反應抑制功能老化大腦灰質結構的改變：基于體素的形態測量學研究

孫洪贊 鄭東明 王曉明 盧再鳴 康治臣 郭啟勇

(中國醫科大學附屬盛京醫院放射科，遼寧 沈陽 110004)

老年人腦萎縮以灰質萎縮為主，且與認知功能、執行功能下降相關〔1〕。反應抑制功能作為執行功能的重要組成部分，其老化可能也與老年人反應抑制神經網絡中的某些腦區的灰質萎縮直接相關〔2〕。本研究采用經典的停止信號任務反應抑制檢測任務和基于體素的形態測量學(VBM)方法考察老年人反應抑制功能老化與腦灰質萎縮之間的關系。

1 資料與方法

1.1一般資料 募集醫科大學校內及周圍社區健康志愿者，包括青年組：25名健康成人，男9名，女16名，年齡(22±3)歲，教育年限(15.2±2.5)年；老年組：25名健康老年人，女13名，男12名，平均年齡(70±5)歲，教育年限為(14.6±3.8)年。受試對象均簽署知情同意書，通過臨床精神、神經系統疾病及磁共振檢查禁忌證的排查和利手檢查。納入標準包括右利手、視力或矯正視力正常,無色盲、神經、精神和心理等病史和家族史，常規頭顱MRI掃描無明顯器質性病變。兩組間性別構成、教育年限差異無統計學意義(P>0.05)。

1.2反應抑制能力測試 采用E-prime V1.1軟件編寫停止信號任務。每個被試者需完成兩組測試取平均成績，每組有100個測試任務。每個測試任務開始時，屏幕中央會有“+”固視點提示。測試任務分為Go和Stop兩種。Go任務：受試者看到Go信號(“○”)時需立即按鍵做出反應。有效按鍵伴隨Go信號消失；1 000 ms內無按鍵反應會自動跳到下一個任務測試。Stop任務：Go信號短暫出現后(該間隔時間稱為停止信號延遲)變為Stop信號(“×”)。此時受試者應盡量停止按鍵以立即終止任務，若沒有按鍵，在Go信號出現1 000 ms后Stop任務自動結束。

Stop任務設定為隨機出現，約占任務總數的25%。Stop任務的難度取決于Stop與Go信號間的停止信號延遲(SSD)，SSD越長，難度越大。在本研究的設計中，SSD從200 ms開始，當前Stop任務成功抑制后將自動延長下一個Stop任務的SSD 50 ms以增加任務難度，反之亦然。這種設計可保證約50%的Stop任務被成功抑制，進而獲得比較準確的停止信號反應時間(SSRT)〔3〕。實驗結束后通過E-Prime軟件可得到反應時間及反應正確率。

1.3MR數據采集 采用Philips Intera Achieva 3.0T MR掃描儀，常規8通道SENSE頭線圈。常規軸、矢狀位T1W及T2W序列掃描后進行全腦高分辨率T1W結構像掃描，使用快速梯度回波(TFE)序列，掃描參數為：TR/TE=9.5 ms/4.6 ms，翻轉角20°，FOV 220 mm×220 mm，矩陣256×256，層厚1.2 mm，無間隔連續掃描。

1.4數據分析

1.4.1圖像預處理 采用統計參數圖(SPM)8軟件。首先進行原始圖像頭動位置校正；再將原始結構圖像進行灰質、白質及腦脊液圖像分割，得到各部分結構圖像；然后將分割后得到的每個人的灰質結構圖像導入DARTEL工具箱生成一個共同灰質模板，基于該灰質模板進行原始灰質圖像空間標準化；最后將標準化后的全腦灰質圖像進行高斯平滑以提高圖像信噪比(半高寬值為8 mm)。

1.4.2統計學方法 應用SPSS17.0軟件，獨立樣本采用t檢驗和χ2檢驗。以教育年限為協變量，以停止信號反應抑制任務的SSRT為因變量，采用協方差分析比較兩組反應抑制功能的差異。以教育年限為協變量，雙樣本t檢驗分析老年組和青年組基于體素的灰質體積，統計學閾值設定為FWE校正后P<0.05和>50個像素。在老年組內，多元回歸分析萎縮區域腦灰質體積與SSRT之間的相關性，統計學閾值設定為FDR校正后P<0.01和≥50個像素，最終得到與反應抑制功能相關的萎縮腦區。

2 結 果

2.1行為學數據分析 老年組和青年組SSRT分別為(196.3±35.7)ms和(266.2±38.0)ms，差異顯著(P=0.00)。

2.2VBM數據分析 與SSRT呈正相關的萎縮腦區主要包括雙側額下回、雙側額中回、雙側中央前回、前、中扣帶回、左側頂下小葉和左側后顳回。見表1。

表1 灰質體積與SSRT呈正相關的萎縮腦區皮層定位情況

3 討 論

VBM是通過計算腦高分辨率MR圖像上灰、白質的變化來定量分析不同群體腦組織的結構特征和成分差異，能夠準確、全面地評價不同群體腦組織的神經解剖變化。該方法可以發現常規MR無法顯示的異常結構，并且可結合行為學數據關聯分析得到灰質萎縮腦區及萎縮程度與相應腦功能之間的關系。但腦結構改變并不能完全等同于腦功能改變，因此VBM研究的價值主要體現在大腦皮層必然發生萎縮的特定人群中，從形態學變化的角度為皮層功能定位提供證據，從而使形態學與功能學間的辨證關系解釋更為合理〔4〕。

大量的腦功能影像研究〔5〕提示存在著一個以額頂葉尤其是右側前額葉為核心的反應抑制神經網絡，但與反應抑制功能老化相關的具體腦區分布和這些腦區在此網絡中的作用研究結論并不確切，尤其缺乏多模態神經影像學成像研究證據，如VBM的結果。本研究VBM部分結果顯示了正常老年人存在的反應抑制功能老化是以背外側前額葉皮層(DLPFC)及腹外側前額葉皮層(VLPFC)受累為主的灰質萎縮模式。結果提示單純從VBM結果分析，雙側額下回，雙側額中回，雙側中央前回，前、中扣帶回，左側頂下小葉和左側后顳回，灰質萎縮可能在反應抑制功能老化過程中起到重要作用〔6〕。

前額葉主要負責人類認知、記憶及執行功能，前額葉亦在老化過程中的功能代償發揮重要作用〔7〕。本研究中右側額中回及其同系物區存在灰質萎縮，符合反應抑制功能減低時的代償改變。雙側額下回及中央前回屬于VLPFC，有協同屬于DLPFC的額中回完成執行功能的作用，如參與執行控制、監測選擇結果等〔8〕。這些協同腦區的萎縮提示老年人反應抑制功能減低時，協同腦區亦相應發揮代償作用?？蹘Щ刎撠煕_突信息傳遞，與前額葉存在反饋環路〔9〕，老年人在執行反應抑制任務時必然需要更多扣帶回資源的調用。扣帶回是反應抑制神經網絡中的重要節點腦區，亦在反應抑制功能老化時發揮重要協同作用。

額葉及扣帶回較為恒定地在既往反應抑制功能的功能磁共振(fMRI)研究中出現激活〔5〕。結合本研究的VBM結果，說明反應抑制功能老化時反應抑制功能神經網絡的節點腦區存在灰質萎縮，即功能上的老化與結構上的萎縮存在平行改變〔10〕。但VBM研究結果發現經典的反應抑制功能神經網絡外的腦區(如左側頂下小葉和左側后顳回)存在灰質萎縮，可能原因如下：(1)這些腦區的自身功能所決定，即參與反應抑制功能的老化，但不起協同作用，即冗余代償；(2)結構上的萎縮并不一定等同于功能上的老化，VBM的結果分析可能需要結合其他腦功能研究手段，使形態和功能的關系解釋更加合理。

對于探討功能老化這一生理過程的機制研究，本研究的樣本量仍需進一步擴大。此外，與本研究采用青年組與老年組對照分析相比，按不同年齡段進行多個分組以模擬生理進程進行探討可能價值更大，目前兩組人員的縱向隨訪研究正在進行中。

綜上，老年人反應抑制功能老化與反應抑制功能的責任腦區及協同腦區的萎縮相關，這些腦區可能是反應抑制功能老化神經網絡的節點腦區。

4 參考文獻

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10鄭東明，孫洪贊，董曉宇，等.應用基于體素的形態測量學分析工作記憶老化的腦灰質萎縮基礎〔J〕.中國醫學影像技術，2012；28(7):1277-81.