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PPI研究:颞叶癫痫的左颞叶语言网络功能连接
发布者:admin 发布时间:2018/12/19

对于颞叶癫痫患者来说,命名功能损伤是一个关键问题,但我们对于颞叶语言网络的破坏的神经机制了解很少。来自伦敦大学学院神经病学研究所(UCL Institute of Neurology )和英国癫痫学会的研究者通过fMRI研究了左侧颞叶语言网络激活和任务态的功能连接及其与临床命名成绩及疾病特征的相关性。

他们使用听觉和视觉命名的fMRI任务研究了59例颞叶癫痫患者(35例为左侧颞叶癫痫)和32例健康对照。他们提取了左后下颞叶激活最大值的时间序列作为心理生理学的相互作用回归因子,用于接下来的基于种子点的全脑任务相关功能连接分析。fMRI激活、功能连接分别与临床命名分数、癫痫起病年龄、病程进行相关性分析。在所有被试中,听觉命名激活左后下颞回,视觉命名激活左侧梭状回。临床命名表现更好的被试往往在听觉命名期间左颞下回、左侧丘脑、左侧辅助运动区这些脑区出现更多激活,在图片命名期间左侧梭状回出现更多激活。功能连接分析表明左后下颞区与双侧前后颞区、双侧中央前回及对侧枕叶皮质出现耦合。在所有被试中,这些脑区间的功能连接越强,临床命名能力越好。仅对于左侧颞叶癫痫的患者而言,功能连接强度随着起病年龄的增加和临床病程的减少而增加。这表明癫痫起病时间早、病程长导致颞叶病灶同侧颞叶网络的破坏,这可能是造成颞叶癫痫命名功能损伤的重要原因。

关键词:颞叶癫痫、语言网络、功能连接、心理生理学反应、疾病特征


颞叶癫痫(TLE)通常与语言功能缺陷有关,脑网络正常语言和结构的破坏通常被认为与TLE语言障碍有关,起病年龄越早,语言表现越差。

命名功能损害是TLE患者典型的特征,临床应用听觉和视觉任务来评估命名表现。听觉命名能力似乎与会话中的单词查找困难有关。前颞叶切除术后的命名能力下降对于TLE患者也是一个考量。语言fMRI作为一种对命名能力降低的无创性评估指标在术前评估中也起到重要作用。

颞叶语言脑区,尤其是颞叶后部和基底节脑区,已被证明主要参与TLE临床命名表现,体现了在颞叶癫痫中评估颞叶语言网络的重要性。然而,目前,大多数临床应用于术前评估的fMRI口语流利性和动词生成任务主要激活额叶语言区域。最近,新型的听觉和视觉fMRI范式在术前TLE患者和对照组中可以可靠地激活颞叶区域。

很少有研究用功能连接研究TLE患者语言网络和重组。静息态功能性MRI数据表明在额下回语言相关的区域及默认网络连接受损,特别是癫痫病灶位于左半球的患者。对于TLE患者语言网络任务相关的功能连接的研究是非常少的,语言功能差与左半球额叶语言区域功能连接减少有关,但是颞叶语言区域的连接模式仍然知之甚少。

这篇研究的目的是调查颞叶命名的功能解剖学。在TLE患者中,研究者用听觉和视觉命名fMRI的基于种子点的全脑功能连接方法,探讨这些激活与临床命名表现及疾病持续时间的相关性。他们假设:

1)命名任务期间颞叶激活将在功能上与理论模型中语言网络一致的脑区相耦合;

2)颞叶区域连接强度取决于临床命名表现、疾病持续时间及起病年龄。


材料与方法

研究对象:

共计96名参与者参加了该项研究,包括63(37名左侧TLE,26名右侧TLE)名患者和33名健康对照组。由于fMRI数据质量不好,研究者排除了2例左侧TLE患者,2例右侧TLE患者以及1例对照组。总共纳入91名被试(48%为男性,年龄范围在18-63岁)。确诊为TLE的患者是从NHNN那些接受术前评估连续招募而来。对照组性别、年龄与整个患者组匹配,并且没有癫痫病史或任何其他慢性神经或心理疾病。所有受试者的排除标准是:口头或书面英语不流畅、怀孕、有MRI禁忌症、无法给予知情同意。对于患者一个附加的排除标准是在此研究的24h内出现全身性强直-阵挛性发作。

长期发作间期和发作期EEG视频脑电检测证实颞侧癫痫发作区(结构性脑损伤患者的同侧)。所有患者都做了3T的结构MRI,包括海马体积的量化和T2弛豫时间。MRI发现了28例患者海马硬化(17例左侧,11例右侧),12例胚胎发育不良性神经上皮肿瘤(8例左侧,4例右侧),3例海绵体肿瘤(2例左侧,1例右侧),2例局灶性皮质发育不良(1例左侧,1例右侧),3例低级别胶质瘤(1例左侧,2例右侧),11例患者正常(6例左侧,5例右侧)。


神经心理学测试:

所有受试者在扫描之前先进行神经心理学测试,以衡量他们的语言能力。命名测试采用的是McKenna分级命名测试,智力水平测试采用的是NART测试。

语言范式

他们使用了2种明显的语言任务,听觉命名和图片命名。受试者通过镜子和兼容的音视频系统观察MRI扫描屏幕,对听觉和视觉刺激做出反应(耳机和麦克风设备)。听觉命名测试包括5个周期,每个周期由30s的激活期和2个15s的抑制期,包括听觉反转语言和十字准线固定。在激活阶段,受试者被要求根据听觉描述大声念出物体和动物的名字。受试者被要求大声说出一、二,在十字准线期间睁着眼睛休息。图片命名会话包括5个视觉呈现周期。每个刺激包括30s激活版块和3个15s控制版块组成。包括打乱的图片、模糊的卡通脸和十字准线。在激活阶段,参与者被指示大声命名日常物品和动物的黑白线条图。

他们使用了外部麦克风录制了所有的任务。所有受试者都成功完成了>80%任务,三组受试者无明显差异。由于听觉和视觉演示系统的技术问题,听觉命名测试在1例左侧TLE和1例对照组中无法获得。

 

数据分析:

使用SPM8分析数据。预处理完成后,三组中(对照组,左侧TLE,右侧TLE)每个受试者生成2个对比图像,包括听觉命名减去反向会话(AN-AR),图片命名减去打乱的图片和面孔([PN-(SPc + F)])。

这些对比图像用于二级分析,单样本t检验用于各组之间每项任务的主效应。单因素方差分析用于定量评估三组之间的统计学差异。除非另有声明,他们报告了激活阈值为p<0.05,FWE多重比较校正。


使用神经心理学功能连接分析:

他们使用神经心理学相互作用(PPI)来评估激活区域之间的功能连接。为了识别PPI分析的种子区域,他们找出每个受试者在左后下颞叶对比的个体峰值反应AN-AR和PN-(SPc+F),从组激活图定义每个对比度。

PPI模型包括三个回归量:

1)种子区域的主效应;

2)任务态的主效应(AN-AR,[PN-(SPc+ F)]);

3)两者之间的交互作用,代表的是任务态的功能连接或PPI。

每组间每项任务先进行单样本t检验,组间比较采用单因素方差分析(ANOVA),计算功能上耦合到左颞叶种子点的脑区。所有PPI激活区阈值均设置为P<0.05,采用FWE校正。


与临床因素的相关性:

他们评估了每个被试命名能力与听觉、图片命名激活脑区功能连接的相关性。在病人中,他们附加评估了激活脑区与癫痫起病年龄与病程之间的相关性。

        探讨正负相关时在单样本t检验中用McKenna命名分数、起病年龄、癫痫病程作为协变量。按照以前使用听觉和图片命名的fMRI范例,预计激活区包括双侧上、中、下颞回,梭状回,及左侧额中、下回。使用组激活映射,在感兴趣区创建模板以识别激活最大值。组效应阈值设置为p<0.001,体素>10。多重比较校正采用FWE校正,p<0.05.以额叶和颞叶感兴趣区激活的最大值为中心,从NART表现中评估语言智商用作所有分析的协变量。


结果:

图1:三组被试(左侧TLE、右侧TLE、对照组)听觉命名和图像命名fMRI激活脑区

听觉命名(上一行)显示左侧颞下回激活,坐标xyz:(-48、-50、-18).矢状位和冠状位同样显示颞中回、左侧额下回和双侧枕叶激活;图片命名(下一行)显示左侧梭状回激活,坐标xyz:(-34、-46、-16).矢状位和冠状位同样显示左额叶和右小脑激活。所有激活区均设为p<0.05,FEW校正。

补充表1



图2:三组被试(左侧TLE、右侧TLE、对照组)激活增加的脑区和更高的临床命名分数,显示阈值设置为p<0.001,核团大于10。上一行:左侧后颞下回与听觉命名分数的相关性;下一行:左侧梭状回与图片命名的相关性


补充表2


图3:三组听觉命名和图片命名分别以左侧颞叶为种子区域的功能连接(PPI)。显示阈值设置为p<0.05,FWE校正。

补充表3


图4:三组(左侧TLE、右侧TLE、对照组)被试听觉命名(种子点:左侧颞下回)和图片命名(种子点:左侧梭状回)功能连接与临床命名分数的相关性。显示阈值设置为p<0.001,核团大于10.第一行:听觉命名分数与左侧眶额回的相关性;下一行:左侧中央前回与图片命名分数的相关性

补充表4



图5:左侧TLE患者在听觉命名和图片命名任务中功能连接与疾病特征的相关性;上一行显示左侧颞中回和左侧中央前回与起病年龄呈正相关,下一行显示左侧颞中回和左侧中央前回与病程呈负相关。

补充表5

 

人口统计学结果

三组在年龄(F = 5.14; P = 0.08),性别分布(Pearson 2 = 1.22; P = 0.54)和利手情况(Pearson 2 =0.15; P = 0.93)上没有差异。两个患者组的复杂部分发作(Mann-Whitney Utest =443.5; P = 0.72)和癫痫大发作(MannWhitney U-test = 398.0; P =0.63)或服用抗癫痫药物的数量没有差异(Mann-Whitney U- test = 358.5; P =0.31)。


神经心理学结果:
在三组中,NART(Nelson和Wilson,1991)表现出的智力水平(估计智商)存在显着差异[H(2)= 19.1; P50.001; 表2]。事后分析表明,左侧TLE患者(P = 0.001)和右侧TLE患者(P= 0.03)的估计智商低于对照组。 左侧TLE患者和右侧TLE患者的智商差异无统计学意义(P = 0.49)。临床命名测试分数(McKenna和Warrington,1983)仅显示组间差异的统计趋势[H(2)= 5.89; P =0.05; 表2]。探索性后续成对比较表明左侧TLE患者与对照组的命名分数较低(P = 0.03),而两组患者(P = 0.07)或右侧TLE患者与对照组之间无差异(P = 0.95)


主效应

听觉命名
观察到左后颞下回,左后颞中回和左额颞前回(包括辅助运动区),左侧舌回和左前扣带。 在右小脑以及双侧额下回,双侧丘脑和双侧枕上回中观察到进一步的激活(图1和补充表1)。三组之间没有显著差异。

图片命名
在左侧梭状回,左额下回,左额上回(辅助运动区)以及左侧枕中回观察到所有受试者的主要影响。在右下颞回,右小脑和双侧枕下回中观察到进一步的激活(图1和补充表1)。三组之间没有显著差异。
fMRI激活区与临床命名分数之间的相关性

对于听觉命名,在左侧后颞下回,左侧丘脑和左侧额上回(辅助运动区)中观察到更多功能性MRI激活与更高临床命名分数的相关性。对于图片命名,三组中左侧梭状回激活增加,命名分数更好。组间比较未显示组间相关性的显著差异(图2和补充表2)。值得注意的是,对于两个fMRI任务而言,任何组中都没有显示fMRI激活减少,命名分数更好。


使用心理生理学交互作用进行功能连接分析

听觉命名
在各组中,左后颞下种子区域(源自左后下颞叶的个体峰值反应,由组激活图定义,图1),显示与左前上,中,上的任务相关的功能耦合。下颞回,左颞横回(Heschl's gyrus)和左额上回(辅助运动区)。观察到右前(颞极)和后颞上回以及双侧后颞中回,双侧中央前回和双侧小脑的进一步显著连接(图3和补充表3)。在三组之间的功能连接方面没有显著差异。


图片命名
各组之间,在左后下颞叶和左前颞上回(包括颞极)和左后梭状回以及右下枕叶,右小脑和双侧中央前回之间观察到功能性耦合(图3和补充表3)。 三组之间的功能连接没有显著差异。


功能连接和命名分数的相关性
对于听觉命名,左后颞下种子区域与左眶额回之间的连接值在三组之间与更好的临床命名分数相关。对于图片命名,在组间注意到临床命名分数与左颞叶种子和左中央前回之间的功能连接之间呈正相关(图4和补充表4)。组间比较并未表明组间相关性存在显著差异。值得注意的是,在两个fMRI任务中,大脑中没有任何区域功能连接更强,而命名分数更差。


左右侧TLE功能连接与发病年龄和疾病持续时间之间的相关性
对于听觉命名,左侧TLE患者在左颞下回、左前颞中回和左额下回显示癫痫起病年龄更晚,功能连接更强。此外,疾病病程越短,与左中央前回和后颞上回的连接性越强(图5和补充表5)。对于图片命名,左侧TLE患者在左侧梭状回与左侧中央前回之间显示出更强的功能连接,癫痫起病年龄较晚且病程较短。另外,疾病病程越短,左颞极功能连接越强(图5和补充表5)。对于任何fMRI任务,右侧TLE患者没有表现出左后颞叶的功能连接与起病年龄或疾病持续时间有着任何超阈值的相关性,组间比较表明左侧TLE比右侧TLE患者的相关性更强(图5和补充表5)。


总结:

颞叶癫痫患者经常出现命名和词语查找困难,尤其是在癫痫病灶位于左侧半球的时候;语言能力的下降也是语言区前颞叶切除术后的主要问题。本研究提供了一种新型的任务态fMRI左后颞叶语言网络功能连接与临床命名分数之间的相关性的证据。该研究表明左侧TLE患者起病年龄越早,病程越长,这些网络破坏的越明显。

该研究表明早发、长期的左侧颞叶癫痫对同侧颞叶网络的有害影响,突出了早期诊断和治疗TLE的重要性。研究者还提出,在癫痫手术方面,纵向研究这些网络的可塑性是必要的。



参考文献:Left temporal lobe language network connectivity in temporal lobe epilepsy

K Trimmel, AL van Graan, L Caciagli, A Haag… - Brain, 2018 - academic.oup.com


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