先天性感音性聋患者大脑皮层静息态功能磁共振研究*

赵树立 刘影

先天性感音性聋患者大脑皮层静息态功能磁共振研究*

赵树立1刘影1

目的 应用血氧水平依赖功能磁共振成像（blood oxygenation level dependent functional magnetic resonance imag ing，BOLD-f MRI）技术观察先天性感音神经性聋患者静息态双侧大脑半球皮层功能活动。方法对23例行人工耳蜗植入术的双侧先天性感音性聋患者（实验组）和10例听力正常者（对照组）行静息态BOLD—f MRI检查，采用f MRI低频震荡振幅（ALFF）方法比较实验组和对照组双侧大脑皮层功能活动情况，并进行定量分析。结果 实验组大脑皮层左侧颞下回、左侧梭状回、右侧扣带回及左侧中央后回静息态激活强度明显大于对照组相应皮层的激活强度（P＜0.01）。结论 先天性感音性聋患者感觉系统相关皮层可能发生了功能重塑，其大脑皮层存在知觉补偿现象。

血氧水平依赖； 功能磁共振成像； 感音神经性聋

网络出版地址：http：／／www.cnki.net／kcms／detail／42.1391.R.20140911.0902.012.html

目前临床常用的听力学检查和颞骨高分辨CT、磁共振内耳水成像等常规影像学检查虽然能够对听力水平和内耳发育作出评价，但不能反映大脑听觉皮层的功能状况［1］。血氧水平依赖功能磁共振成像（blood oxygenation level dependent functional magnetic resonance imag ing，BOLD-f MRI）是近年来在常规磁共振成像基础上迅速发展起来的一种无创性研究大脑功能的新的成像技术，BOLD-f MRI成像是将血液中内源性血红蛋白作为一种对比剂，由相应的MRI对磁场不均匀敏感序列探测其在脑活动时的变化。静息状态下，脑血流中氧合血红蛋白与脱氧血红蛋白的浓度比呈稳定状态，神经细胞激活后，激活区氧消耗增加；然而，由于代谢需要和局部脑血流的耦合效应的存在，血流的过增加与轻度增加所需氧量是不成比例的，这种局部血流过增加的效应使得局部引流的静脉内脱氧血红蛋白稀释，脱氧血红蛋白水平的相对减少导致局部磁场不均匀性降低，使神经元活动区的T2信号强度增加［2］，从而可以鉴别大脑皮层在不同生理或病理条件下的激活情况。近年来有学者研究显示感音性聋患者听觉中枢皮层可能发生了结构或功能重塑［3，4］，本研究拟通过对感音性聋患者和听力正常者进行静息状态下BOLD-f MRI检查，对其听觉皮层活动强度作定量分析，初步探讨感音神经性聋患者听觉中枢是否发生结构重组。

1 资料与方法

1.1 研究对象 实验组：行人工耳蜗植入术前的感音性聋患者23例，其中，男14例，女9例，年龄2～17岁，平均7.2±2.3岁；均为出生时即患有双耳重度以上听力损失，均无佩戴助听器史，无其它神经及精神疾病病史，无其它颅内疾病，MRI检查排除了颅内占位性病变。对照组：听力正常者10例，男7例，女3例，年龄4～17岁，平均10.8±1.7岁，均无耳鸣、眩晕等前庭系统症状，无神经、精神疾病及全身其他疾病病史。两组受试者均为右利手，耳镜检查外耳道及鼓膜正常，声导抗检查示中耳功能正常。

1.2 BOLD-f MRI检查方法 所有受试者仰卧在检查床上，头部由头带及海绵垫加以固定，避免头动以减少运动伪影，用磁共振专用海绵耳塞塞住外耳道，以保护受试者的听力并可以减少磁共振噪声对受试者的干扰。年龄较小不能配合的受试者给予口服10%水合氯醛熟睡后再进行磁共振检查。MR扫描序列及扫描参数：采用Siemens Somato3.0T全身磁共振扫描仪，标准正交头线圈，扫描序列包括FSET1WI、T2WI、3D-T1sag、GRE-EPI序列；T1WI序列参数：TR／TE 350 ms／3 ms，FOV 220 mm×220 mm，翻转角75°，矩阵256×256，层厚5 mm，间隔1 mm，层数18，激励次数2，扫描时间3 min；T2WI序列参数：TR／TE 6 000 ms／93 ms，FOV 220 mm×220 mm，翻转角120°，矩阵256× 256，层厚5 mm，层间距1 mm，层数18；扫描时间3 min，激励次数2。EPI序列参数：TR／TE 2 000 ms／30 ms，FOV 240 mm×240 mm，翻转角85°，矩阵64×64，层厚3.7 mm，间隔0，层数33，帧数240，共计7920幅，激励次数1，扫描时间8 min；3D -T1sag序列参数：TR／TE 1400／3.92 ms，FOV 230×230 mm，翻转角25°，矩阵256×256，层厚1.5 mm，间隔0 mm，层数120，激励次数1，扫描时间6 min。

1.3 图像处理及数据分析 运用国际通用的神经功能磁共振分析软件AFNI（analysis of functional neuroimaging）软件包对图像进行处理。预处理包括数据转换、时间对齐、运动校正（其中三维平移超过1 mm的数据视为头动过大，予以舍弃）、空间标准化（因为每一位受试者大脑形态不可能完全一样，个体之间肯定存在差异。如果要对一组受试者进行组分析，那么就需要将采集的原始数据图像通过一定的方法匹配到同一标准脑上，通常先对高分辨率的解剖图像进行标准化，然后以此为参数对脑功能图像标准化。）、低频滤波（运用0.01～0.08 Hz频段对所获得的图像进行低频滤波，去除低于0.01 Hz和高于0.08 Hz信号的干扰。）等，并将激活功能图与三维解剖图相叠加。最后用低频震荡振幅（amplitude of low-frequency fluctuation，ALFF）法［5］计算出每个体素的ALFF值，最后将每个体素的ALFF值除以全脑平均ALFF值，得到每个体素标准化后的ALFF值。

1.4 统计学方法 采用用低频震荡振幅（amplitude of low-frequency fluctuation，ALFF）法［5］分析数据，预处理过程结束后舍弃不合格的样本数据，编写程序命令分析数据，所编写命令的任务包括计算出两组样本每个体素的ALFF值和平均ALFF值，将每个体素的ALFF值除以全脑平均ALFF值并得到每个体素标准化后的ALFF值和实验组减去对照组的两样本t检验值。所有预处理和数据分析过程全部用命令操作，AFNI软件根据实验者所编写程序命令的目的自动分析出结果。本实验所显示的结果为实验组减去对照组进行t检验后具有统计学意义的脑区，并且设计阳性体素数目大于20为具有统计学差异的脑区，采用两样本t检验比较先天性感音性聋患者与听力正常组双侧大脑皮层激活体积和信号强度的差异（P＜0.01）。

2 结果

实验组和对照组大脑皮层阳性激活脑区信号强度分析见表1，可见实验组减去对照组大脑皮层阳性激活的脑区有左侧颞下回、右扣带回、左梭状回及左中央后回，即感音神经性聋组左侧颞下回、右扣带回、左梭状回及左中央后回静息态活动强度大于对照组相应脑区静息态活动强度（图1～3）。

3 讨论

BOLD-f MRI已成为无创性脑功能研究的重要要手段。有学者［6］研究表明静息状态下存在大量的神经突触活动，提示可能存在有重要意义的脑功能活动；也有相关文献［7］报道，镇静状态下低频振荡信号存在于所有的感觉运动区以及认知网络，比如视、听觉，睡眠状态下婴儿大脑中存在5种独特的静息态网络，包括初级视觉皮层、双侧感觉运动区、双侧听觉皮层，以及包括楔前叶、外侧顶叶、小脑和纳入内侧和背外侧前额叶皮层的前网络所组成的默认脑网络，这些均提示镇静睡眠状态下神经元的低频振荡信号是存在的［8］。

表1 实验组ALFF值减去对照组ALFF值所得双侧大脑皮层阳性激活脑区信号强度分析

图1 先天性感音性聋患者左侧颞下回、左侧梭状回、右侧扣带回及左侧中央后回静息态信号强度增高

颞下回位于颞中回的下部，并与枕下回相连，参与视觉中的物体和人的面部特征的识别，属于视觉系统的腹侧流（即内容通路）［9，10］；梭状回位于颞下回和海马旁回之间，是颞、枕叶的一部分，其功能还存在争议，但在颜色的信息处理、脸部和身体的识别、文字识别、种类鉴定等方面达成一致；扣带回的功能涉及情感的形成和处理、学习、记忆，而这三种功能的组合极大的影响人们行为的动机和结果［11］。中央后回是躯体感觉投射区。近年来有学者提出知觉补偿概念［12］，知觉补偿理论认为不同的知觉系统可以通过感知适合于自己的感觉模式的刺激而获得关于环境的等价信息。薛艳萍等［13］研究发现耳聋患者与听力正常人同时受到点光源的刺激时，聋人与正常人的枕叶视皮层区均有明显兴奋，而且其兴奋区主要位于枕叶距状沟两侧的初级视皮层内，兴奋区的范围随着电光源的亮度增加而增大，当电光源亮度较小时两组的兴奋区无显著差别，但是当亮度较大时，耳聋组的视觉皮层兴奋区明显大于听力正常组，说明耳聋患者躯体感觉系统对听觉的丧失存在知觉补偿。Pagarkar等［14］采用正电子断层扫描（positron emission tomography，PET）研究感音性聋患者和正常人听觉系统刺激反应时，发现耳聋患者右侧枕叶视觉中枢参与听觉的处理，并且接受声音刺激时耳聋患者视觉皮层的激活强度较正常人更显著。Charles［15］利用脑磁图（magnetic encephalography，MEG）研究发现盲人的视觉区域被用来执行听觉的功能。本研究发现静息状态下，先天性感音性聋患者比听力正常者大脑皮层激活强度大的区域有：左侧颞下回、右侧扣带回、左侧梭状回及左侧中央后回，提示感音性聋患者颞下回和梭状回的正性激活与知觉补偿理论相符，因此，可以推断先天性感音性聋患者存在知觉补偿现象，其视觉中枢对外界刺激的反应程度较听力正常者强烈，即耳聋者视觉系统可能更敏感。Rettenbach［16］和Stivalet［17］等一致认为耳聋患者的视觉补偿仅限于与注意力有关的视觉事件中，本实验结果也与这一理论一致。

图2 suma格式图像大脑半球内侧面观显示实验组左侧颞下回、左侧梭状回、右侧扣带回及左侧中央后回静息态信号强度增高

图3 suma格式图像大脑半球外侧面观显示实验组右侧扣带回静息态信号强度增高

Raichle等［18］提出在安静状态下人脑存在一个默认的功能网络联系，即“默认网络”，它由一系列脑区组成，主要有扣带回、楔前叶、前额叶内侧回、双侧颞下回、双侧顶下小叶等，脑区的最大特征就是这些区域在静息态（即大脑功能处于安静状态）时神经元自发性活动强度很大，而在认知状态下这些脑区神经元的活性反而减弱，甚至受到抑制。本实验结果显示实验组颞下回和扣带回静息态激活程度明显高于对照组，而颞下回和扣带回均参与组成“默认网络”，推测耳聋患者的默认网络可能发生了功能重组。

Karns等［19］利用视觉刺激、躯体感觉刺激研究成人耳聋患者听觉皮层可塑性时发现在给予视觉刺激时耳聋患者听觉初级中枢颞横回和躯体感觉中枢的激活强度较听力正常者活动强度大，并且躯体感觉中枢激活强度比颞横回更大。人类听觉皮质功能区存在听觉与躯体感觉整合的现象，听力损失者和听力正常者的听觉皮层都存在多感觉整合，对听力正常者和听力损失者同时给予声音和震动触觉刺激时，听力损失者的大脑皮层激活范围较听力正常者更大［20］。本实验结果显示实验组中央后回的静息态活动强度较对照组更强，中央后回是负责躯体感觉的中枢皮层，这一结果与知觉补偿理论并不矛盾，提示耳聋患者大脑获取外界信息可能更多的依靠视觉和触觉。

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15 Leclerc C，Saint-Amour D，ELavoie M，et al.Brain functional reorganization in early blind humans revealed by auditory eventrelated potentials［J］.Neuroreport，2000，11：545.

16 Rettenbach R，Diller G，Sireteanu R.Do deaf people see better？Texture segmentation and visual search compensate in adult but not in juvenile subjects［J］.J Cogn Neurosci，1999，11：560.

17 Stivalet P，Moreno Y，Richard J，et al.Differences in visual search tasks between congenitally deaf and normally hearing adults［J］.Brain Res Cogn Brain Res，1998，6：227.

18 Raichle ME，Macleod AM，Snyder AZ，et al.A default mode of brain function［J］.PNAS，2001，98：676.

19 Karns CM，Dow MW，Nevillel HJ.Altered cross-modal processing in the primary auditory cortex of congenitally deaf adults：a visual-somatosensory f MRI study with a doubleflash illusion［J］.The Journal of Neuroscience，2012，32：9 626.

20 Ting KS.A rare cause of cerebellar ataxiasyndrome：superficialsiderosis of central nervous system［J］.Acta Neurol Taiwan，2011，20：257.

（2014-04-23收稿）

（本文编辑 李翠娥）

The CerebraI Cortex of CongenitaIIy SensorineuraI Hearing-Impaired Patients with Resting State FunctionaI Magnetic Resonance Imaging

Zhao ShuIi，Liu Ying
（Department of RadioIogy，Anhui ProvinciaI HospitaI，Hefei，230001，China）

Objective The BOLD-f MRI（blood oxygenation level dependent functional magnetic resonance imaging）was used to observe the functional cortical activities of the bilateral cerebral hemispheres in 23 cases of children with congenital sensorineural hearing loss under resting state，and to further explore the values of BOLD-f MRI in patients with sensorineural hearing loss.Methods Twenty three children with congenital sensorineural hearing loss were included in the experimental group and 10 normal heating children were included as cronol group.The ALFF（amplitude of low-frequency fluctuation）method was used to analyze the image data，and to compare the experimental and control groups with bilateral cerebral cortex function activities for the quantitative analysis.ResuIts The resting state activity intensity in the left inferior temporal gyrus，left fusiform gyrus，right cingulate gyrus and left post central gyrus of the experimental group were significantly greater than those of in the corresponding intensity cortex of the control group（P＜0.01）.ConcIusion The cortex of sensory systems in children with congenital sensorineural deafness may have functional remodeling，cerebral cortex of patients with sensorineural hearing loss may have perception compensation phenomenon.

Blood oxygen level dependent； Functional magnetic resonance imaging； Sensorineural deafness

10.3969／j.issn.1006-7299.2015.01.002

时间：2014-9-11 9：02

R445.2

A

1006-7299（2015）01-0006-05

* 安徽省自然基金项目（1208085 MH179）资助

1 安徽医科大学附属省立医院影像科（合肥 230001）

赵树立，男，安徽人，主治医师，硕士研究生，研究方向：磁共振诊断。

刘影（Email：www.felice828@126.com）

·临床研究·