应用静息态fMRI对颞叶癫痫患者扣带回及相关脑网络与执行功能关系的研究

来源 :广西医科大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:fyq20061001
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颞叶癫痫(temporal lobe epilepsy,TLE)是最常见的难治性癫痫。研究认为,癫痫反复异常放电对大脑区域的损害远超过了颞叶本身的范围,颞叶结构以外较多脑区同样受到累及,包括额叶、顶叶及边缘系统等均可能出现功能或结构异常变化。作为边缘系统的最重要组成部分,扣带回被视为参与颞叶癫痫活动的关键脑区,在调节认知、感觉、运动行为和情感等过程中起着至关重要的作用。本文应用静息态fMRI技术从TLE患者扣带回亚区及相关脑网络的全脑连接模式到脑自发活动和默认网络纵向轨迹变化,以及这些改变与执行功能的关系,对TLE患者扣带回亚区及相关脑网络损害的神经机制或可能存在的代偿机制,及其对执行功能的影响进行研究和探索,主要研究内容包含以下四个方面:第一部分右侧颞叶癫痫患者扣带回亚区功能连接的研究[目的]探讨右侧颞叶癫痫患者扣带回亚区功能连接模式变化,以及与执行功能的关系。[方法]研究纳入右侧颞叶癫痫患者27例,入选年龄、性别和受教育程度匹配的正常对照组20例,所有受试者进行静息态fMRI扫描,运用注意网络测试(ANT)评估受试者执行控制效率。将扣带回(cingulate gyrus,CG)划分为7个亚区,分别包括CG-1(背侧23区;A23d),CG-2(喙腹侧 24 区;A24rv),CG-3(膝前 32 区;A32p),CG-4(腹侧 23区;A23v),CG-5(尾背侧 24 区;A24cd),CG-6(尾侧 24 区;A23c)和 CG-7(膝下32区;A32sg),共选择14个扣带回亚区作为种子点,计算其与全脑其他区域各体素的功能连接。采用Pearson相关分析探讨右侧颞叶癫痫患者的扣带回亚区异常的功能连接与执行控制效应的关系。[结果]与正常对照组比较,右侧颞叶癫痫患者功能连接下降的扣带回亚区包括右侧CG-2、双侧CG-6和双侧CG-7。而右侧颞叶癫痫患者的左侧CG-1功能连接较正常对照组增高。右侧颞叶癫痫患者的执行控制效率与正常对照组比较呈现显著下降。右侧颞叶癫痫患者左侧CG-1和左额上回之间的功能连接Z值与执行控制效率呈负相关。[结论]1.右侧颞叶癫痫患者扣带回亚区的静息态功能连接模式发生改变;右侧颞叶癫痫患者的大部分扣带回亚区表现功能连接下降,以致痫灶对侧扣带回亚区的功能损害更严重;右侧颞叶癫痫患者部分扣带回亚区的功能连接增强,可能出现功能代偿反应;2.右侧颞叶癫痫患者存在执行功能损害;3.右侧颞叶癫痫患者的左侧CG-1和左额上回之间的功能连接改变与执行功能相关,提示左侧CG-1和左额上回可能作为重要脑区参与执行功能调节。第二部分颞叶癫痫患者前扣带回亚区有效连接的研究[目的]颞叶癫痫是局灶性癫痫的一种常见形式,与额叶和前扣带回(anterior cingulate cortex,ACC)的结构和功能改变有关。前扣带回是边缘系统的一部分,包括具有不同连接模式的不同亚区。然而,颞叶癫痫的背侧前扣带回(dACC)和前扣带回喙部(rACC)的有效连接模式系统性研究仍匮乏。[方法]在本项研究中,我们通过分析22例颞叶癫痫患者和20例正常对照组的静息态fMRI数据,探究颞叶癫痫患者ACC亚区的有效连接模式变化。所有受试者均行注意网络测试(ANT)评估执行控制效率。进一步分析颞叶癫痫患者的ACC亚区异常的有效连接值与执行控制效率/病程的相关性。[结果]与正常对照组相比,颞叶癫痫患者分别从双侧dACC到左额上回的有效连接减少,从右舌回到右rACC的有效连接增加。颞叶癫痫患者的执行控制效率较正常对照组显著下降。此外,颞叶癫痫患者从左dACC到左额上回的有效连接值与病程呈负相关。[结论]颞叶癫痫患者ACC亚区存在异常有效连通性,表明不同ACC亚区的因果效应模式不同,这些改变可能与TLE患者的执行功能障碍有关。此外,TLE患者ACC亚区有效连接异常与病程之间的相关性分析表明,癫痫持续时间可能影响从左dACC到左额上回的有效连接模式。ACC亚区有效连接模式改变的发现可能为TLE的病理生理学机制提供理论依据。第三部分右侧颞叶癫痫患者扣带回相关的默认网络及执行控制网络异常连接模式研究[目的]扣带回作为边缘系统的关键部分,与大脑功能网络紧密联系。本文通过应用独立成分分析(independent component analysis,ICA)和Granger因果分析(Granger causal analysis,GCA)方法,探究右侧颞叶癫痫患者与扣带回密切相关的执行控制网络(executive control network,ECN)和默认网络(default mode network,DMN)功能连接和有效连接改变。[方法]选取右侧颞叶癫痫患者27例和年龄、性别匹配的正常对照组20例行静息态fMRI扫描,应用注意网络测试(ANT)评测所有受试者行为学表现,比较两组的执行控制网络效率。运用Pearson相关分析,研究右侧颞叶癫痫患者的功能连接强度、有效连接强度(Granger因果效应值)与执行控制效率的相关性。[结果]进行独立成分分析后,分别提取默认网络、左侧执行控制网络、右侧执行控制网络。两组受试者的3个脑网络分别进行功能连接比较。功能连接分析结果显示,与正常对照对比,在右侧执行控制网络内,右侧颞叶癫痫患者的右顶下小叶功能连接下降;在默认网络内,右侧颞叶癫痫患者的右颞中回表现功能连接下降;而在左侧执行控制网络内,右侧颞叶癫痫患者左颞上回的功能连接下降,左丘脑功能连接增加。基于ROI水平的Granger因果分析结果显示,与正常对照相比,右侧颞叶癫痫患者从左丘脑到左颞上回的有效连接增加,从右顶下小叶到右颞中回的有效连接增加。基于voxel水平的Granger因果分析发现,与正常对照比较,右侧颞叶癫痫患者从左丘脑到左侧岛叶表现有效连接增加,从右枕中回到右侧显示有效连接增加。与正常对照相比,右侧颞叶癫痫患者的执行控制效率显著下降。Pearson相关分析发现右侧颞叶癫痫患者的左丘脑功能连接增加与执行控制效率呈负相关。[结论]我们推测扣带回相关大脑网络受到癫痫反复发作影响,部分网络内区域表现出功能连接下降与相应的功能损害有关,部分网络内区域功能连接表现增强,可能存在自身调节,及对高级认知功能(执行功能)下降的代偿,我们认为这改变可能与颞叶癫痫患者执行功能障碍存在密切相关。此外,我们还发现这些脑区之间存在显著的因果效应改变,上述结果证实了颞叶癫痫反复发作可能会影响扣带回相关网络内及网络之间的信息流传递。第四部分颞叶癫痫患者脑自发活动和默认网络的静息态fMRI纵向研究[目的]本项研究采用低频振荡振幅(Amplitude of low-frequency fluctuation,ALFF)和独立成分分析方法(ICA)探讨颞叶癫痫患者的局部脑自发性活动和默认网络(DMN)功能连接模式的2年动态变化。[方法]本研究共选取33例受试者(其中16例颞叶癫痫患者以及17例年龄和性别匹配的正常对照组)。所有受试者均行静息态磁共振扫描,并完成注意网络测试(ANT),以评估执行控制效率。[结果]与基线时的颞叶癫痫患者组相比,2年随访时颞叶癫痫患者组的左内侧额叶ALFF值升高,而DMN的左顶下小叶功能连接降低。颞叶癫痫患者与正常对照组相比呈现执行控制效率明显下降,但在随访时未发现到进行性恶化。[结论]本项研究为颞叶癫痫患者2年随访期间的局部脑自发性活动和默认网络变化的特征提供影像学依据,初步揭示颞叶癫痫患者神经低频振荡和静息态脑网络功能连接的异常变化模式,两者均显示出不同的重组轨迹和效率损失。
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