孤独症谱系障碍脑梭状回静息态功能性磁共振动态脑功能连接的时间变异性研究

苏晓然,段旭君,王鹏,韩东明

孤独症谱系障碍(ASD)是一种神经发育性障碍,其核心症状包括语言交流障碍、社交障碍、刻板行为及兴趣狭隘等[1]。约每54名8岁以下的儿童中就有1例孤独症儿童,男孩患病比例明显高于女孩[2]。梭状回是社会脑回路的关键脑区,在人脑的视觉和感知觉通路起重要作用,其功能异常会导致ASD患者识别人脸功能障碍,是导致孤独症核心症状的一个重要节点。既往对梭状回研究都是从结构和静态功能连接进行研究[3-4]。近年来研究表明,动态功能连接可获得不同状态下大脑功能连接随时间的动态性,然而,现阶段的研究还未探究基于梭状回的动态功能连接。本研究采用基于体素形态学测量法(VBM)发现,与正常对照相比,ASD患者右侧梭状回体积增大最显著,因此,本研究选取右侧梭状回作为感兴趣区,利用滑动窗法分析ASD患者右侧梭状回与全脑功能连接的时间变异性及其与ASD主要症状的相关性,以求为探索ASD的神经病理机制提供新的依据。

1 对象和方法

1.1 对象

本研究采用的所有静息态功能磁共振数据来自公开数据库ABIDE-I和ABIDE-II[5]中美国纽约大学(NYU )的数据。本组研究对象的排除标准为图像质量差,头动过大(即平移或旋转头动超过3 mm或3°)。最终120例ASD患者和131名健康对照被纳入本研究,被试的人口统计学及临床资料见表1。年龄统计均值与标准差,性别统计女性和男性人数,利手统计左利手、右利手与混合利手人数。还统计了所有被试3个独症诊断观察量表(ADOS)——社会沟通量表,社交互动量表,重复刻板行为量表。

表1 被试人口统计学和临床资料

1.2 方法

1.2.1 数据预处理 使用DPABI v4.3(http://rfmri.org/dpabi)预处理静息态功能图像,步骤为:前10个时间点去除、进行时间、头动校正、空间标准化、平滑、去线性漂移、回归头动、白质和脑脊液信号。

1.2.2 动态功能连接计算 利用自动解剖AAL模板,右侧梭状回为兴趣区,采用DynamicBC软件包(www.restfmri.net/forum/DynamicBC)[6]中滑动窗法对动态功能连接进行计算。参考以往关于动态分析相关文献[7],窗宽设置50 TRs,步长5 TRs,每次滑动5倍重复时间,每个被试产生25个窗。

2 结果

2.1 两组临床资料比较

两组被试性别、年龄、利手差异差异均无统计学意义(P>0.05),组间智商评分差异有统计学意义(P<0.001),见表1。

2.2 右侧梭状回与全脑动态功能连接的分析结果

ASD组的右侧梭状回与右侧额中回、双侧内侧额中回、左侧背外侧额上回动态功能连接的变异性显著高于对照组(GRF校正,体素水平P<0.005且团块水平P<0.05)。见表2,见图1。

图1 基于右侧梭状回的动态功能连接变异性组间差异具有统计学意义脑区

表2 右侧梭状回与全脑动态功能连接分析

2.3 Spearman相关性分析显示

右侧梭状回与右侧额中回、双侧内侧额中回、左侧背外侧额上回的动态功能连接时间变异值与ADOS重复刻板行为评分呈正相关,见图2。

图2 差异区域动态功能连接变异性与临床症状相关性

3 讨论

本研究利用静息态动态功能连接技术分析发现以右侧梭状回为感兴趣区,右侧梭状回与右侧额中回、双侧内侧额中回、左侧背外侧额上回的动态功能连接变异性增高,且变异值与ADOS中重复刻板行为评分呈正相关。右侧梭状回及双侧内侧额中回、左侧背外侧额上回均属于社会脑的组成部分。社会脑是1990年由Brothers等首次提出的,主要包括内侧前额叶、前扣带回、前脑岛、额下回、顶枕沟、梭状回等,主要负责社会认知功能。既往利用动态功能连接技术研究结果发现,孤独症患者脑网络出现大范围的高动态性,功能连接动态性异常的核心脑区主要在社会脑环路[8],本研究结果发现与动态功能连接增高的脑区位于社会脑环路,与既往研究结果相符。本研究发现动态功能连接异常脑区的时间变异值与ADOS中重复刻板行为呈正相关,也就是说社会脑环路动态功能连接的不稳定与重复刻板行为有着密切关系。Bishop[9]等及Tomaszewski[10]等的研究中指出认知能力对社交技能和重复刻板行为发展的作用可能从幼儿后期开始加强。管理社会认知能力的脑区主要为社会脑,因此社会脑的功能影响社交技能和重复刻板行为发展。刘静然等[11]在研究中发现左梭状回与左颞下回局部静息态脑功能连接强度显著升高,且与孤独症患者的兴趣狭窄,动作行为重复刻板呈正相关,用静息态静态分析技术解释了社会脑功能连接异常与重复刻板行为发生的相互作用。本研究从动态的角度进一步证实了社会脑功能的改变影响重复刻板行为发展这一观点。我们的发现为理解ASD重复刻板行为的神经病理机制提供了新的角度,基于右侧梭状回为感兴趣的动态功能连接时间变异性可能成为实现孤独症精准诊疗服务的潜在生物标记物。本研究不足之处在于未将右侧梭状回与上述脑区的动态功能连接变异值与ASD的临床治疗效果进行相关性分析,今后将进一步进行相关性研究。