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基于功能磁共振对右侧颞叶癫痫患者小脑相关网络及与注意功能相关性的研究

周霞

基于功能磁共振对右侧颞叶癫痫患者小脑相关网络及与注意功能相关性的研究

周霞1
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作者信息

  • 1. 广西医科大学
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摘要

颞叶癫痫(temporallobeepilepsy,TLE)是常见的局灶性癫痫,异常电活动常起源海马,杏仁核,颞角等结构。反复的癫痫放电通过神经元间的连接播散至颞叶外广泛脑区,如前额叶、顶叶、枕叶、皮质下区域,甚至小脑,可造成大脑在结构和功能上的损害,引起情绪、精神和认知等方面的异常。小脑作为一个相对独立的结构,经过丘脑,投射纤维至前额叶、感觉运动区、视觉和听觉皮质等,参与运动控制和高级认知功能的调节。因此小脑区域的损害除了可引起运动平衡功能失调还可以造成小脑认知情感综合征,表现为注意功能、视空间知觉、工作记忆、情绪等方面的障碍,并已在多发性硬化、脑卒中等神经系统疾病中得到证实。研究表明TLE患者存在记忆、注意、智能等方面的认知损害,并且与脑区结构及功能的异常相关。注意功能是认知功能的基础,包含警觉、定向和执行功能,由前额叶及其相关连接脑区共同参与完成和调控。而在TLE患者中小脑相关网络是否发生变化及与注意功能之间的关系目前还未见深入的报道。为此,本研究拟通过静息态功能磁共振(restingstatefunctionalmagneticresonanceimaging,rs-fMRI)扫描,基于感兴趣(如齿状核及小脑各小叶)的种子点功能连接的方法、低频振幅及图论等分析方法研究TLE患者小脑相关网络改变;注意网络测试(Attentionnetworktest,ANT)评估注意功能,并通过相关性分析研究其与小脑相关网络的关系,以期揭示TLE患者小脑相关注意网络损害的机制。 第一部分基于种子点功能连接方法研究右侧颞叶癫痫患者小脑相关网络及与注意功能的关系 目的:运用坐标法确定小脑相关种子点,基于种子点功能连接分析方法研究右侧颞叶癫痫(righttemporallobeepilepsy,rTLE)患者小脑相关功能网络的连接模式,及与注意功能的关系。 方法:根据国际抗癫痫联盟诊断标准,于广西医科大学第一附属医院神经内科门诊就诊及住院的癫痫患者中纳入30例rTLE患者,从社会中招募年龄、性别、受教育程度等相匹配的正常对照组30例。所有被试均进行ANT评估注意功能,并采用PhilipsAchieva3.0T磁共振扫描仪进行rs-fMRI数据的采集,应用基于Matlab及SPM12平台的DPABI软件对rs-fMRI数据行预处理、运用RESTplus软件基于坐标法确定小脑相关种子点(齿状核网络(双侧齿状核)、默认网络(cerebellumcrusⅡ、cerebellumlobuleⅨ),执行控制网络(cerebellumcrusⅠ)、运动相关网络(cerebellumlobuleⅤ),情感-边缘系统网络(cerebellumlobuleⅥ、cerebellumvermis),并对上述种子点平均时间序列与全脑其余体素时间序列行相关性分析,获取功能连接强度图,组间采用双样本T检验,分析得到组间差异性脑区。选取各小脑相关网络内组间差异脑区功能连接强度值与注意功能、病程等行相关性分析。 结果:于正常对照组组内行单样本T检验,分析小脑齿状核功能连接网络,结果示左侧与右侧齿状核显示相似的功能连接分布脑区,主要涉及双侧的前额叶、主要运动功能区、辅助运动功能区、颞-顶叶、枕叶、扣带、基底节、丘脑、脑干以及小脑等。组间双样本T检验示,相对于正常对照组,rTLE患者组右侧齿状核功能连接网络降低,主要分布于左侧距状回、左侧中央后回、左侧中央前回以及左侧楔叶。在小脑小叶相关亚网络中,相对于正常对照组,在执行控制网络中,右侧cerebellumcrusⅠ与右侧下顶叶功能连接增强,在运动相关网络中右侧cerebellumlobuleⅤ与右侧壳核功能连接减弱。左侧齿状核功能网络和余小脑相关亚区功能网络未见组间差异。与正常对照组比较,患者组警觉、定向及执行功能受损。在相关性分析中,执行控制网络效应值与右侧齿状核功能网络内的差异脑区左侧中央前回/中央后回间的功能连接强度值存在正相关关系。 结论:rTLE患者小脑相关功能网络存在功能连接减弱与增强的脑区,且出现在致痫灶同侧小脑种子点为主;小脑相关功能网络的异常参与了注意功能损害的过程,并发挥代偿作用。 第二部分基于图论的分析方法研究右侧颞叶癫痫患者小脑局部和全脑功能网络的拓扑结构 目的:运用图论的分析方法和rs-fMRI影像数据,通过构建小脑局部和全脑的功能网络,分析小脑相关全局及节点属性,探讨rTLE患者痫样放电中小脑功能网络拓扑结构的改变及对注意功能的影响。 方法:数据采集、被试入选方法及纳入被试同第一部分。基于图论的分析方法,运用GRETNA软件进行数据预处理和构建小脑局部及全脑功能矩阵,分析小脑相关的全局和节点网络属性,并比较组间差异。 结果:与正常对照组比较,rTLE组小脑局部网络全局网络属性无明显差异,但聚类系数、小世界属性具有下降的趋势;在节点度中心度、介数中心度和节点效率等节点属性水平,小脑相关节点在局部小脑网络和全脑网络中出现节点属性增强和减弱,主要集中在cerebellumcrusⅠ、cerebellumlobuleⅢ、cerebellumlobuleⅥ、cerebellumlobuleⅧ、cerebellumlobuleⅨ、cerebellumlobuleⅩ和小脑蚓部等脑区。在全脑网络中,大脑脑区节点属性出现增强和减弱,节点属性的增强主要分布于额叶、顶叶、颞叶皮质结构;节点属性的减弱分布于边缘系统,如海马、海马旁回、杏仁核和脑岛等结构,以及壳核和苍白球等基底节结构。在相关性分析中,cerebellumlobuleⅢ_L节点度中心度值与执行控制网络效应值成正相关(r=0.579,p=0.001);cerebellumlobuleⅨR节点度中心度与无线索反应时间(r=0.372,p=0.043)及双线索反应时间(r=0.388,p=0.034)成正相关;cerebellumcrusⅡ_L介数中心度值与定向网络效应值成正相关(r=0.425,p=0.019)。小脑蚓部相关节点亚区在全脑网络中与注意功能存在不同程度的相关性。 结论:在rTLE患者中,痫样放电引起小脑相关网络拓扑结构发生改变,在节点水平出现小脑节点属性的增强及减弱,全局网络属性具有下降的趋势;且rTLE患者小脑相关网络拓扑属性的改变参与了注意功能的损害的过程。 第三部分联合低频振幅和功能连接分析方法研究不同执行功能水平右侧颞叶癫痫患者小脑功能活动 目的:基于低频振幅(fractionalamplitudeoflow-frequencyfluctuation,fALFF)和种子点功能连接(functionalconnectivity,FC)的方法研究不同程度执行功能水平的rTLE患者小脑局部脑区神经功能活性改变,及相应差异脑区与全脑的功能连接模式。 方法:纳入20名正常对照,并根据ANT测试中执行功能水平纳入18名执行功能正常(executivenonimpairment,ENI)和20名执行功能损害(executiveimpairment,EI)的rTLE患者。采集所有被试的rs-fMRI数据。基于zfALFF方法分析组间小脑局部神经功能活性改变;进一步以差异脑区为种子点,行全脑功能连接,分析比较组间功能连接差异。 结果:3组被试间单因素方差分析显示小脑范围内zfALFF差异脑区主要分布于cerebellumlobuleⅧ_R和cerebellumlobuleⅥ_L。对差异脑区分别行两组间事后比较,相对于正常对照组,差异脑区cerebellumlobuleⅧ_R在ENI患者组和EI患者组功能活性是增强的,并具有统计学差异;但在患者组间比较时,cerebellumlobuleⅧ_R功能活性强度无差异。相对于正常对照组,差异脑区cerebellumlobuleⅥ_L在ENI患者组功能活性增强并具有统计学差异,在EI患者组功能活性减弱具有统计学差异。以体素较大的cerebellumlobuleⅧ_R为种子点,行全脑功能连接分析发现,功能连接的差异脑区主要分布于cerebellumlobuleⅨ_R,右侧眶部额下回,右侧眶部额中回,右侧额上回,左侧额中回和左侧顶叶下回,且ENI患者组cerebellumlobuleⅧ_R与上述差异脑区功能连接以增强为主,在EI患者组cerebellumlobuleⅧ_R与上述差异脑区功能连接出现增强或者减弱。 结论:在不同执行功能水平下rTLE患者中小脑局部的神经功能活性及与全脑功能连接强度发生改变,并在执行功能正常患者组中小脑功能强度增强更为明显,伴随执行功能损害强度减弱,从而更为直接的说明了在rTLE中小脑参与执行功能损害过程,并发挥着代偿作用。 全文结论 本研究通过rs-fMRI、ANT和多种功能影像学分析方法,探讨在rTLE中小脑在局部和全脑水平的功能改变及其对注意功能的影响。研究结果显示:1、rTLE患者注意功能降低;2、rTLE中小脑在局部和全脑水平的功能出现减弱/增强,拓扑结构发生重组;3、小脑脑区功能强度的降低参与注意功能损害的过程,并通过功能强度的增强发挥代偿作用。

关键词

颞叶癫痫/功能磁共振/注意功能/小脑脑区

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授予学位

博士

学科专业

神经内科

导师

郑金瓯

学位年度

2020

学位授予单位

广西医科大学

语种

中文

中图分类号

R74
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