基于多模态磁共振成像的长期双侧感音神经性耳聋可塑性研究

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本文主要从以下几个部分展开论述:
  第一部分 感音神经性耳聋患者小脑和大脑神经同步性异常
  目的:听觉障碍性疾病中已经证实小脑存在神经活动异常,但是长期双侧感音神经性耳聋(sensorineural hearing loss,SNHL)对小脑功能的影响有待研究。本研究拟进一步探究长期双侧SNHL对小脑功能的影响,观察SNHL疾病后小脑内部神经网络及小脑-大脑皮层功能连接(functional connectivity,FC)的改变。
  方法:本研究共纳入21例长期双侧SNHL患者及21例年龄、性别、体重指数、受教育程度匹配良好的健康对照。两组受试者均进行纯音测听检测、神经量表评估、静息态功能磁共振扫描。其中神经量表评估包括简易智能精神状态检查量表(Mini-mental state examination,MMSE)、听觉词语学习测试(Auditory verbal learning test,AVLT)、符号数字转换测试(Symbol digit modalities test,SDMT)、焦虑自评量表(Self-rating anxiety scale,SAS)、汉密尔顿抑郁量表(Hamilton depression scale,HAMD)。选择双侧小脑亚区Ⅰ,Ⅱ,Ⅵ,Ⅶb及小脑蚓作为种子点进行基于种子点的FC分析,分析小脑亚区内在连接的改变,并提取异常连接值与临床指标做相关性分析。
  结果:基于体素的FC分析发现长期双侧SNHL患者小脑亚区与多个脑区功能连接异常,包括颞极、脑岛、缘上回、额下回及丘脑。基于感兴趣区的FC分析发现小脑亚区内部连接也存在异常。其中,左侧小脑VI叶与左侧脑岛的连接与SNHL病人的焦虑评分呈负相关。左侧小脑VI叶与左侧颞极的FC及右侧小脑VI叶与左侧额下回FC均与耳聋严重程度及焦虑量表得分存在明显相关性。
  结论:本研究证实长期双侧SNHL影响小脑内部和小脑-大脑皮层连接,可能是SNHL引起焦虑症状的潜在神经机制。
  第二部分 感音神经性耳聋患者突显网络时空属性的改变
  目的:有研究提示突显网络参与感觉调节过程,主要节点位于双侧前脑岛与背侧前扣带回,但感觉剥夺后突显网络与大脑其他相关脑区的改变尚未明确。本研究旨于研究部分听觉剥夺是否会改变突显网络时空属性。
  方法:本研究共招募入组32例长期双侧SNHL患者和30例匹配良好的正常听力被试,采用神经精神量表评估认知及情绪表现,采集MRI数据。通过计算和比较两组间无方向性的FC连接及基于格兰杰因果分析(Granger causality analysis,GCA)的有方向性的效应连接(effective connectivity,EC)来分析突显网络时间与空间属性的改变。
  结果:用无方向的FC评估突显网络的空间属性,发现SNHL组左侧前脑岛与右侧中央前回及额上回连接降低,背侧前扣带回与右侧额中回、顶下小叶及左侧补充运动区连接降低。另外,用有方向的EC评估突显网络的时间属性,发现SNHL组方向性连接异常,累及脑区包括颞下回、小脑VI叶、小脑VII叶、中央前回、额中回及补充运动区。皮尔森相关性分析发现部分异常连接与神经量表得分存在明显相关性。
  结论:突显网络功能赤字可能是长期双侧SNHL患者发生认知障碍及情绪改变等非听觉症状的原因。
  第三部分 感音神经性耳聋患者脑岛的无效招募
  目的:脑岛在感觉处理、视听一体化和情感中发挥重要作用,但是关于脑岛在听觉剥夺所致听力损失中的角色研究甚少。本研究拟采用结构和功能磁共振来多角度探讨长期双侧SNHL中脑岛的作用。
  方法:本研究招募的35例SNHL患者及54例健康对照均分别进行了听力学评估、神经量表评估、结构和功能磁共振数据采集。其中,25例SNHL患者及20例健康被试进行了动脉自旋标记序列扫描。选择双侧腹侧前脑岛、背侧前脑岛、后脑岛作为感兴趣区,分析六个脑岛亚区与全脑的功能连接以及异常功能连接与神经精神量表间的相互关系,并且与脑岛相关的三大网络(包括突显网络、默认网络、中央执行网络)进行内在连接分析。
  结果:与健康对照相比,长期双侧SNHL患者脑岛血流灌注增加。但是左腹侧前脑岛与双侧丘脑、右侧中央前回连接降低;左背侧前脑岛与右侧丘脑、壳核、背外侧前额叶皮层、中央前回、中央后回和中扣带回FC降低;右背侧前脑岛与右罗兰迪克岛盖FC减少;右侧后脑岛与右侧丘脑和中央前回连接也减弱。左背侧前脑岛与右背外侧前额叶皮层降低的FC与焦虑自评量表得分呈负相关(r=-0.489,p=0.005),与符号数字转换测试得分呈正相关(r=0.410,p=0.020)。左背侧前脑岛-右侧中扣带回FC与汉密尔顿抑郁量表评分呈负相关(r=-0.402,p=0.022)。此外,长期双侧SNHL患者突显网络、默认网络、中央执行网络间的内在连接发生异常。
  结论:本研究为听觉剥夺后脑岛的“无效高控制”假设提供支持性证据,指出脑岛赤字在受损感觉调节及情绪认知障碍中发挥重要作用。
  第四部分 感音神经性耳聋患者的丘脑功能与认知改变
  目的:丘脑是皮层间感觉传递的枢纽,与认知功能密切相关,但是听力损失后丘脑改变尚未明确。本研究旨在细分丘脑并探讨SNHL后丘脑的结构、功能和血流改变。
  方法:本研究入组37例长期双侧SNHL患者和38例性别、年龄、体重指数和受教育程度匹配良好的健康被试。采集量化磁共振指标,包括丘脑相对体积、分数低频振幅(fractional amplitude of low-frequency fluctuation,fALFF)、全脑功能连接,其中fALFF关注频段为0.01-0.027Hz,0.027-0.073Hz及组合频段0.01-0.073Hz。25例SNHL患者及20例健康被试进行了后续动脉自旋标记序列采集。连续变量分析采用独立样本t检验,分类变量分析采用卡方检验,磁共振量化指标采用多重比较校正,FC分析采用双样本t检验。应用受试者工作特征曲线(receiver operating characteristic curve,ROC)分析中曲线下面积(Area under the curve,AUC)评估区分SNHL病人组与健康对照的鉴别效能。
  结果:与健康被试相比,SNHL患者丘脑相对体积、血流灌注未出现明显异常,但多个频段fALFF值降低。左侧前额叶丘脑与左腹侧前扣带回、脑岛、颞上回、小脑VⅢ叶FC连接降低;右侧前额叶丘脑与右侧颞极、颞上回、脑岛及左侧小脑VⅢ叶、脑岛、额中回、赫氏回、颞中回FC降低;左侧颞叶丘脑与左腹侧前扣带回FC降低。部分异常连接与SNHL认知功能呈正相关,且有较高鉴别患者组与正常组的效能(0.8<AUC<1)。
  结论:本研究采用多模态磁共振发现SNHL导致丘脑广泛性功能连接降低,丘脑功能抑制。
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