DTI在注意缺陷多动障碍儿童视觉工作记忆中的初步研究

钱晶晶 鲁 毅 孙学进 吴卿杰

注意缺陷多动障碍(attention deficit hyperactivity disorder，ADHD)是一种好发于学龄儿童的行为障碍综合征，是指智力正常或基本正常的儿童，存在着与实际年龄不相符合的注意力过度分散、不分场合的过度活动、情绪和行为冲动，其核心症状为注意力不集中、多动与冲动。以美国精神病学协会《精神障碍诊断和统计手册》第4版为诊断标准[1]，我国学龄儿童ADHD患病率为3%～10%，其中男童是女童的3倍[2]，且共患其他精神障碍的危险度可高达66%[3]。如果儿童期未能及时治疗，这些症状可能延续至青春期乃至成年以后，其发展为反社会人格障碍、违法犯罪和物质滥用的风险是正常儿童的5～l0倍[4]。因此，ADHD的诊断和治疗日益受到社会和医学界的广泛关注。

近年来运用功能性神经成像技术对ADHD患者的脑功能研究日渐兴起，弥散张量成像（diffusion tensor imaging，DTI）可观察脑白质结构改变的特征。本研究拟利用上述方法对ADHD儿童视觉工作记忆相关的主要脑白质结构改变特征进行分析，探索其行为异常的可能神经机制，为今后对ADHD诊断和治疗效果的评估提供功能解剖学的依据。

方 法

1.研究对象

正常对照组和ADHD组儿童在性别、年龄、利手、智商和受教育程度等方面相匹配。本研究已获得被试及其家长的知情同意，并签署知情同意书，经昆明医学院第一附属医院伦理委员会批准。

1.1 正常对照组： 18名正常儿童，男13名，女5名，年龄6～14岁，平均（9.94±0.91）岁。

1.2 ADHD组：18名ADHD儿 童，男16例，女2例，年龄6～14岁，平均（8.85±0.70）岁，其中4名患者以注意缺陷型为主，14名为混合型。患儿由一名精神科主任医师，根据美国《精神障碍诊断与统计手册》(第4版)(DSM-IV)[1]儿童ADHD诊断标准制定的量表作出诊断及分型。

1.3 所有被试者纳入标准：①无神经系统疾病病史，无精神分裂症、情绪障碍、学习困难等病史；②无服用任何典型或非典型精神活性药物史；③无外伤、脑肿瘤、感染、代谢性脑病等病史；④右利手；⑤双眼裸眼视力正常；⑥韦氏智测(WISCC-R)得分大于80。

2.MRI扫描

采 用GE 1.5T MRI，常 规T1WI、T2WI扫描，除外器质性病变。入组儿童首先进行BOLDfMRI扫描，同步执行认知任务，按键反应被记录，然后进行全脑DTI数据采集。扫描参数：T2WI：TE=90ms， TR=3000ms，层厚6.0， 层间距2.0， 17层， 时间38秒； T1WI： TR=2100ms，层厚6.0，层间距2.0，17层， 时间44秒。DTI：采用单次激发—回波平面成像（SE-EPI）序列，TR=10000ms，TE= Minimum，层厚4.0， 层间距0，NEX 2，矩阵128×128，b 1000s/mm2，扩散敏感梯度方向15个，31层，时间5分40秒。

3.DTI数据分析

3.1 FA图： 选定参与视觉工作记忆的皮质区：前额叶、顶枕区、中颞叶、岛叶和小脑[5-6]为感兴趣区。对与之密切相关的主要投射、联络和连合纤维分别勾画感兴趣区：①上纵束；②扣带；③胼周额部深部白质；④钩束；⑤内囊；⑥胼胝体；⑦小脑上脚和小脑中脚；⑧下纵束。

3.2 三维脑白质纤维束示踪（3D-FT）：利用VOLUME-ONE 1.72软件重建感兴趣的白质纤维束，选择与前额叶和扣带回相关主要纤维束进行示踪。

4.统计学分析

4.1 行为学数据分析：采用SPSS17.0软件，计算ADHD组和正常组的正确反应率（CRR）；估计平均正确反应时间（mCRT）均数的95%置信区间；对两组被试mCRT进行完全随机设计的两独立样本均数比较的t检验，当P＜0.05时两组间的差异有统计学意义。

4.2 DTI数据分析：两试验组各对应感兴趣区的FA由GE公司SUN ADW4.0 工作站测得。统计学处理由SPSS 17.0软件完成。对两组相同感兴趣区FA进行两独立样本均数比较的t检验，当P＜0.05时两组间的差异有统计学意义。

4.3 DTI与行为学数据相关分析：对两组各感兴趣区FA和mCRT进行Pearson相关分析，当P＜0.05时有相关关系。

4.4 3D-FT： 对两组与前额叶和扣带回相关主要纤维束的数量进行两独立样本均数比较的t检验，当P＜0.05时差异有统计学意义。

结 果

1.正常组和ADHD组行为学数据分析

ADHD组正确反应率明显低于正常组（表1），并且ADHD组平均正确反应时间较正常组延长（表2）。

2.DTI结果

2.1 DTI数据分析： ADHD组右侧扣带中部、后部及右侧胼周额部深部白质的mFA均分别较正常组减低，P＜0.05，差异有统计学意义（表3）。

2.2 DTI与行为学数据相关分析：①ADHD组胼胝体体部后部FA与mCRT间呈中度正相关，r=0.520，P＜0.05。②正常组左侧内囊前肢、右侧内囊膝部、内囊后肢中部及下纵束的FA与mCRT呈中度负相关，r分别为-0.480、-0.608、-0.510和-0.528，P均＜0.05，左侧下纵束FA与mCRT呈高度负相关，r=-0.718，P＜0.01。

表1 ADHD组与正常组正确反应率（CRR）比较

表2 ADHD组与正常组平均正确反应时间（mCRT）比较

图1 两组上纵束走行基本一致，ADHD组(B）上纵束前部纤维束较正常组（A）减少。A.正常组；B.ADHD组。图2 两组下纵束、钩束纤维走行基本一致。A.正常组；B.ADHD组。

图3 两组下纵束、钩束纤维走行基本一致。A.正常组； B.ADHD组。图4 ADHD组（B）扣带后部纤维束数量较正常组（A）减少。A.正常组； B.ADHD组。

图5 ADHD组（B）胼胝体膝部、体部、压部纤维束数量均较正常组（A）减少。A.正常组； B.ADHD组。图6 两组内囊前肢走行基本一致，ADHD组（B）额桥束连接额叶的纤维束数量较正常组（A）减少。A.正常组； B.ADHD组。

表3 ADHD组和正常组各感兴趣区mFA比较

表4 ADHD组和正常组相关纤维束数量比较

2.3 3D-FT

(1)纤维束重建（图1～6）：上纵束，下纵束，钩束，扣带，胼胝体，内囊前肢。

(2)ADHD组和正常组相关纤维束数量的比较：两组双侧上纵束、扣带、胼胝体及内囊前肢纤维束数量比较，ADHD组较正常组减少，P＜0.05差异有统计学意义（表4）。

讨 论

注意缺陷多动障碍(ADHD)是儿童常见的神经发育障碍源性疾病，其主要特征为注意分散、活动过度、行为冲动。神经心理学“执行功能缺损理论”认为工作记忆缺陷是ADHD儿童行为抑制缺陷的继发表现之一。近期各种研究基本集中在前额叶、前扣带回皮质、纹状体及与其相关的基底节结构和神经网络上。目前受到特别关注的有：前额叶功能低下假说、前扣带认知区异常假说、前额叶-纹状体-小脑环路假说[8]等，而前额叶、前扣带回可能起主导作用。

1.两组儿童脑白质FA值比较

ADHD组右侧扣带中部、扣带后部及胼周额部深部白质的FA值均分别较正常组减低。ADHD儿童胼周额部深部白质和扣带局部微观结构的变化，可能与白质纤维的髓鞘化程度、轴突分布的密度及其走行发生改变有关，从而导致相关神经网络内白质纤维通路完整性下降，引起相关皮质区域间信息传递减慢，因而在行为学上表现为平均正确反应时间（mCRT）延长，说明脑白质纤维结构完整性的减低可能是ADHD儿童mCRT延长的神经病理学基础。

2.FA与平均正确反应时间（mean response time，mCRT）的相关性分析

本研究中，正常组左侧内囊前肢、右侧内囊膝部、右侧内囊后肢中部、双侧下纵束的FA与mCRT均呈负相关。ADHD组胼胝体体部后部FA与mCRT呈正相关。这可能由于ADHD组右侧胼周额部深部白质、右侧扣带中、后部的微观结构发生改变，导致其在执行工作记忆任务时，所参与的神经网络与正常儿童不同。

（1）内囊前肢主要有丘脑前辐射和额桥束。它不仅包含有前额皮质和丘脑的投射纤维，而且也包含由前额叶投射到纹状体的纤维。正常组左侧内囊前肢FA与其mCRT间存在负相关，在一定程度上可以说明正常儿童在视觉工作记忆时，尽管以视觉及感觉—运动皮质激活为主，“额-丘脑”“额-纹状体”神经回路亦起着一定作用。而ADHD组未见该种相关性，可能是因为其右侧胼周额部深部白质的微观结构异常，引起“额-纹状体”“额-丘脑”神经网络功能失联接。

(2)运动传导通路（下行）分锥体束和锥体外束，其中锥体系主要是皮质脊髓束和皮质核束；感觉传导通路（上行）主要是内侧丘系和视辐射。内囊膝部主要为皮质核束。内囊后肢中部主要有皮质脊髓束、皮质红核束、丘脑中央辐射、顶枕桥束。正常组右侧内囊膝部及内囊后肢中部FA均与mCRT呈负相关，可能因为儿童在执行分类n-back视觉工作记忆任务时参与的神经网络主要为视觉及感觉-运动通路。而ADHD组未见该种相关性，说明由于右侧胼周额部深部白质和右侧扣带中、后部的微观结构异常，造成工作记忆执行功能障碍和注意力缺陷，可能一定程度上影响其视觉及感觉-运动通路信息的收集和传递。

(3)纵束横穿颞叶长轴，沿侧脑室后角和下角之外侧壁行走，连接颞叶与枕叶皮质，也称枕颞束。正常组双侧下纵束FA与其mCRT间存在负相关，说明正常儿童在视觉工作记忆任务时，需要“颞叶-枕叶”的功能连接。而ADHD组未见该种相关性，说明“颞叶-枕叶”神经网络连接功能下降，可能与右侧扣带中、后部微观结构改变有关。

(4)胼胝体是脑内最大的连合纤维束，位于大脑纵裂底，由连接两侧半球新皮质广泛区域的巨大纤维聚集而成，并向两侧放射到半卵圆中心，分布于新皮质各部，广泛联系额、颞、顶、枕叶，其上缘由扣带回包围，两者关系密切。ADHD组胼胝体体部后部FA与mCRT呈正相关，而正常组未见此种相关，说明ADHD儿童在执行视觉工作记忆任务时，由于右侧扣带中、后部结构异常，胼胝体体部后部可能存在功能紊乱或功能代偿。

3.3D-FT

本研究中DTI参数FA值的改变提示ADHD儿童可能存在前额叶和扣带回功能低下，因此选择与前额叶和扣带回相关主要纤维束为感兴趣纤维，采用纤维束示踪技术直观显示纤维的分布和走行，经比较发现ADHD组双侧上纵束、扣带、胼胝体及内囊前肢的纤维束数量均较正常组减少。ADHD儿童与前额叶和扣带回相关主要白质纤维束除完整性降低外，还有数量上的改变。

ADHD儿童视觉工作记忆功能下降可能与其脑白质微观结构发生改变有关。DTI参数，尤其是FA在ADHD组右侧胼周额部深部白质、右侧扣带回中、后部降低的微观结构变化，可能引起其在执行工作记忆任务时所参与的神经网络通路与正常儿童不同；同时，ADHD儿童与前额叶和扣带回相关主要纤维束完整性降低。可见，ADHD儿童脑白质结构异常可能是介导其行为学异常的神经病理学基础。