发育性口腔溃疡成年人脑结构改变的磁共振成像研究

发育性口腔溃疡成年人脑结构改变的磁共振成像研究

尚未确定发展性口腔疾病的发病机制。近年来,随着多种神经影像技术的应用,探索与语言和言语相关的脑生理和解剖学异常已成为口吃发病机制研究的焦点,研究发现口吃者多个脑区在功能激活和形态学方面都存在异常,但尚未得到一致的结果和解释。本研究应用一种全自动客观的计算机辅助的全脑磁共振分析技术——基于体素的形态测定法(voxel-basedmorphometry,VBM),对口吃成年患者和非口吃成年人磁共振成像(MRI)的脑灰质结构进行了比较研究,以进一步探讨口吃的发病机制。对象和方法一、平均发病年龄及平均事件总数额的确定口吃组为10例右利手的男性口吃者,为北京师范大学口吃矫正学员和北京市口吃协会会员,学历为中专至研究生不等,平均年龄为26(21～35)岁,平均发病年龄4(3～7)岁。参照国际上常用的Riley成人口吃程度量表,根据对话和朗读时出现口吃的频率、持续时间及伴随动作分别进行单项评分,并计算总体分值,最后参考常模值对口吃严重程度进行分级,分别为轻度3例、中度4例和重度3例。对照组为12名在年龄、性别、利手和文化程度方面相匹配的言语流利者,平均年龄为25(21～31)岁。二、统计参数映射1.MR扫描:所有数据的收集均在中国人民解放军三〇六医院磁共振室完成。使用2T高场强全身MR扫描仪(Prestige,Elscint/GE,Haifa)和标准头线圈进行数据采集。受试者在闭目安静状态下,通过三维结构像扫描得到一个全脑的高分辨率结构像。采用层厚为2mm的无间隔矢状位扫描,扫描矩阵为220×220,TR=25ms,TE=8ms,FOV=22cm×22cm。2.VBM分析技术和统计学处理:应用统计参数映射(statisticalparametricalmapping,SPM)脑成像处理软件(WellcomeDepartmentofCognitiveNeurology,英国),先对所得的三维MR图像数据进行预处理,而后利用参数统计检验对每个像素进行统计分析,最后获得一种由统计量所表达的映射图。其主要步骤包括:(1)首先通过非线性参数变换等处理进行空间标准化,将10例口吃患者和12名对照者的脑MR图像配准到模板图像,使所有研究对象的全脑图像在空间上变换到一个完全相同的标准化立体空间。(2)再进行图像分割,按照一定的规则通过复杂运算,将标准化后的脑MR图像进行有效分割,分别获得灰质、白质和脑脊液三种组织成分。(3)然后利用三维高斯核对图像进行平滑处理,以提高信噪比,使被试者间的比较在合理的空间标度范围内进行。(4)最后对上述处理过的脑图像,采用参变量统计分析方法,逐像素点进行两样本t检验。通过对口吃组和对照组脑组织局部灰质体素进行组间比较,由计算机自动计算出口吃组脑局部灰质增加或减少的体素总数,以及每个灰质体素增加或减少的可能性大小,即t值的变化。采用假发现率(falsediscoveryrate,FDR)检验校正法,设定P<0.05或P<0.01,超过域值的t值用伪彩色显示,t值的大小由色谱的深浅表示。每个脑区的空间位置用Talairach坐标系统的X、Y、Z值表示,按照该坐标进行解剖定位以确定异常脑区的分布。两组灰质减少的总体计数口吃组与对照组比较时,脑局部灰质体积存在差异的脑区见表1,2和图1,2。表1和表2分别列出了口吃组灰质增加和减少脑区的总体素数、差异显著部位的脑区分布及其所对应的Talairach坐标系统X、Y、Z值(单位mm)以及相应的t值。图1和图2分别显示了口吃组与对照组相比体积减少和增加的脑区,随着颜色由红变黄代表t值由小到大。口吃组灰质减少的总体素数为32394个(FDR校正P<0.05),主要位于小脑后叶和延髓背侧(图1),按不同脑区占减少体素总数的百分比由大到小排列,依次为小脑下半月小叶、小脑扁桃体和双侧延髓(均P<0.001)。口吃组灰质体积增加的脑区主要位于双侧大脑半球(FDR校正P<0.01),左侧和右侧半球增加的灰质体素数分别为48782个和60247个(图2),呈大致对侧性分布,主要位于颞叶的颞上回和颞中同、顶叶的中央后回和顶下小叶以及额叶的中央前回(均P<0.001)。口吃者小鼠的结构和功能异常与脑区功能发育性口吃作为一种言语流畅性障碍,通常在3～8岁出现口吃,常在青春期缓解。当口吃持续存在超过了发育期可塑性的关键阶段(约在青春期),可能会变成一种终身性的慢性言语异常,其发病率高达人群的1%。国外有关发病机制的研究已有近百年的历史,而国内较少有人问津。有关口吃发病的神经机制问题,一直是口吃研究的一个重要课题。多年来,针对这一课题,从心理语言学、认知心理学和神经生理学等多个研究领域展开的大量研究,为口吃具有相应神经基础的可能性提供了线索。功能神经影像学研究得到了更直接、更有价值的依据,证明口吃与多个脑区的异常功能活动有关。然而,功能影像学仅能显示出与行为相关脑区激活的增加或减少,并不能解释与这些激活有关的原因。近来基于感兴趣区的脑形态学研究,仅局限于大脑半球的言语-语言相关皮质,发现口吃成年人外侧裂周言语和语言区异常。遗憾的是,这些形态研究由于区域界定的主观性和分析技术的局限性,难以全面客观地解释这些异常脑区是否是影响言语流利性的特异脑区。而VBM技术是一种基于体素对脑结构MR图像进行全自动的计算机辅助分析技术,可以同时对全脑的脑组织局部灰质体素的大小和信号强度进行定量检测,从而刻画出局部脑区的形态特征和脑组织结构的差异。该方法自2000年由Ashburner和Friston首次提出后,立即受到众多学者的关注,被广泛地应用于不同人群脑结构差异的分析,并越来越多地用于神经精神疾病的脑机制研究中。本研究结果显示,口吃者双侧小脑下半月小叶和小脑扁桃体以及双侧延髓灰质体积明显减少。以往口吃的功能成像研究虽发现了小脑的过度激活,却未见有关小脑形态学异常的研究报道。PET脑血流量研究发现,在口吃性言语激活增加的数个脑区中,小脑的激活增加最为显著,高达对照组的2倍以上,即便在意念中默想口吃时,小脑的激活增强与朗读时也基本相同,而且口吃者小脑激活与言语产出呈正相关关系,提示小脑在促进口吃者流利言语方面具有特殊的作用,可能与小脑在言语运动时为纠正口吃性言语而增加协调强度有关,并意识到这些激活区不只是简单地反映了口吃发生时脑部活动的状态,而或许是口吃的发病基础。然而,小脑是否是口吃发病的特异性脑区?激活增加究竟是对小脑自身的代偿,还是对其他脑区的代偿,功能成像本身无法回答这一问题,而现有的形态学研究因未将小脑划为感兴趣区,缺乏相应的证据。行为实验表明,发育性口吃者朗读时的语音产出为一种自动化程度较低的控制性加工。根据口吃者自我报告,他们从儿童期开始就企图避免口吃的发生,即便在流利言语期间,他们也总是在不停地调整他们的言语以尽力防止不流利言语的发生,而小脑的过多参与表明了这种斗争。从功能与结构的关系着眼,长期过度激活的结果应使该区的灰质体积呈现增加趋势,但本研究却发现双侧小脑后叶和双侧延髓灰质体积较对照组明显减低,因此很难将小脑的过度激活解释为对其他脑区的功能代偿,而更可能是在执行言语任务时需要动员更多的神经元参与,以便对本身功能缺陷进行自我代偿。由此推测,双侧小脑及延髓灰质体积减少可能与口吃者言语运动协调障碍有密切关系,或许是口吃产生的基本原因之一。本研究还发现,发育性口吃成年患者双侧大脑半球中颞叶的颞上回和颞中回、顶叶的中央后回和顶下小叶以及额叶的中央前回灰质体积明显增加,这些异常脑区的改变与以往影像学研究的结果相吻合。Foundas用MRI扫描对左右两半球额区和颞-顶部区皮层的体积进行测量,发现发育性口吃患者双侧颞平面显著增大。Jancke等应用VBM分析方法对10例发育性口吃患者和10名对照者的言语—语言皮质脑区进行研究,发现由颞上回、额下回和中央前回组成的右侧半球网络和额中回前部的白质增加。有关研究表明,颞上回和颞中回与听觉反馈和语言性加工关系密切。当听觉反馈发生延迟时,正常人说话也变得不流利。而口吃者在听觉反馈被延迟之后,不流利状态却可明显改善,由此,延迟听觉反馈技术至今仍是口吃矫正的一种有效方法。Salmelin等曾应用脑磁图观察了朗读文章时皮质的激活顺序,结果发现,与流利言语者相比较,口吃者右侧听觉皮质在默读和出声朗读时都表现有过度持久的听觉反馈,反映了口吃者的听觉反馈功能较正常人过快或过强。因此,言语自我监控过程中听觉系统的功能异常一直被认为是口吃的基本原因之一。额叶运动前区异常激活的依据在口吃功能影像学研究中也日益增多。研究发现,无论实际产生口吃性言语还是意念中想象自己发生口吃时,运动前区等脑区的激活均明显增加。而且,运动前区在不同状态下的激活都明显增加,70%～100%的口吃者都存在这种改变,因此运动前区激活增加被认为是口吃的特异性改变。近年来,感觉运动控制在言语产生和口吃发病机制中的作用日益受到关注。大量资料表明,正常言语或声音起始之前,向运动系统提供反馈的躯体感觉通路的兴奋水平降低,以便降低对其后运动躯体感觉输入的潜在干扰。而口吃者在言语运动准备过程中具有反射水平增高的倾向。因此,本研究中口吃者双侧额、颞、顶中部分脑区灰质体积的增加,可能是这些区域长