broca复合区的情况下,分别利用弥散磁共振纤维束成像之概率性追踪(FSL软件和MRtrix3软件)和确定性追踪(DSI工作室)探索双侧Crus叶和Broca复合区之间的双向解剖连接,并考察三种方法获得结果的一致性。第二部分:采用独立性分析方法(Pre Surg Mapp软件)分析被试的静息态磁共振数据获取个体语言脑网络中位于左侧额下回的功能激活区(称为Broca激活区)。遵循目前常用于临床术前定位功能性纤维的功能性纤维追踪的原则,分析每位被试的Broca复合区亚区被Broca激活区覆盖的情况,Crus-Broca束纤维止于Broca复合区亚区内被Broca激活区覆盖和不覆盖区域的情况。结果:第一部分:定性和统计分析提示三种软件追踪所得结果具有一致性。小脑尤其是双侧Crus叶(而非下蚓部)与左侧额下回尤其是Broca复合区之间存在双向解剖连接。双侧Crus叶至Broca复合区的纤维,称为Crus-Broca束,以发自左侧Crus叶为优势,在出齿状核并进入小脑上脚后从形成下蚓部侧方的小脑扁桃体上裂的上壁和四脑室顶的侧壁的组织内经过,然后不经过红核和丘脑,止于Broca复合区。Broca复合区至双侧Crus叶的纤维,称为Broca-Crus束,其路径不靠近四脑室周围,以止于右侧Crus叶为优势。代表不同语言功能的每个Broca复合区亚区与每个双侧小脑Crus Ⅰ或者Ⅱ叶之间存在双向解剖连接。以HCP75(即布莱德曼45区或额下回三角部)对Crus-Broca束和Broca-Crus束均是贡献最大的亚区。第二部分:个体水平Broca复合区之亚区HCP74、HCP75、HCP76、HCP77和HCP171被Broca激活区覆盖的平均比例分别为71.0±25.1%,70.1±25.1%,74.1±20.7%,47.0±27.9%和61.4±30.3%,提示Broca复合区能一定程度地体现个体的Broca激活区的位置。Broca复合区亚区被Broca激活区覆盖的区域获得Crus-Broca纤维的比例大于Broca激活区覆盖此Broca复合区亚区的比例(相关样本威尔科克森带符号秩检验,Z=-3.021,单尾p=0.0015),Crus-Broca束纤维在Broca激活区覆盖的Broca复合区亚区内的密度大于不被覆盖的此Broca复合区亚区内的密度(相关样本威尔科克森带符号秩检验,Z=-2.957,单尾p=0.0015),提示Crus-Broca束纤维的止点倾向于落入Broca激活区。虽然其他亚区具有同一方向的趋势,只有HCP75在后一种比较中具有统计学差异并可以通过多重比较的校正(原始p=0.012)。组水平上HCP75被Broca激活区覆盖和不被覆盖的区域获得Crus-Broca束纤维的密度分别是0.0167±0.0245和0.0096±0.0157条/体素。结论:第一部分:Crus-Broca环路提供了直接证据支持小脑参与语言计划。Crus-Broca束在小脑扁桃体上裂的上壁和四脑室顶的侧壁组织内经过的发现(文献提示后二组织易在经膜髓帆入路和经下蚓部入路切除四脑室上部肿瘤中受损),为预防小脑缄默综合症开展临床研究提供设计思路:不管采用经膜髓帆入路还是经小脑下蚓部入路,小脑扁桃体上裂上壁和四脑室侧顶壁附近的齿状核和小脑上脚是保护重点。第二部分:Crus-Broca束纤维可以通过Broca激活区参与大脑皮层语言网络。在涉及大脑语言功能区的病变的术前定位语言功能相关纤维束中应该将小脑与大脑语言功能区的纤维尤其是Crus-Broca环路纳入考察。结合第一部分揭示的Crus-Broca束为代表的小脑上脚纤维临近四脑室肿瘤入路的路径,建议在术中预防此症和评价发生此症的神经环路机制时,应该将此束纳入考察。
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