伴中央顳區(qū)棘波兒童良性癲癇海馬功能連接改變的fMRI研究

馬雪英，班超，趙鵬飛，牛廣明，喬鵬飛

作者單位：內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院影像診斷科，呼和浩特 010030

伴中央顳區(qū)棘波兒童良性癲癇(benign childhood epilepsy with centrotemporal spikes，BECTS)又稱為Rolandic癲癇，是兒童最常見的特發(fā)性癲癇，腦電圖可見中央-顳區(qū)棘波，患兒常表現(xiàn)為夜間癲癇發(fā)作[1]，15 歲以下兒童發(fā)病率約為15%～25%[2]，并呈現(xiàn)一定的年齡依賴性，多數(shù)在3～13 歲發(fā)病，青少年期緩解，但部分患兒可能會發(fā)展為難治性癲癇，影響患兒認(rèn)知發(fā)育[3]。

現(xiàn)有假設(shè)認(rèn)為兒童癲癇可能與腦發(fā)育階段突觸功能失調(diào)有關(guān)，從而影響患兒腦神經(jīng)重塑發(fā)育[4]。近年來，隨著神經(jīng)影像學(xué)的發(fā)展，研究者發(fā)現(xiàn)借助結(jié)構(gòu)神經(jīng)影像技術(shù)發(fā)現(xiàn)癲癇患兒腦灰質(zhì)體積和皮層厚度增加，海馬區(qū)平均擴(kuò)散峰度值(mean kurtosis，MK)降低，提示BECTS 患兒可能存在腦發(fā)育異常[5-6]。同時，也有研究指出BECTS 患兒存在海馬區(qū)自發(fā)性腦活動異常，并且與認(rèn)知功能改變存在相關(guān)性[8]。結(jié)構(gòu)和功能影像學(xué)研究均提示海馬區(qū)可能是BECTS 神經(jīng)機(jī)制的關(guān)鍵腦區(qū)。越來越多研究顯示，海馬不同的亞區(qū)參與腦記憶、執(zhí)行、情緒等多種功能，以鉤突為分界將海馬分為前海馬、后海馬，更符合海馬的結(jié)構(gòu)和功能連接特點。本研究擬借助靜息態(tài)功能MRI，以海馬為研究核心，對BECTS 的潛在神經(jīng)機(jī)制進(jìn)行進(jìn)一步探討。

1 材料與方法

1.1 一般資料

本研究共納入于2018 年2 月至2019 年11 月在內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院就診的BECTS 患兒44 例，其中男23 例，女21 例，年齡7～14 (9.62±2.26)歲，同期納入年齡-性別匹配的健康志愿者35 例，男17 例，女18 例，年齡8～14 (9.81±2.52)歲。本研究經(jīng)內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)(倫理意見號：S.2019014)，所有入選被試入組前均簽署知情同意書。

1.2 納入及排除標(biāo)準(zhǔn)

BECTS 患兒組納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)符合2014 年國際抗癲癇聯(lián)盟制定的癲癇綜合征分類中BECTS 的診斷標(biāo)準(zhǔn)，表現(xiàn)為發(fā)作期間腦電圖有一側(cè)或雙側(cè)中央-顳區(qū)高波幅的單個或成簇的棘波、尖波，常伴有慢波；(2)右利手；(3)年齡18 周歲以下。正常健康對照組納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)右利手；(2)年齡18周歲以下。

BECTS患兒組及正常健康對照組排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)伴認(rèn)知行為及情緒異常，如智力發(fā)育障礙、注意力缺陷、多動、明顯焦慮、抑郁等；(2)常規(guī)頭顱MRI 檢查腦內(nèi)存在器質(zhì)性病變及發(fā)育畸形；(3) MRI 檢查頭動參數(shù)大于3 mm 或者3°；(4)近3 個月服用過中樞興奮或抑制類藥物史；(5)聽力或視力喪失；(6)正在參加其他臨床試驗。

1.3 檢查方法

所有被試在充分告知檢查注意事項后，與患兒及家屬進(jìn)行充分溝通，盡量保持放松，雙耳塞入降噪海綿耳塞，用海綿墊固定患者頭部，并在掃描過程中保持頭部不動，之后行全顱腦MRI掃描。掃描儀器采用美國GE Discovery 750 3.0 T超導(dǎo)型磁共振掃描儀，配備標(biāo)準(zhǔn)八通道頭顱相控陣線圈，掃描序列及參數(shù)如下：(1) T2WI：TR 9637 ms，TE 92 ms，層厚4 mm，層數(shù)2；(2)三維結(jié)構(gòu)成像采用三維顱腦容積成像(three-dimension brain volume imaging，3D-BRAVO)序列：TR 8.2 ms，TE 3.2 ms，回波鏈長度1，矩陣大小512×512，層厚1 mm，體素大小1 mm×1 mm×1 mm，共152 層；(3)靜息態(tài)血氧水平依賴功能磁共振成像(blood oxygen level-dependent functional magnetic resonance imaging，BOLD-fMRI)采用梯度平面回波序列(gradient echo sequences-echo planar imaging，GRE-EPI)：TR 2000 ms，TE 30 ms，翻轉(zhuǎn)角90°，F(xiàn)OV 240 mm×240 mm，層厚3 mm，層間距0，體素大小3 mm×3 mm×3 mm，共190個時間點。

1.4 影像學(xué)數(shù)據(jù)分析與處理

第一步，利用Neurosynth 平臺分析總結(jié)特異于癲癇的核心腦機(jī)制。Neurosynth 平臺是一種基于自然語言處理和機(jī)器學(xué)習(xí)的全自動化元分析技術(shù)，其最重要的特點是可以進(jìn)行逆向推斷，即根據(jù)現(xiàn)有的腦活動模式推斷相應(yīng)的心理認(rèn)知過程。借助該平臺，分析與癲癇相關(guān)腦活動異常區(qū)域，選擇適當(dāng)種子點做基于種子點的功能連接分析。結(jié)果顯示，與癲癇相關(guān)腦活動異常區(qū)域主要包括雙側(cè)海馬區(qū)以及雙側(cè)顳極區(qū)域(圖1)。

圖1 Neurosynth meta分析癲癇相關(guān)腦區(qū)圖譜。與癲癇相關(guān)腦活動異常區(qū)域主要包括雙側(cè)海馬區(qū)以及雙側(cè)顳極區(qū)域。 圖2 以雙側(cè)前后海馬為種子點分別與全腦行功能連接分析的組間比較。海馬與全腦功能連接降低的腦區(qū)主要有右側(cè)楔前葉、右側(cè)頂下小葉、左側(cè)顳中回、左側(cè)顳中回顳極、右側(cè)額中回眶部、右側(cè)海馬旁回、左側(cè)海馬；功能連接升高的腦區(qū)主要包括右側(cè)舌狀回、右側(cè)海馬旁回。215_hipp_l_2_1：左側(cè)前海馬；216_hipp_r_2_1：右側(cè)前海馬；217_hipp_l_2_2：左側(cè)后海馬；218_hipp_r_2_2：右側(cè)后海馬。Fig. 1 Neurosynth meta analysis of abnormal brain regions associated with epilepsy, which mainly included bilateral hippocampi and temporal pole regions.Fig. 2 Group comparison of functional connectivity based on seed analysis between the anterior and posterior hippocampus and the whole brain. The functional connections between the hippocampus and the whole brain were decreased mainly in the right precuneus, right inferior parietal lobule, left middle temporal gyrus,left temporal pole, middle frontal gyrus orbital, right parahippocampal gyrus, and left hippocampus. The decreased functional connectivity of the brain regions mainly included the right lingual gyrus and the right parahippocampal gyrus. 215_hipp_l_2_1: left anterior hippocampus; 216_hipp_r_2_1: right anterior hippocampus;217_hipp_l_2_2:left posterior hippocampus;218_hipp_r_2_2:right posterior hippocampus.

第二步，基于種子點的功能連接分析。數(shù)據(jù)處理采用靜息態(tài)數(shù)據(jù)處理工具(Data Processing Assistant for Resting-State fMRI，DPARSF) 軟件 包(http://rfmri.org/DPARSF)，和SPM12工 具 包(Statistical Parametric Mapping-12 software，https://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/)，經(jīng)過數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換、去時間點、時間校正、頭動校正、空間配準(zhǔn)、平滑、去漂移、濾波等預(yù)處理流程，其中空間配準(zhǔn)選擇先將T1 結(jié)構(gòu)像與標(biāo)準(zhǔn)模板配準(zhǔn)，再將配準(zhǔn)后的參數(shù)應(yīng)用于功能像，最后將功能圖像配準(zhǔn)到EPI空間模板上。第一步元分析結(jié)果顯示，癲癇患者雙側(cè)海馬區(qū)域腦活動存在差異，由此基于中科院人類腦網(wǎng)絡(luò)Atlas246 模板[9]，我們選擇雙側(cè)前海馬(喙側(cè))和后海馬(尾側(cè))共4 個種子點mask，提取種子點時間序列的均值，分別與全腦體素的時間序列均值進(jìn)行相關(guān)性分析，經(jīng)過FisherZ變換之后，基于SPM12 統(tǒng)計工具進(jìn)行兩組功能連接度的組間差異比較，P＜0.001為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

1.5 統(tǒng)計學(xué)方法

采用SPSS 25.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)分析。計量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(±s)表示，性別采用例數(shù)和率表示。計量資料的正態(tài)性檢驗采用Shapiro-Wilk 檢驗，當(dāng)P＞0.1 時認(rèn)為資料服從正態(tài)性分布。方差齊性檢驗采用Levene檢驗。當(dāng)兩組計量資料同時滿足正態(tài)分布和方差齊性時，采用獨立樣本t檢驗；當(dāng)數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布但不滿足方差齊性時，采用t′檢驗；當(dāng)任意一組不服從正態(tài)分布時，采用Mann-WhitneyU非參數(shù)檢驗。性別比較采用χ2檢驗。P＜0.05 為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

BECTS 患兒組與健康對照組間性別及年齡差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P＞0.05)。Neurosynth平臺元分析結(jié)果顯示，與癲癇相關(guān)腦活動異常區(qū)域主要包括雙側(cè)海馬區(qū)以及雙側(cè)顳極區(qū)域(圖1)。以雙側(cè)前后海馬與全腦行功能連接分析顯示，與健康對照相比，以左側(cè)前海馬(ROI 215_hipp_l_2_1)為種子點，BECTS 患兒左側(cè)前海馬與右側(cè)楔前葉、右側(cè)頂下小葉、左側(cè)顳中回的功能連接度降低(P＜0.001)；右側(cè)前海馬(ROI 216_hipp_r_2_1)與左側(cè)顳中回顳極、右側(cè)海馬旁回、右側(cè)額中回眶部的功能連接度降低(P＜0.001)；左側(cè)后海馬(ROI 217_hipp_l_2_2)與左側(cè)海馬、右側(cè)頂下小葉的功能連接降低(P＜0.001)；右側(cè)后海馬(ROI 218_hipp_r_2_2)與右側(cè)舌狀回、右側(cè)海馬旁回的功能連接度升高(P＜0.001) (表1，圖2)。

表1 雙側(cè)前、后海馬全腦功能連接組間差異結(jié)果Tab.1 Comparison of functional connectivity between the bilateral anterior and posterior hippocampus and whole brain in groups

3 討論

既往研究認(rèn)為BECTS 是腦內(nèi)Rolandic 區(qū)異常癲癇樣放電，從而產(chǎn)生一系列臨床癥候，Rolandic 區(qū)主要包括中央前回下部和部分中央后回等腦區(qū)，故BECTS 又稱為Rolandic 癲癇。但近年來隨著神經(jīng)影像技術(shù)的不斷更迭和進(jìn)步，如BOLD、彌散張量成像、磁共振波譜成像等多種技術(shù)手段的應(yīng)用，可以從神經(jīng)活動、白質(zhì)結(jié)構(gòu)以及腦內(nèi)代謝物的改變等多個層次對BECTS的神經(jīng)機(jī)制進(jìn)行進(jìn)一步探索，尤其是靜息態(tài)磁共振功能成像的應(yīng)用以及其分析方法的不斷改進(jìn)和完善，人們發(fā)現(xiàn)BECTS發(fā)病機(jī)制中可能涉及多個腦區(qū)，其中基于種子點的功能連接分析方法，由于其可操作性和可重復(fù)性強(qiáng)的優(yōu)勢，成為了不可或缺的重要研究手段。基于種子點的功能連接分析是隨著BOLD 等功能成像方法的深入認(rèn)識和應(yīng)用而逐漸發(fā)展成熟的一種重要分析手段，它是一種利用模型驅(qū)動的腦功能成像分析方法，通過先驗知識選擇“種子點”，計算與全腦各體素間的功能連接度，當(dāng)某些腦區(qū)與該種子點表現(xiàn)出高度時域一致性的特征時，共同形成與某些功能相關(guān)的腦網(wǎng)絡(luò)[10]。本研究試圖利用基于種子點的功能連接分析方法探討B(tài)ECTS 患兒海馬功能活動及其與相關(guān)腦區(qū)功能連接改變。

海馬被認(rèn)為是癲癇神經(jīng)機(jī)制網(wǎng)絡(luò)中極為重要的一個節(jié)點，對癲癇異常放電的回路中發(fā)揮重要作用。故本研究選擇以海馬為核心腦區(qū)，對BECTS患兒癲癇元分析，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步將其與健康對照海馬功能連接改變的特征分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)BECTS患兒雙側(cè)海馬區(qū)功能活動存在異常。既往神經(jīng)研究顯示BECTS患兒海馬存在結(jié)構(gòu)和功能異常。Lundberg 等[11]利用磁共振波譜成像探究了BECTS 患兒雙側(cè)海馬代謝的不對稱性，結(jié)果顯示與健康兒童相比，患兒海馬tNAA/tCr 不對稱指數(shù)明顯升高。也有研究發(fā)現(xiàn)，BECTS 患兒海馬旋轉(zhuǎn)不良的發(fā)生率約為44%，進(jìn)一步說明BECTS 發(fā)病機(jī)制可能與海馬有關(guān)[12]。此外，近年來BECTS患兒認(rèn)知心理發(fā)育受到越來越多的關(guān)注，有研究顯示患兒在記憶、執(zhí)行功能、注意力、語言、運(yùn)算等方面存在問題[13-14]。海馬參與多種認(rèn)知功能的信息處理與加工，其中海馬被認(rèn)為是記憶功能形成和轉(zhuǎn)化的中心，尤其是從初始記憶編碼到不穩(wěn)定記憶的存儲，海馬突觸可塑性發(fā)揮極為重要的作用[15]。有學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)BECTS 兒童學(xué)習(xí)記憶、回憶、短時記憶和長時記憶功能下降，可能提示了患兒海馬功能存在異常[16]。

海馬是一個功能分區(qū)極為復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，目前較為普遍接受的分區(qū)方法是以海馬鉤突為界，分為前海馬和后海馬區(qū)域(anterior hippocampus and posterior hippocampus)[17]。研究顯示，前后海馬與大腦半球及深部灰質(zhì)核團(tuán)存在廣泛的解剖連接，如前海馬通過鉤束與內(nèi)側(cè)前額葉、顳極等結(jié)構(gòu)相聯(lián)系，與頂葉、枕葉、扣帶回、丘腦等腦區(qū)通過內(nèi)嗅皮層及穹隆相連接，通過這些廣泛的神經(jīng)連接發(fā)揮著不同的神經(jīng)功能[18]。本研究結(jié)果顯示BECTS 患兒前、后海馬與海馬旁回、眶額葉皮層、頂下小葉、楔前葉、顳中回等腦區(qū)的功能連接異常。Bourel-Ponchel 等[19]采用腦電圖結(jié)合功能近紅外成像方法，發(fā)現(xiàn)BECTS 患者致癇區(qū)與額葉、頂葉的結(jié)構(gòu)-功能連接減低，且與患兒認(rèn)知功能下降存在相關(guān)性，提示BECTS患兒在腦發(fā)育階段可能存在神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的組織混亂，從而影響認(rèn)知功能發(fā)育。與本研究結(jié)果相一致的是，國外學(xué)者發(fā)現(xiàn)BECTS 患兒腦默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)功能連接存在異常[20-21]。神經(jīng)生理學(xué)研究證實前、后海馬與眶額葉皮層通過單突觸投射直接聯(lián)系，而大量研究顯示前額葉是穩(wěn)定記憶鞏固和檢索的主要腦區(qū)[18]。同樣，海馬與頂下小葉也存在著廣泛的直接和間接連接。頂下小葉作為后頂葉的組成部分，傳統(tǒng)認(rèn)為其與注意力、感知等功能有關(guān)，但現(xiàn)在越來越多的研究顯示其在情景記憶檢索中發(fā)揮至關(guān)重要的作用[22]。本研究發(fā)現(xiàn)BECTS患兒海馬與眶額葉皮層、頂下小葉的功能連接發(fā)生改變，提示可能影響患兒認(rèn)知發(fā)育。

綜上所述，本研究采用基于種子點的功能連接方法，選擇雙側(cè)前、后海馬為種子點，探討B(tài)ECTS患兒海馬與全腦功能連接特征，結(jié)果提示患兒前后海馬與額葉、頂葉、顳葉多個腦區(qū)存在功能連接改變，這些功能發(fā)生改變的腦區(qū)與癲癇患兒認(rèn)知行為發(fā)育息息相關(guān)，對于理解BECTS潛在的神經(jīng)病理機(jī)制具有促進(jìn)意義，對癲癇的診療和預(yù)后的評估提供客觀的影像學(xué)證據(jù)。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無利益沖突。