特發(fā)性癲癇患兒靜息態(tài)自發(fā)神經(jīng)活動(dòng)低頻振蕩振幅改變

陳健青，吳國(guó)輝，夏際雪，李國(guó)英，王志江

(1.上饒市人民醫(yī)院兒科，江西 上饒 334000；2.上饒縣人民醫(yī)院兒科，江西 上饒 334100；3.江西醫(yī)學(xué)高等專科學(xué)校第一附屬醫(yī)院兒科，江西 上饒 334000；4.北京大學(xué)第六醫(yī)院臨床研究室，國(guó)家精神心理疾病臨床醫(yī)學(xué)研究中心，北京 100191)

兒童癲癇是一類病因復(fù)雜、反復(fù)發(fā)作、暫時(shí)性腦功能紊亂所致的神經(jīng)系統(tǒng)綜合征，患病率約為3.45%[1]，以兒童期特發(fā)性癲癇(idiopathic epilepsy, IE)最常見。研究[2-4]表明，約30%～40% IE患兒存在認(rèn)知功能障礙，主要表現(xiàn)為注意力、記憶力以及執(zhí)行功能等受損。既往對(duì)于成人的影像學(xué)研究[5-6]發(fā)現(xiàn)大腦默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)(default mode network， DMN)激活狀態(tài)改變與癲癇發(fā)病密切相關(guān)，顳葉癲癇患者發(fā)作間期癲癇灶同側(cè)DMN腦連接性增強(qiáng)，DMN腦區(qū)功能抑制與失神發(fā)作時(shí)意識(shí)喪失有關(guān)[7-8]；但對(duì)兒童期癲癇的潛在神經(jīng)機(jī)制尚未完全明了。本研究采用靜息態(tài)fMRI(resting-state fMRI, rs-fMRI)技術(shù)探討兒童期IE的自發(fā)神經(jīng)活動(dòng)改變，嘗試揭示其潛在神經(jīng)生物學(xué)機(jī)制。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集2015年5月—2016年12月于上饒市人民醫(yī)院就診的30例IE患兒。納入標(biāo)準(zhǔn)：①年齡2～14歲；②右利手；③符合國(guó)際抗癲癇聯(lián)盟發(fā)布的IE診斷標(biāo)準(zhǔn)[9]；④檢查時(shí)處于疾病穩(wěn)定期，近12個(gè)月內(nèi)無癲癇發(fā)作；⑤清醒狀態(tài)下能配合MR檢查，圖像質(zhì)量符合后處理要求。排除標(biāo)準(zhǔn)：①腦發(fā)育不良、神經(jīng)系統(tǒng)感染、代謝性疾病、顱內(nèi)出血及外傷等疾病導(dǎo)致的癲癇；②MR檢查禁忌證。最終納入17例IE患兒(IE組)，男7例，女10例，年齡5～14歲，平均(8.9±3.1)歲。

同期招募年齡、性別、受教育程度與IE組相匹配的14名健康兒童為對(duì)照組，男8名，女6名，年齡3～14歲，平均(8.6±3.0)歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：①年齡2～14歲；②右利手；③無神經(jīng)及精神系統(tǒng)疾病；④清醒狀態(tài)下能配合MR檢查，圖像質(zhì)量符合后處理要求。排除標(biāo)準(zhǔn)同IE組。本研究獲上饒市人民醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，所有受試者家長(zhǎng)均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用GE MR 750 3.0T MR掃描儀，8通道相控陣頭線圈。為保證低齡兒童配合MR檢查，檢查前對(duì)其進(jìn)行悉心介紹、指導(dǎo)參觀，并給予心理輔導(dǎo)，檢查時(shí)由家長(zhǎng)陪同，保持與兒童肢體接觸，全程安撫，盡可能緩解兒童檢查時(shí)的恐懼。檢查時(shí)囑受試者仰臥，頭部擺放于自覺舒適的位置后予以適當(dāng)固定，以橡皮塞減少噪音干擾。整個(gè)掃描過程中關(guān)燈，囑受試者保持自然清醒狀態(tài)，安靜閉眼，盡量保持頭部靜止。

腦結(jié)構(gòu)圖像采用矢狀位3D梯度回波T1WI，TR 8.2 ms，TE 3.2 ms，翻轉(zhuǎn)角12°，TI 450 ms，層厚1 mm，無層間隔，F(xiàn)OV 220 mm×220 mm，矩陣220×220，共150層。fMRI采用軸位梯度回波-平面回波EPI序列，TR 2 000 ms，TE 40 ms，翻轉(zhuǎn)角90°，F(xiàn)OV 220 mm×220 mm，矩陣128×128，層厚3 mm，無層間隔，共46層，掃描時(shí)間3 min 10 s。

1.3 圖像處理 采用SPM12和DPARSF軟件(http://www.restfmri.net/forum/DPARSF)對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理。將DICOM格式圖像轉(zhuǎn)換為NIFT格式，去除前10個(gè)時(shí)間點(diǎn)的圖像，頭動(dòng)校正(三維平移小于3 mm，三維旋轉(zhuǎn)小于3°)、空間標(biāo)準(zhǔn)化并重采樣為3 mm×3 mm×3 mm大小的體素，空間平滑(半高全寬為4 mm×4 mm×4 mm)。對(duì)所有數(shù)據(jù)去噪、去線性漂移，進(jìn)行回歸分析，以降低頭動(dòng)(24個(gè)頭動(dòng)參數(shù))、全局信號(hào)、腦白質(zhì)和腦脊液信號(hào)的影響。濾波頻率為0.01～0.10 Hz。

采用低頻振蕩振幅(amplitude of low frequency fluctuation， ALFF)作為大腦靜息狀態(tài)下局部自發(fā)神經(jīng)活動(dòng)程度的度量。對(duì)每個(gè)體素的時(shí)間序列行快速傅立葉變化(0.01～0.10 Hz)，獲得功率譜并將其開方，即為ALLF；將單體素的ALLF除以全腦所有體素的平均ALFF，獲得標(biāo)準(zhǔn)化的ALFF(圖1)。對(duì)所有受試者僅在大腦灰質(zhì)區(qū)域(平均灰質(zhì)概率圖大于0.2)計(jì)算ALFF。

ALFF統(tǒng)計(jì)分析采用多變量回歸模型，以年齡和性別為協(xié)變量比較IE組與對(duì)照組間ALFF的差異，采用AFNI軟件包提供的3dClustSim工具(http://afni.nimh.nih.gov/pub/dist/doc/program_help/3dClustSim.html)，以10 000次迭代蒙特卡洛方法進(jìn)行體素間多重比較，以校正后單個(gè)體素閾值P<0.05、簇體素?cái)?shù)>105個(gè)為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。計(jì)算2組間ALFF差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的腦區(qū)內(nèi)每個(gè)體素的ALFF值(校正后)，分析其與疾病病程的相關(guān)性，以校正后單個(gè)體素閾值P<0.05、簇體素?cái)?shù)>14個(gè)為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

表1 IE組與對(duì)照組間ALFF差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的腦區(qū)

圖1 IE組(A)及對(duì)照組(B)大腦平均ALFF圖

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS 20.0統(tǒng)計(jì)分析軟件。計(jì)量資料以±s表示，計(jì)數(shù)資料以頻數(shù)表示。IE組與對(duì)照組間年齡比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，性別比較采用χ2檢驗(yàn)。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

IE組與對(duì)照組間性別(χ2=0.784，P=0.479)、年齡(t=0.271，P=0.788)差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。IE組患者中，癲癇大發(fā)作11例，失神發(fā)作2例，局灶性發(fā)作4例；病程6～156個(gè)月，平均(56.52±40.13)個(gè)月，其中5例<1年，2例1～2年，10例>3年；12例接受藥物治療，其中6例接受單藥治療，6例接受2種或2種以上藥物治療。

與對(duì)照組相比，IE組ALFF增高腦區(qū)包括右側(cè)腦干、左側(cè)小腦和左側(cè)海馬旁回，ALFF減低腦區(qū)包括雙側(cè)前扣帶回、雙側(cè)眶回、左側(cè)三角部額下回、左側(cè)額中回、雙側(cè)頂下小葉及雙側(cè)角回，組間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05，簇體素?cái)?shù)>105個(gè)，3dClustSim校正，表1、圖2)。

IE組右側(cè)腦干(MNI坐標(biāo)x=6 mm，y=-33 mm，z=-15 mm)ALFF值與病程呈正相關(guān)(最強(qiáng)顯著相關(guān)體素點(diǎn)r=0.83，簇體素?cái)?shù)>14個(gè)，P<0.05，3dClustSim校正，圖3)。

3 討論

本研究中IE組患兒大腦自發(fā)神經(jīng)活動(dòng)特征明顯不同于對(duì)照組，雙側(cè)前扣帶回、眶回、頂下小葉、角回以及左側(cè)三角部額下回、額中回等腦區(qū)自發(fā)神經(jīng)活動(dòng)顯著減弱，而右側(cè)腦干、左側(cè)小腦和左側(cè)海馬旁回的自發(fā)神經(jīng)活動(dòng)顯著增強(qiáng)。

在無任務(wù)的清醒靜息狀態(tài)下，腦內(nèi)部分結(jié)構(gòu)如后扣帶回、楔前葉、頂下小葉、內(nèi)側(cè)額葉、外側(cè)顳葉、前扣帶回及海馬等可構(gòu)成一個(gè)有組織的網(wǎng)絡(luò)，并持續(xù)進(jìn)行有序的功能活動(dòng)，即DMN，參與外部環(huán)境監(jiān)測(cè)、情景記憶和自我評(píng)估等功能[10]。本研究發(fā)現(xiàn)IE患兒ALFF減低區(qū)域多集中在DMN分布區(qū)域，提示IE患兒DMN可能受損，與針對(duì)成人患者的研究結(jié)果相似[5-7]，可能與癲癇長(zhǎng)期反復(fù)發(fā)作引起腦功能網(wǎng)絡(luò)連接損傷有關(guān)，并導(dǎo)致IE患兒認(rèn)知功能障礙，主要表現(xiàn)為注意力不集中、記憶力差以及執(zhí)行能力差等。

本研究中，與對(duì)照組相比，IE患兒雙側(cè)前扣帶回和頂下小葉區(qū)的ALFF值降低，這一結(jié)果與成年癲癇患者有所不同。王茂雪等[11-12]研究成人全面強(qiáng)直陣攣癲癇和顳葉癲癇患者，發(fā)現(xiàn)在發(fā)作間期，ALFF增強(qiáng)的腦區(qū)主要以前扣帶回、雙側(cè)丘腦、基底核區(qū)、島葉、小腦、腦干及海馬旁回、海馬等為主，而ALFF減低的腦區(qū)則以雙側(cè)楔前葉、內(nèi)側(cè)前額葉及后扣帶回為主。針對(duì)兒童與成人患者的研究結(jié)果不一致，可能反映該疾病在成年期和兒童期起病的潛在神經(jīng)機(jī)制有所不同，可能與大腦發(fā)育過程有關(guān)。前扣帶回皮層在大腦高級(jí)功能如錯(cuò)誤及沖突檢測(cè)、保持注意力、情緒反應(yīng)等過程中發(fā)揮著重要作用，與行為規(guī)劃、執(zhí)行調(diào)控、認(rèn)知和情緒控制的關(guān)系均較為密切[13-14]。本研究中IE患兒前扣帶回自發(fā)腦活動(dòng)明顯減弱，提示可能存在大腦整合調(diào)控功能欠完整。

圖2 IE組與對(duì)照組間ALFF有差異的腦區(qū)(紅色為ALFF增高腦區(qū)，藍(lán)色為降低腦區(qū))

圖3 IE組右側(cè)腦干ALFF值與病程的相關(guān)性 A.右側(cè)腦干(紅色)體素ALFF值； B.相關(guān)性峰值散點(diǎn)圖

本研究發(fā)現(xiàn)IE患兒右側(cè)腦干自發(fā)神經(jīng)活動(dòng)ALFF值與病程呈正相關(guān)(最強(qiáng)顯著相關(guān)體素點(diǎn)r=0.83)，提示病程越長(zhǎng)，右側(cè)腦干局部神經(jīng)元自發(fā)放電活動(dòng)就越強(qiáng)。這一結(jié)果可通過Norden等[15]提出的“網(wǎng)絡(luò)抑制假說”加以解釋。該假說認(rèn)為癲癇發(fā)作時(shí)大腦皮層活動(dòng)異常可能會(huì)破壞相關(guān)神經(jīng)通路的功能，從而繼發(fā)性抑制其他腦區(qū)的活動(dòng)，這一交互影響尤其體現(xiàn)在皮層和皮層下結(jié)構(gòu)(如腦干)之間。腦干本身并非癲癇病灶所在，而是更可能對(duì)皮層興奮性起一定調(diào)節(jié)作用，從而影響驚厥閾。本研究結(jié)果在一定程度上支持皮層下結(jié)構(gòu)在癲癇發(fā)展中的作用。

本研究為初步探索性研究，尚存在一定不足，如樣本量有限以及患者用藥情況個(gè)體差異較大等。目前尚難以依據(jù)藥物治療情況進(jìn)行亞組分析。

綜上所述，本研究發(fā)現(xiàn)IE患兒大腦自發(fā)神經(jīng)活動(dòng)與健康兒童不同，DMN和前扣帶回等腦區(qū)活動(dòng)減弱，而小腦等區(qū)域活動(dòng)增強(qiáng)，初步揭示了IE的潛在神經(jīng)機(jī)制，為進(jìn)一步探索認(rèn)知功能的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)機(jī)制提供了線索。