静息态功能磁共振在颞叶癫痫的应用新进展

任行玉，周志斌，高玉军

武汉科技大学附属天佑医院1神经内科，2精神科，湖北 武汉430064

颞叶癫痫（TLE）是成人中最常见的与定位相关的癫痫，通常对抗癫痫药耐药［1］。目前海马硬化是TLE最常见的病因，其他病因包括肿瘤、血管畸形、皮质发育畸形以及远处创伤、感染后或缺血性损伤等。TLE与广泛的颞和颞外病理相关，包括白质微结构的改变、皮质厚度的减少和功能连接性的破坏［2-3］。目前诊断癫痫的方法仍然以症状、电生理居多，脑电图检查中，发作期间的癫痫样放电是诊断癫痫的重要依据，但患者发作期较短，捕捉异常脑电波信号具有一定困难，故需要借助MRI进一步诊断。但普通MRI在TLE患者的诊断中不具优势，约30%的具有耐药性TLE的电子临床证据的患者在目视检查（MRI阴性TLE）中具有正常的MRI扫描，这在识别这些患者的癫痫发生区方面存在固有的困难［4-5］；但借助改进的技术，这些病例通常可以正确识别。近年来，对于TLE的研究已经转移到“功能”磁共振上。在“静止状态”下与大脑打交道。在没有任何感官或认知刺激的情况下，这里的焦点是大脑内在的活动。缺乏任务使静息态功能磁共振（rs-fMRI）对于可能难以完成任务指导的患者（例如神经系统疾病、神经外科疾病和精神疾病患者）以及儿科患者特别有吸引力［6］。过去20年中，rs-fMRI在研究和临床环境中的应用一直在增长［7-8］。本文将对可分析TLE 患者静止状态的fMRI数据的诸多方法进行逐一概述，这将帮助非专业人士熟悉rs-fMRI技术，以及如何将其应用于神经系统疾病、神经外科疾病和精神疾病患者中。

1 rs-fMRI技术总述

rs-fMRI研究的常用分析方法有以下几种：基于静息状态的低频振荡振幅（ALFF）分析方法；基于静息状态的种子点相关分析方法；基于静息状态的局部一致性（ReHo）分析方法；基于静息状态的独立成分分析方法（ICA）；小世界网络分析方法。

2 rs-fMRI不同方法在TLE中的应用

2.1 ALFF分析

ALFF 反映神经元的自发活动，其变化与该脑区基于血氧合水平依赖信号强度的变化呈正相关，ALFF值较高说明该脑区神经元活跃，由于ALFF 噪声较大，后又提出fALFF的分析方法，fALFF可以消除脑室高信号的影响，提高检测的敏感性和特异性。fALFF估计单个体素的自发神经活动的幅度，可通过评估ALFF 或fALFF值间接反映TLE患者病变区域。与健康对照组相比，TLE患者发现中颞叶，丘脑以及其他一些皮质和皮质下结构的fALFF升高［9］。有报道显示，患有内侧颞部硬化症（TLE中常见的结构异常）的TLE患者显示内侧颞叶和丘脑的ALFF 增加，而默认模式网络中的ALFF减少［10］。Tanoj等［11］发现，在海马旁回、额下回、额额上回、额中回、中脑和桥脑、岛突、颞下回、扣带回中ALFF值升高，这些区域激活的增加应归因于癫痫发作的开始和传播。在扣带回后部、楔形、小脑后叶、顶下小叶、颞上回和额叶亚回白质中发现ALFF值降低，这些区域与默认网络相关。暖色显示TLE和正常对照组之间的ALFF明显增加。冷色显示TLE和正常对照组之间的ALFF明显降低（图1）。Yang等［12］在丘脑的左和右TLE患者之间注意到fALFF的差异。除了定位激活区域外，通过fMRI测量的血液氧合低频同步波动还可用于识别大脑网络。跨大脑区域的fMRI信号的相关性称为功能连通性。在休息状态下测量的受试者处于清醒状态，闭眼，癫痫发作对侧的颞叶区域的功能连通性增加，癫痫发作的同侧减少［13］。这些功能磁共振成像研究表明，进行性癫痫发作会改变功能连接性。功能连接映射可能会识别出这些变化，以区分病变两侧。

图1 大脑的轴结构图Fig.1 Axial map of the brain.

2.2 基于种子的功能连接分析

FC表示的是空间上有一定距离的神经生理活动之间的相关性，通常用ICA检测出的功能网络中各个脑区作为感兴趣区（ROI），考察ROI 之间或ROI 与全脑体素之间的线性相关程度，由此判断是否与ROI在功能上有较高相似性，即有无功能连接。基于种子的相关性分析估计了预定义区域（“种子”）与大脑周围所有其他体素之间的关系。Liu等［14］采取基于种子的方法，使用rsfMRI在癫痫灶附近靠近感觉运动区的患者中成功定位感觉运动区。

2.3 ReHo

ReHo分析是基于体素的度量，用于根据给定体素的时间序列与其最近邻居的时间序列之间的相似性。它测量相邻区域的同步性（相当于城市中“市区”与“郊区”之间的交通协调性）（图2）。ReHo值越高，表示区域脑部活动的连贯性和中心性越高。较高的连贯性和中心性通常与（但不一定）与高活动相同［15］。ReHo值增高表示局部脑区的神经元活动在时间上趋于同步，ReHo值降低则表示局部脑区神经元活动异常。ReHo明显增加分布在同侧海马旁回、中脑、岛状、call体、双侧感觉运动皮层和额顶叶皮层下结构。此外，发现这些区域的ReHo升高与癫痫活动有关。在默认模式网络中发现ReHo降低，癫痫活动可能从颞叶扩散到其中［9］。与低代谢相同，ReHo的增加并不局限于局灶性脑区域，而是包括颅内脑电图研究报告的TLE网络。ReHo的增加可能是由于癫痫神经元的尖峰增加，并且与癫痫网络中的发作间期癫痫活动有关［16］。

ReHo升高的结果大多与默认模式网络重叠，默认模式网络在健康志愿者的静止状态下被激活。（对于不同类型的患者，可能在静止状态的其他大脑区域中检测到异常的ReHo发现）ReHo结果反映了区域神经活动；ReHo专注于区域活动的连贯性和中心性；T表示峰强度。

2.4 ICA

ICA是一种数据驱动的方法，可将全脑血氧合水平依赖信号分解为许多有贡献的体积空间图及其关联的时程，从而使组件的空间独立性最大化。事实证明，ICA是一种有效且强大的工具，可将低频静止状态模式与以各种时空分辨率采集的数据隔离开。目前为止，ICA已成为分析功能磁共振成像数据的一种非常流行的方法，它不需要对血液动力学响应函数或感兴趣的种子区域进行先验定义，并且能够捕获时空受试者间的变异性［17-21］。ICA最初被建议用于解决各个领域中的源盲分离问题，后被证明在分析fMRI和其他类型的生物医学数据方面是成功的，ICA在rs-fMRI数据分析中得到了广泛的应用。

图2 局部一致性分布图Fig.2 Image of ReHo.

2.5 图分析

大脑网络的图形理论网络分析亦称“小世界”网络分析方法。它是通过边缘连接的节点集来量化区域之间大脑连通性的一般结构特征。大量研究表明，健康的大脑网络显示出高度的小世界性，这可以在局部聚类（高度有序的常规网络的特征）和远程连接（低端的特征）之间取得平衡［22］。它可能会使网络向癫痫发作的特性同步振荡［23］。TLE是成人癫痫的最常见形式，并被越来越多地认为是一种涉及异常癫痫发生网络的疾病，而不是单一的局灶性癫痫发生源［24］。癫痫发作的发作间期和发作期网络变化不仅是由于细胞外离子和神经递质失调所致以及单神经元和局部神经元群体水平上的兴奋性改变，也来自大脑不同部位的神经元群体之间的远程连接重构。图论是一种有前途的数学方法，可用于建模随机变量之间的相互依存关系，该方法已应用于神经生理学和神经影像学数据，能够阐明TLE中脑网络结构的各个方面［25］，如阐明有利于TLE病理生理的脑拓扑特征，包括癫痫发作的开始和扩散。用图论方法了解TLE的病理生理学，相当于提供一个连贯的模型，以检查基于细胞培养和模拟模型的单神经元水平以及基于神经影像学和神经生理学的人群水平的连通性的结构和功能变化测试。它还可以从全局和区域网络的角度量化表征脑拓扑的各种度量，并通过估计区域间依赖性来对结构和功能连通性进行建模，从而为大脑连接组提供了一个现实的模型。因此，图论方法用于TLE可以检测到颞叶内部和外部的大脑拓扑变化。

3 总结

新的神经影像技术代表了神经病学发展的广阔前景。静止状态下的功能磁共振成像因具有无创性，扫描时间短，分辨率高和易于获取数据的特点，相对于其他技术而言，是一种潜在的优势。rs-fMRI作为一种成像技术，在表征各种临床情况下正常和异常的功能性大脑连接方面起着越来越重要的作用。文中各种资料都支持该技术对更好地研究TLE患者，明确癫痫发生部位的位置以及为神经专科医生提供有价值的信息的重要性。迄今为止，有几种不同的方法和技术可用于分析rs-fMRI数据，并且可用方法的数量正在不断扩大。通过了解每种处理方法，有利于更好的掌握rs-fMRI在TLE中的应用。同时，该技术也有一定的局限性，首先所有1.5T和3T设备都需要生态平面程序，同时还需要一支专业的团队和易于使用的后处理程序。目前国内从事这方面研究的团队较少，所以也很难将静息态功能磁共振技术作为诊断TLE的新标准，但是在未来的发展中，我们仍有可能将其作为TLE的补充技术。