單側突發(fā)感音神經(jīng)性耳聾患者內(nèi)在腦活動改變的rs-fMRI研究

劉振， 盧淑梅， 范文亮， 余建明

表1 人口統(tǒng)計學信息

注：PTA,純音測聽平均值; THI,耳鳴致殘殘量表得分。

臨床上突發(fā)感音神經(jīng)性耳聾(sudden sensorineural hearing loss,SSNHL，簡稱突聾)主要是指沒有任何征兆的、突然的且不明原因的聽力損失，SSNHL患者聽力通常在數(shù)小時內(nèi)甚至數(shù)分鐘內(nèi)降到最低點(部分患者在3 d以內(nèi))，排除第Ⅷ對腦神經(jīng)外無其他腦神經(jīng)系統(tǒng)癥狀[1]。SSNHL患者以單側發(fā)病者居多，同時可伴有耳鳴、眩暈等癥狀[2]。據(jù)不完全統(tǒng)計，全球每年約有15萬突聾患者發(fā)病，發(fā)病率約為5～20/10萬[3]，且近年來在我國其發(fā)病率呈逐年升高的趨勢。目前絕大多數(shù)突聾患者的靜息態(tài)功能磁共振成像(resting-state functional MRI,rs-fMRI)研究是基于單側長期突聾與正常人[4]、長期慢性突聾與急性突聾[5]等方面進行的分析，主要從定位差異腦區(qū)、腦區(qū)間功能連接異常及復雜腦網(wǎng)絡等方面得出結論，由于研究方法、角度、對象不同，得出的結論不盡相同[6]。

2007年，Zang等[7]提出低頻振幅(amplitude of low frequency fluctuation，ALFF)指標，即通過對全腦體素信號強度的時間序列逐個進行傅里葉變換，然后通過開方即可獲得血氧水平依賴(blood oxygenation level dependent,BOLD)信號振幅，也就是BOLD信號變化，在此基礎上能夠反映神經(jīng)元自發(fā)進行的活動，一般選擇特定頻段( 0.01～0.08 Hz) 作為研究范圍。ALFF分析法是聽覺系統(tǒng)腦功能研究中應用較廣泛的方法之一，有研究顯示單側SSNHL患者靜息態(tài)下存在腦功能區(qū)自發(fā)活動異常，且異常腦區(qū)以ALFF值顯著降低為主。本文通過擴大樣本量，重點研究急性期內(nèi)的單側突聾患者，對其反映內(nèi)在腦活動水平的ALFF和分數(shù)低頻振幅(fractional amplitude of low frequency fluctuation,fALFF)兩個指標進行計算，進一步研究單側突聾患者在急性期內(nèi)靜息態(tài)下內(nèi)在的腦活動，以期為單側突聾患者的腦功能研究提供更多信息。

材料與方法

1.病例資料

依照中華醫(yī)學會耳鼻喉頭頸外科相關診斷標準納入突聾受試人員，年齡18～65歲，除外孕期婦女或有其他神經(jīng)系統(tǒng)疾病的患者，通過MR頭顱平掃、內(nèi)耳T2-Space序列掃描排除顱內(nèi)病變、乳突炎、聽神經(jīng)與周圍血管密切者、聽神經(jīng)瘤等病變。選取本院2016年1月-2017年2月進行突聾治療的114例患者歸入突聾組，同時選取87例聽力正常者歸入對照組，對照組未合并其他疾病，且沒有耳鳴情況，聽力正常。本研究受試者均為右利手[8]，具體人口統(tǒng)計學信息見表1。

2.檢查方法

采用Siemens Trio Tim 3.0T磁共振掃描儀行MRI檢查。受檢者取仰臥位，掃描序列包括常規(guī)顱腦掃描序列、聽神經(jīng)成像T2-Space序列、高分辨力T13D成像序列、BOLD腦功能成像序列，突聾患者與正常受試者在檢查過程中靜臥，囑受檢者閉眼，全身盡量保持不動,盡量避免思維活動，且始終處于清醒狀態(tài)。BOLD-fMRI采用回波平面成像(echo-planar imaging,EPI)序列進行數(shù)據(jù)采集。EPI序列掃描參數(shù)：TR 2000 ms，TE 30 ms，翻轉角90°，掃描視野220 mm×220 mm，距陣64×64，層厚3.5 mm，層間距15%，共行32層掃描，共采集240個TR時間點，總掃描時間為486 s。高分辨力T13D結構像采用三維高分辨T1加權磁化準備快速采集梯度回波序列，行矢狀面掃描，全腦共采集176層圖像。

3.數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計學分析

靜息態(tài)數(shù)據(jù)預處理使用SPM8[7]和DPABI(http://dpabi.org/)中的DPARSF軟件包[9]。預處理步驟主要包括去除前十個時間點、層間時間校正、頭動計算及校正、空間配準(使用優(yōu)化12參數(shù)仿射變換及非線性形變場理論)、去線性漂移、濾波、使用Friston 24參數(shù)模型[10]去除協(xié)變量以及空間平滑等。預處理之后的靜息態(tài)數(shù)據(jù)使用多重線性回歸模型回歸掉白質(zhì)及腦脊液信號的影響，將所有被試者的灰質(zhì)概率圖進行平均并設置0.8的閾值構建灰質(zhì)MASK模板，后續(xù)的分析都限定在這個灰質(zhì)模板中進行。同時，對于單側SSNHL患者組和對照組之間的3個平動因子及3個轉動因子進行組間ANOVA統(tǒng)計分析，3組之間的最大運動值在6個參數(shù)上差異均無統(tǒng)計學意義(在6個參數(shù)上P值均>0.05)。而對于目前爭議廣泛的全腦信號[11]，本研究選擇在回歸協(xié)變量時保留全腦信號。

圖1 單側SSNHL患者與健康對照組的ALFF值對比結果，紅色區(qū)域代表SSNHL較對照組ALFF值顯著升高的腦區(qū)，藍色區(qū)域代表SSNHL較對照組ALFF值顯著降低的腦區(qū)。a) 左側SSNHL與健康對照組的ALFF雙樣本t檢驗結果; b) 右側SSNHL與健康對照組的ALFF雙樣本t檢驗結果。 圖2 單側SSNHL患者與健康對照組的fALFF對比結果，紅色區(qū)域代表SSNHL較對照組fALFF值顯著升高的腦區(qū)，藍色區(qū)域代表SSNHL較對照組fALFF值顯著降低的腦區(qū)。a) 左側SSNHL與對照組的fALFF雙樣本t檢驗結果; b) 右側SSNHL與健康對照組的fALFF雙樣本t檢驗結果。

經(jīng)過預處理的靜息態(tài)數(shù)據(jù)，進一步計算相應的ALFF和fALFF。由于樣本分布的原因，各參數(shù)在統(tǒng)計學分析之前通常需要進行標準化(Z值化)處理。首先對各組各參數(shù)進行單樣本t檢驗，觀察各參數(shù)在大腦各區(qū)域的組內(nèi)分布情況。而為了檢測3組被試之間的差異，使用ANCOVA(one-way analysis of covariance)法進行組間比較，同時將性別、年齡、受教育程度作為協(xié)變量進行回歸，多重比較校正采用基于蒙特卡洛模擬的Alphasim方法。對于得到的3組間差異腦區(qū)，制作成MASK，在后續(xù)兩兩比較中使用。為了分析單側SSNHL患者與正常對照組之間各靜息態(tài)指標的差異，利用ANCOVA統(tǒng)計分析得到的結果制作成MASK，在這個MASK內(nèi)行兩兩比較，即患者組與正常對照組在MASK內(nèi)分別行雙樣本t檢驗，同樣使用Alphasim方法(體素水平設置P=0.001，cluster水平設置P=0.05)行多重比較校正。提取得到每個參數(shù)具有統(tǒng)計學差異的區(qū)域，并將SSNHL組的數(shù)據(jù)和臨床指標如病程、純音測聽結果(pure tone audiometry results,PTA)、耳鳴致殘量表(tinnitus handicap inventory,THI)得分等進行相關性分析。觀察單側SSNHL患者大腦靜息態(tài)功能指標的變化及與哪些臨床指標之間存在顯著相關性。

結 果

3組之間的人口統(tǒng)計學指標如性別、年齡差異無統(tǒng)計學意義(P值分別為0.993、0.599,表1)。左側與右側SSNHL患者之間的病程、THI差異無統(tǒng)計學意義(P值分別為0.390、0.958)。不同組之間的PTA結果差異有統(tǒng)計學意義(P=0.000)。

1.ALFF值計算結果

將左、右側SSNHL患者與健康對照組進行對比，ALFF值的雙樣本t檢驗結果(Alphasim校正，體素水平設置P=0.001，cluster水平設置P=0.05)顯示，左側SSNHL患者與對照組相比,在雙側顳上回、直回、右側額內(nèi)側回等大腦區(qū)域的ALFF值顯著升高，沒有腦區(qū)存在ALFF值的顯著降低。右側SSNHL患者與對照組相比，ALFF值顯著升高的腦區(qū)有直回、左側海馬旁回等；活動減弱的腦區(qū)有右側大腦的中央前回(圖1)。

2.fALFF值計算結果

將左、右側SSNHL患者與健康對照組進行對比，fALFF值的雙樣本t檢驗結果(Alphasim校正，體素水平設置P=0.001，cluster水平設置P=0.05)顯示,左側SSNHL患者在左側楔前葉、左側枕頂葉、左側顳上回、左側后扣帶回、右側枕中回、右側角回、右側海馬旁回、右側顳中回、右側直回和右側顳上回等腦區(qū)的fALFF值與對照組相比顯著升高;沒有腦區(qū)存在fALFF值的顯著降低。右側SSNHL患者與對照組相比，fALFF值顯著升高的腦區(qū)有右側楔前葉、右側枕下回、右側顳上回、右距狀裂周圍皮層、左側顳中回、雙側側楔葉、雙側枕中回、雙側舌回等；fALFF值顯著性降低的腦區(qū)有右側海馬、左側尾狀核(圖2)。

相關性分析結果顯示，左側突聾患者右側顳中回腦區(qū)的fALFF值與PTA值之間存在顯著正相關(R=0.67，P=0.03)，說明該腦區(qū)的內(nèi)在腦活動水平可能一定程度上反映了突聾患者的聽覺損傷程度(圖3)。

討 論

圖3 左側SSNHL患者右側顳中回fALFF值與PTA之間的相關性分析結果，綠色區(qū)域代表fALFF值與PTA有顯著正相關的腦區(qū)。

SSNHL患者單側聽覺剝離后，由于輸入信號的突然改變，大腦內(nèi)在活動水平會出現(xiàn)“應激性”改變，有部分研究認為這可能是由于不同患者某一指標的改變而引起的，但受患者臨床特征、樣本量及分析指標等的影響，目前對突聾患者靜息態(tài)腦自發(fā)活動的改變?nèi)匀狈Υ髽颖镜南到y(tǒng)性研究。本研究基于靜息態(tài)磁共振數(shù)據(jù)，通過ALFF和fALFF兩個指標系統(tǒng)性研究單側突聾患者靜息態(tài)腦功能內(nèi)在活動的改變。

本研究發(fā)現(xiàn)單側SSNHL患者ALFF與fALFF值在急性期內(nèi)顯著升高，提示急性期內(nèi)單側SSNHL患者靜息態(tài)大腦功能可能存在“超激活”現(xiàn)象，這與Xia等[12]的研究結果一致；右側顳中回腦區(qū)活動水平有望作為潛在的影像學生物標記評估聽覺損傷程度。無論是左側還是右側SSNHL患者都存在ALFF和fALFF值在顳葉部分區(qū)域的顯著升高，尤其是顳上回升高更為明顯。ALFF和fALFF一般被認為是從能量的角度反映大腦的基線活動水平，ALFF和fALFF值的升高說明該區(qū)域大腦活動異?；钴S。而聽覺中樞位于顳上回中部及顳橫回，突聾發(fā)生后顳上回出現(xiàn)激活現(xiàn)象，說明單側突聾發(fā)生在急性期內(nèi)，聽覺中樞將會對聽覺作出應激反應。然而對于單側突聾患者，ALLF與fALLF值發(fā)生顯著改變的腦區(qū)不同，主要是因為fALFF能有效降低腦室系統(tǒng)及大血管腔隙的噪聲影響，提高自發(fā)性腦活動檢測的敏感性和特異性，能準確表現(xiàn)出大腦靜息態(tài)默認網(wǎng)絡，因此fALLF值發(fā)生顯著改變的腦區(qū)范圍明顯偏多，其激活點數(shù)量較ALFF也明顯升高，與相關研究結果相符。在Yang等[13]的研究中報道了右側SSNHL患者在雙側楔前葉、左側頂下小葉、右側額下回以及腦島存在ALFF值的顯著降低，而本研究卻發(fā)現(xiàn)右側SSNHL患者與正常人相比,ALFF值顯著升高的腦區(qū)有直回、左側海馬旁回等，活動減弱的腦區(qū)有右側大腦的中央前回；需要注意的是他們的研究中納入的患者單側耳聾持續(xù)時間為14年左右，筆者推測造成此種差異的原因很可能與患者的單側耳聾病程長短有關，考慮到本研究中單側SSNHL患者仍處于急性期，大腦可能更多地表現(xiàn)為對聽覺損傷的應激反應(即出現(xiàn)腦區(qū)活動的超激活現(xiàn)象)；而對于長時間單側聽覺剝離的患者，大腦可能更多地表現(xiàn)出代償機制或交叉模式可塑性現(xiàn)象[14,15]，即雖然長期沒有聽覺輸入，但是大腦聽覺皮層并沒有消失，而是可能會用來執(zhí)行別的如視覺加工、空間處理等功能。

同時筆者還注意到，左側SSNHL患者與對照組相比,沒有腦區(qū)存在ALFF和fALFF值的顯著降低；而右側SSNHL患者與對照組相比,有腦區(qū)存在ALFF和fALLF值的顯著降低，但結果不完全相同。筆者推測有兩種可能，一是兩組患者的臨床表現(xiàn)不同，結合大腦功能腦區(qū)間功能的不對稱性，我們推測可能是由于不同側SSNHL患者在急性期內(nèi)左、右腦的應急機制不同導致的；另一種可能是ALFF和fALFF測量的是靜息態(tài)BOLD信號頻率域上低頻成份振幅幅度的全腦分布，該指標受磁共振EPI序列采樣頻率及人體血流信號特征的影響，在一些有腦部大血管的位置同樣會出現(xiàn)較高的ALFF和fALFF值，同時ALFF和fALFF值對生理噪聲非常敏感，這樣在右側SSNHL患者組中發(fā)現(xiàn)的ALFF值降低的腦區(qū)可能是由于這兩個原因引起的假象。無論哪種可能，都需要將來進一步的研究證實，并結合病理生理機制給出合理解釋。

本研究存在以下局限性:①雖然采集了114例相對較大的樣本量，但是由于單側SSNHL患者仍然存在低頻、高頻、全頻聽力喪失等不同的臨床分型，本研究中沒有考慮到該因素可能對結果產(chǎn)生的影響；②本研究采用的是描述靜息態(tài)網(wǎng)絡局部特征的參數(shù)指標，對大腦區(qū)域間相互連接功能網(wǎng)絡層面的改變?nèi)圆磺宄?，在以后的研究中可以考慮使用數(shù)據(jù)驅動的全腦研究方法，如獨立成份分析、聚類分析等；③BOLD數(shù)據(jù)本身只能間接反映神經(jīng)元的活動，而且確切的生理機制目前仍未完全清楚，所以本研究中的所有發(fā)現(xiàn)和推論還需要在將來理論發(fā)展完整之后行進一步驗證。