腦梗死后運(yùn)動(dòng)性失語(yǔ)患者語(yǔ)言中樞的fMRI評(píng)價(jià)

何雅娜，張 權(quán)，張?jiān)仆?，宋 明，朱曉冬，陳 靜，伊慧明，蔣田仔

1.天津醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院放射科，300052

2.中國(guó)科學(xué)院自動(dòng)化研究所模式識(shí)別國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，100190

3.天津醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，300052

腦梗死是失語(yǔ)癥的最常見病因[1]，急性腦梗死患者中約1/3伴發(fā)失語(yǔ)。失語(yǔ)癥的神經(jīng)功能學(xué)研究一直是腦科學(xué)研究中的熱門領(lǐng)域，本研究通過基于血氧水平依賴(blood oxygenation level dependent,BOLD)技術(shù)的功能性磁共振成像(functional magnetic resonance imaging, fMRI)評(píng)價(jià)腦梗死后運(yùn)動(dòng)性失語(yǔ)患者的腦激活特點(diǎn)。

1 材料與方法

1.1 臨床資料

腦梗死患者組：選擇腦梗死并發(fā)運(yùn)動(dòng)性失語(yǔ)的患者15例，入組標(biāo)準(zhǔn)：①首次發(fā)病，彌散加權(quán)像(diffusion weighted imaging, DWI)檢查結(jié)果以左額葉梗死為主；②明確的運(yùn)動(dòng)性失語(yǔ)，發(fā)病前語(yǔ)言功能正常；③神志清楚，無認(rèn)知障礙，能配合實(shí)驗(yàn)；④初中以上文化程度；⑤漢族，右利手；⑥獲知情同意，自愿參加實(shí)驗(yàn)。其中男14例，女1例，年齡43～77歲。

正常對(duì)照組：選擇15例正常中老年人作為對(duì)照組。年齡、性別及教育程度等與患者組匹配，均獲知情同意，自愿參加實(shí)驗(yàn)。其中男14例，女1例，年齡46～74歲。

語(yǔ)言行為學(xué)測(cè)評(píng)：采用北京大學(xué)第一醫(yī)院漢語(yǔ)失語(yǔ)癥檢查法，于fMRI檢查前1天對(duì)患者及正常志愿者進(jìn)行語(yǔ)言行為學(xué)測(cè)評(píng)，結(jié)果分四級(jí)：0～30分為重度，31～60分為中度，61～90分為輕度，91～100分為極輕度。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：采用組塊設(shè)計(jì)的語(yǔ)言聯(lián)想任務(wù)，要求受試者根據(jù)給出的詞語(yǔ)以心里默讀形式聯(lián)想屬于同類別的詞語(yǔ)，如提示語(yǔ)為“水果”，則要求受試者聯(lián)想“蘋果”“菠蘿” 等。對(duì)照組塊共10個(gè)時(shí)相(一次全腦掃描稱為一個(gè)時(shí)相)，為黑色屏幕中心呈現(xiàn)白字“休息”24 s，最后1 s黑屏。任務(wù)組塊共17個(gè)時(shí)相，第一個(gè)時(shí)相為提示語(yǔ)“開始聯(lián)想”，呈現(xiàn)1.5 s，接1 s黑屏；第二個(gè)時(shí)相開始依次為4個(gè)詞語(yǔ)，每個(gè)詞語(yǔ)呈現(xiàn)9 s，接1 s黑屏，每個(gè)任務(wù)組塊42.5 s。實(shí)驗(yàn)包括6個(gè)對(duì)照組塊和5個(gè)任務(wù)組塊，掃描時(shí)間共372.5 s，前10 s為適應(yīng)階段，不采集數(shù)據(jù)。

實(shí)驗(yàn)完成后，要求受試者報(bào)告在MRI環(huán)境中的情緒狀態(tài)，并回憶實(shí)驗(yàn)中任務(wù)的執(zhí)行情況，通過即時(shí)反饋判斷受試者在實(shí)驗(yàn)中的任務(wù)完成情況。

1.2.2 成像設(shè)備和成像參數(shù)：采用GE 1.5 T Twin speed infinity with Excite Ⅱ磁共振全身掃描儀及頭部正交線圈。對(duì)所有受試者進(jìn)行DWI、3D高分辨T1WI解剖像和fMRI掃描。DWI掃描參數(shù)：TR/TE=10000/108 ms，翻轉(zhuǎn)角90°，矩陣128×128，視野24 cm×24 cm，層厚5 mm，層間隔1 mm，層數(shù)15。解剖像采用3D梯度回波(gradient echo, GRE)T1加權(quán)序列： TR/TE＝20/6.0 ms，翻轉(zhuǎn)角15°，矩陣256×256，視野24 cm×24 cm，層厚1.2 mm，層間距0，層數(shù)110。fMRI掃描采用GRE-EPI序列：TR/TE=2500/60 ms，視野24 cm， 矩陣64×64，層厚5 mm，層間距1 mm，層數(shù)22。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析：采用Statistical Parametric Mapping(SPM2)軟件進(jìn)行分析，預(yù)處理包括時(shí)間校正、頭動(dòng)校正、空間標(biāo)準(zhǔn)化、空間平滑，然后采用一般線性模型對(duì)fMRI數(shù)據(jù)進(jìn)行隨機(jī)效應(yīng)分析。組內(nèi)分析采用單樣本t檢驗(yàn)，組間比較采用兩樣本t檢驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)閾值設(shè)定為P＜0.005(未校正)，激活體積閾值設(shè)定為10個(gè)體素。最后將兩組激活圖及差異圖疊加在MNI模板上顯示。

2 結(jié)果

2.1 數(shù)據(jù)篩選

在嚴(yán)格控制受試者頭動(dòng)及機(jī)械噪聲等因素影響后，最終符合實(shí)驗(yàn)要求的數(shù)據(jù)為：患者組10例(均為男性，年齡43～77歲，平均56.7±8.6歲)；選取與患者組年齡、性別相匹配的10例男性正常人作為對(duì)照組(年齡46～74歲，平均56.2±9.0歲)。將這些數(shù)據(jù)按照前述統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行分析。

2.2 對(duì)照組詞語(yǔ)聯(lián)想任務(wù)腦激活結(jié)果

對(duì)照組腦激活區(qū)主要包括Broca區(qū)及其鏡像區(qū)、輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)(supplementary motor area, SMA)、左側(cè)島葉前部、左側(cè)顳上回及左側(cè)中央前回。對(duì)照組詞語(yǔ)聯(lián)想任務(wù)腦激活區(qū)的解剖位置、激活強(qiáng)度和MNI坐標(biāo)見表1及圖1。

表1 對(duì)照組詞語(yǔ)聯(lián)想任務(wù)腦激活區(qū)解剖位置、激活強(qiáng)度(t值)和MNI坐標(biāo)

2.3 患者組詞語(yǔ)聯(lián)想任務(wù)腦激活結(jié)果

患者組腦激活區(qū)主要包括左側(cè)額中回、左側(cè)中央后回、左側(cè)頂下小葉、左側(cè)楔前葉；右側(cè)額下回；雙側(cè)中央前回、雙側(cè)島葉、雙側(cè)丘腦、雙側(cè)紋狀體、SMA及雙側(cè)小腦半球?；颊呓M詞語(yǔ)聯(lián)想任務(wù)腦激活區(qū)的解剖位置、激活強(qiáng)度和MNI坐標(biāo)見表2及圖2。

表2 患者組詞語(yǔ)聯(lián)想任務(wù)正激活腦區(qū)解剖位置、激活強(qiáng)度(t值)和MNI坐標(biāo)

表3 對(duì)照組高于患者組的腦激活區(qū)解剖位置、激活強(qiáng)度(t值)和MNI坐標(biāo)

2.4 患者組與對(duì)照組詞語(yǔ)聯(lián)想任務(wù)腦激活區(qū)差異

對(duì)照組大于患者組的腦激活區(qū)為左側(cè)額下回后部，未見患者組大于對(duì)照組的腦激活區(qū)。差異腦區(qū)的具體解剖位置、激活強(qiáng)度和MNI坐標(biāo)見表3及圖3。

3 討論

3.1 正常中老年人詞語(yǔ)聯(lián)想任務(wù)腦激活區(qū)

經(jīng)典理論認(rèn)為，語(yǔ)言功能區(qū)位于優(yōu)勢(shì)半球皮層區(qū)，從解剖上分為Broca區(qū)、Wernicke區(qū)、上語(yǔ)言功能區(qū)(SMA)。近年來，fMRI研究表明，除了經(jīng)典語(yǔ)言功能區(qū)外其他腦區(qū)的語(yǔ)言功能也被逐漸揭示。Dietmar[2]等行詞語(yǔ)聯(lián)想任務(wù)研究，發(fā)現(xiàn)除Broca區(qū)明顯激活外，鄰近的額中回、前運(yùn)動(dòng)皮層以及SMA、左側(cè)島葉、紋狀體、雙側(cè)顳上回也有明顯激活。Binder[3]等行語(yǔ)義理解任務(wù)的功能磁共振檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)了Wernicke區(qū)以外的部分顳頂葉皮層區(qū)的激活。上述研究結(jié)果提示語(yǔ)言是個(gè)腦區(qū)協(xié)同作用的高級(jí)功能。

本實(shí)驗(yàn)研究顯示正常中老年志愿者左側(cè)Broca區(qū)、右側(cè)Broca鏡像區(qū)、SMA、左側(cè)島葉前部、左側(cè)顳上回、雙側(cè)紋狀體及右側(cè)小腦半球有明顯激活。Broca區(qū)為運(yùn)動(dòng)性語(yǔ)言中樞，參與計(jì)劃和執(zhí)行說話，是傳統(tǒng)的語(yǔ)言“表達(dá)”或“輸出”區(qū)域。國(guó)外學(xué)者[3,4]對(duì)正常志愿者行動(dòng)詞生成、詞語(yǔ)加工、復(fù)雜語(yǔ)義判斷等任務(wù)時(shí)，發(fā)現(xiàn)Broca區(qū)域激活明顯。本研究采用的詞語(yǔ)聯(lián)想任務(wù)要求受試者以心里默讀的形式完成實(shí)驗(yàn)，因此涉及語(yǔ)音及語(yǔ)義處理，支持Broca區(qū)參與語(yǔ)音及語(yǔ)義處理過程的觀點(diǎn)。右側(cè)半球在語(yǔ)言處理方面的作用也逐漸被認(rèn)識(shí)。一項(xiàng)對(duì)37例正常右利手者的fMRI研究發(fā)現(xiàn)，有26%的人語(yǔ)義處理網(wǎng)絡(luò)不局限于左側(cè)半球[5]。Khateb[6]等采用音韻測(cè)試和語(yǔ)義分類任務(wù)對(duì)正常右利手者的fMRI研究顯示，在激活左半球相關(guān)區(qū)域的同時(shí)右半球的鏡像區(qū)域也被激活。本研究右側(cè)Broca鏡像區(qū)也可見激活，但范圍及程度小于左側(cè)半球，說明右側(cè)Broca鏡像區(qū)也可能存在語(yǔ)言功能。

1996年，Dronkers[7]首次報(bào)道了左側(cè)優(yōu)勢(shì)半球島葉具有重要的語(yǔ)言功能。神經(jīng)解剖學(xué)研究發(fā)現(xiàn)島葉和額葉、頂葉、顳葉、扣帶回，基底核以及邊緣系統(tǒng)都有聯(lián)系，這些結(jié)構(gòu)連接可能是島葉發(fā)揮語(yǔ)言功能的神經(jīng)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。本研究顯示左側(cè)島葉前部在詞語(yǔ)聯(lián)想任務(wù)下有明顯激活，從功能影像學(xué)的角度進(jìn)一步證實(shí)島葉前部參與語(yǔ)言功能的處理。本研究顯示左側(cè)顳上回后部激活，此區(qū)屬于Wernicke區(qū)。本研究語(yǔ)言任務(wù)未涉及聽覺，但聽覺語(yǔ)言中樞出現(xiàn)了激活，因此并不能排除顳上回參與詞語(yǔ)聯(lián)想任務(wù)的處理。

本研究SMA明顯激活。SMA與初級(jí)運(yùn)動(dòng)區(qū)、運(yùn)動(dòng)前區(qū)外側(cè)面、扣帶回前部、前額皮層背外側(cè)面、小腦、基底節(jié)及頂葉存在廣泛聯(lián)系。這一復(fù)雜解剖關(guān)系是SMA進(jìn)行發(fā)動(dòng)和控制運(yùn)動(dòng)功能及語(yǔ)言表達(dá)的神經(jīng)解剖基礎(chǔ)。Alario[8]等將SMA分為兩部分：①前SMA前部——與選擇詞語(yǔ)有關(guān)；前SMA后部——可能涉及詞形信息編碼，包括控制音節(jié)排序等；②SMA主體部位——與出聲發(fā)音有關(guān)。許多學(xué)者[9,10]發(fā)現(xiàn)，在不涉及運(yùn)動(dòng)的語(yǔ)言任務(wù)中，左側(cè)中央前回可有明顯的激活，認(rèn)為中央前回可能參與詞語(yǔ)連接與語(yǔ)音處理。本研究推測(cè)運(yùn)動(dòng)性語(yǔ)言功能的發(fā)動(dòng)與運(yùn)動(dòng)功能區(qū)具有內(nèi)在的功能聯(lián)系，而SMA是發(fā)起運(yùn)動(dòng)的主要功能區(qū)[11]，因此其與語(yǔ)言行為之間必然存在密切關(guān)系。

基底節(jié)具有語(yǔ)言的皮層下整合中樞的作用，可能參與和語(yǔ)言有關(guān)的啟動(dòng)效應(yīng)、邏輯推理、語(yǔ)義處理、言語(yǔ)記憶及語(yǔ)法記憶等復(fù)雜的認(rèn)知和記憶功能，有對(duì)語(yǔ)言過程進(jìn)行加工、整理和協(xié)調(diào)的作用[12,13]。

圖1 對(duì)照組詞語(yǔ)聯(lián)想任務(wù)腦激活圖，P＜0.005(未校正)，voxel≥10。激活區(qū)包括：Broca區(qū)及其鏡像區(qū)、輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)(SMA)、左側(cè)島葉前部、左側(cè)顳上回及左側(cè)中央前回

圖2 患者組詞語(yǔ)聯(lián)想任務(wù)腦激活圖，P＜0.005(未校正)，voxel≥10。激活區(qū)包括：左側(cè)額中回、左側(cè)中央后回、左側(cè)頂下小葉、左側(cè)楔前葉；右側(cè)額下回；雙側(cè)中央前回、雙側(cè)島葉、雙側(cè)丘腦、雙側(cè)紋狀體、SMA及雙側(cè)小腦半球

近年來許多學(xué)者發(fā)現(xiàn)小腦在語(yǔ)言生成及語(yǔ)義理解方面發(fā)揮了重要的作用，而且強(qiáng)調(diào)小腦具有的語(yǔ)言功能與大腦一樣存在偏側(cè)性，而且與大腦語(yǔ)言優(yōu)勢(shì)之間存在交叉性。揭冰[14]等f(wàn)MRI研究發(fā)現(xiàn)右側(cè)小腦半球可能參與語(yǔ)義判斷。Riecker[15]等進(jìn)行功能連接研究也發(fā)現(xiàn)右側(cè)小腦上部與SMA、左側(cè)額下回及左側(cè)島葉前部有相關(guān)性。本研究對(duì)受試者進(jìn)行詞語(yǔ)聯(lián)想任務(wù)發(fā)現(xiàn)右側(cè)小腦上部明顯激活，與文獻(xiàn)一致，進(jìn)一步證明了右側(cè)小腦上部在語(yǔ)言生成中的作用。

圖3 詞語(yǔ)聯(lián)想任務(wù)對(duì)照組高于患者組的腦激活區(qū)，P＜0.005(未校正)，voxel≥10。激活區(qū)為左側(cè)額下回后部

3.2 腦梗死患者詞語(yǔ)聯(lián)想任務(wù)腦激活區(qū)

本研究對(duì)腦梗死患者進(jìn)行fMRI檢查時(shí)間約為發(fā)病后1～2周，失語(yǔ)評(píng)分平均值22.8±8.4分，均為中重度失語(yǔ)，盡可能排除發(fā)病時(shí)間和失語(yǔ)程度差異過大對(duì)結(jié)果的影響。此外，本研究用中老年志愿者作為正常對(duì)照，保證了兩組間年齡匹配。

本研究患者組詞語(yǔ)聯(lián)想任務(wù)的正激活腦區(qū)主要包括右側(cè)Broca鏡像區(qū)、島葉及SMA，此外，左側(cè)額中回、中央后回、頂下小葉、楔前葉，雙側(cè)中央前回、丘腦、紋狀體及小腦半球也可見不同程度的激活。與對(duì)照組比較，發(fā)現(xiàn)腦梗死后左側(cè)Broca區(qū)無明顯激活，而左側(cè)Broca區(qū)鄰近區(qū)域(包括運(yùn)動(dòng)前區(qū)、中央前回)、SMA及右側(cè)Broca鏡像區(qū)激活范圍及程度明顯增加，與文獻(xiàn)報(bào)道一致[16]。

腦梗死發(fā)生后，除相應(yīng)語(yǔ)言功能區(qū)發(fā)生損傷、激活程度減低以外，將會(huì)發(fā)生語(yǔ)言功能網(wǎng)絡(luò)中未受累部分的功能重建和新功能區(qū)的出現(xiàn)，其病理基礎(chǔ)在于這些腦組織神經(jīng)元的樹突及突觸的新生[17]。Wise[18]等對(duì)左額下回梗死導(dǎo)致的運(yùn)動(dòng)性失語(yǔ)的右利手患者康復(fù)治療后的fMRI研究發(fā)現(xiàn)，語(yǔ)言任務(wù)除激活右額下回外，左側(cè)梗死灶周邊未受累的區(qū)域也被激活?？梢娮髠?cè)Broca區(qū)梗死后，其周圍區(qū)域以及右側(cè)的Broca鏡像區(qū)發(fā)生代償。本實(shí)驗(yàn)研究的結(jié)果與上述文獻(xiàn)報(bào)道一致。

在Crosson[19]的經(jīng)典模型中，強(qiáng)調(diào)了丘腦(特別是左側(cè)丘腦枕)在語(yǔ)言處理及監(jiān)控功能中的重要作用。Kraut[20]等發(fā)現(xiàn)丘腦在特征語(yǔ)義約束及同義詞任務(wù)中有明顯激活。Wallesch[21]綜述了皮層下梗死的病例，并提出了皮層-紋狀體-丘腦-皮層環(huán)路，此環(huán)路除涉及運(yùn)動(dòng)功能外，對(duì)語(yǔ)言功能也起重要作用。在此環(huán)路中，丘腦主要負(fù)責(zé)詞匯信息的邏輯整合，本研究患者組丘腦明顯激活可能是一種更高級(jí)功能活動(dòng)的代償。

本研究患者組左側(cè)小腦明顯激活，說明小腦與大腦語(yǔ)言優(yōu)勢(shì)半球之間存在交叉性，左側(cè)小腦的激活與腦梗死后右側(cè)Broca鏡像區(qū)的激活增加有關(guān)。

3.3 患者組與對(duì)照組詞語(yǔ)聯(lián)想任務(wù)激活腦區(qū)的組間比較

對(duì)照組與患者組的組內(nèi)分析分別得出了兩組各自的腦功能激活區(qū)，但只從兩組的組內(nèi)結(jié)果進(jìn)行分析并不全面，所以本研究采用雙樣本t檢驗(yàn)進(jìn)一步分析組間差異。結(jié)果顯示對(duì)照組較患者組激活明顯加強(qiáng)的腦區(qū)主要分布于左側(cè)額下回后部，其中大部分為Broca區(qū)，說明腦梗死患者Broca區(qū)的激活較對(duì)照組明顯減弱，Broca區(qū)作為運(yùn)動(dòng)性語(yǔ)言中樞，其損傷導(dǎo)致患者運(yùn)動(dòng)性失語(yǔ)。

組間比較統(tǒng)計(jì)結(jié)果并沒有發(fā)現(xiàn)患者組激活高于對(duì)照組的腦區(qū)，這可能與統(tǒng)計(jì)閾值的選擇有關(guān)?；颊呓M組內(nèi)結(jié)果顯示激活區(qū)較對(duì)照組增多，本組數(shù)據(jù)采集時(shí)間均為發(fā)病兩周以內(nèi)，可能語(yǔ)言功能重組或其他腦區(qū)的代償作用尚未達(dá)到一定程度，激活結(jié)果尚未達(dá)到所設(shè)統(tǒng)計(jì)閾值，因此并不能排除這些區(qū)域的價(jià)值，如能進(jìn)一步對(duì)患者進(jìn)行長(zhǎng)期追蹤研究，可能會(huì)發(fā)現(xiàn)某些激活明顯高于對(duì)照組的腦區(qū)。

總之，與正常中老年人相比，腦梗死后運(yùn)動(dòng)性失語(yǔ)患者左側(cè)額下回后部(Broca區(qū))激活程度減低或消失，說明運(yùn)動(dòng)性語(yǔ)言中樞的損傷導(dǎo)致了失語(yǔ)癥的發(fā)生。

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