基于fMRI的脑卒中后运动性失语症的动词产生脑机制研究

祖丽皮努尔·阿卜杜萨迪克，席艳玲，马晓婷，祖合热·肉孜

(新疆医科大学第一附属医院康复医学科，乌鲁木齐830054)

据报道失语症发病率约占脑卒中患者的21%～38%[1]，运动性失语症（BA）是失语症最常见的类型。BA为主要位于左侧额下回后部及其邻近区的病变引起的一种非流利性失语，主要表现为言语不流利，复述较差，听理解相对较好，但言语表达障碍，从而对BA患者身心造成巨大伤害，严重影响其日常生活交流及生活质量。由于脑卒中后运动性失语的发病机理及恢复机制不明确，并且脑功能区的变化和语言功能恢复的关系仍不完全清楚，使得脑卒中后运动性失语的恢复缺乏理论依据。因此研究脑卒中后运动性失语脑功能区变化是目前研究热点问题。本研究在对BA患者和正常人进行语言功能测评的基础上，联合动词产生任务下的血氧水平依赖功能磁共振成像（BOLD-MRI）技术，研究脑卒中后BA患者的脑激活区特征，分析其与正常人的脑激活差异区，初步探讨脑卒中后运动性失语症的动词产生机制，为脑卒中后运动性失语症的治疗提供参考依据。

1 资料和方法

1.1 临床资料选取2014年1月—2015年1月新疆医科大学第一附属医院收治的脑卒中运动性失语症患者31例纳入失语症组，选择该院同期健康体检者36例纳入正常组。失语症组患者的病程7～420 d，平均（179.5±248.6）d，波士顿诊断性失语症检查（Theboston diagnostic aphasia,BDAE）失语症严重程度1级者9例，2级者12例，3级者5例，4级者5例。正常组与失语症组在性别、年龄、受教育年限方面差异均无统计学意义(P＞0.05)，具有可比性，详见表1。

1.2 纳入标准和排除标准

1.2.1 失语症组纳入标准（1）首次发病，诊断为脑梗死或脑出血；（2）经语言功能评估诊断为BA；（3）此次发病前语言功能正常；（4）年龄20～75岁；（5）受教育年限＞6年；（6）右利手；（7）签订知情同意书，自愿参加并能够配合实验。

1.2.2 失语症组排除标准（1）多次发病者；（2）发病前有言语障碍者；（3）严重认知障碍者；（4）不合作者；（5）视力、听力明显障碍者；（6）MRI检查禁忌者。

1.2.3 正常组纳入标准（1）语言功能正常；（2）年龄、性别及受教育年限与失语症组匹配；（3）同失语症组纳入标准（6）、（7）。

1.2.4 正常组排除标准（1）言语及严重认知障碍者；（2）能够导致语言功能障碍的所有疾病者；（3）同失语症组排除标准（4）、（5）、（6）。

1.3 语言行为学测评和利手评定采集临床信息，包括性别、年龄、病程及头颅CT或MRI检查情况。采用简易智力状态检查量表（Mini-mental State Examination,MMSE）和蒙特利尔认知评估量表（Montreal Cognitive Assessment,Moca）进行认知功能筛查，排除严重认知功能障碍。于功能性磁共振成像(functional magneticresonance imaging,fMRI)检查前1 d对失语症组采用汉语标准失语症检查法进行语言行为学测评，测评内容包括口语表达(包括患者的信息量、流利性、系列语言、复述、命名能力)、听理解(包括是否题、听辨认、口头指令)、阅读(包括视读、听字辨认、字画匹配、读指令执行、填空)及书写任务(姓名、地址、抄写、听写、系列书写、看图书写、自发书写)。利手评定使用标准利手评价量表。

1.4 研究方法

1.4.1 试验设计试验采取组块设计模式(block design paradigm)的动词产生任务,以刺激态与静息态交替的流程进行功能扫描,扫描初始的18 s作为采集信号数据的基线，不纳入统计，之后进入9个组块序列，每个组块序列包含30 s刺激态和30 s静息态。一个刺激组块包含6个不同的名词，首先在屏幕中央呈现1个单字名词，时间为2 s，要求被试以默读的形式读取名词，接着在屏幕中央呈现“+”号，时间为3 s，要求被试尽可能多地联想与单字名词相关的二字动词，单字名词呈现和动词联想两种状态轮替出现6次。然后进入30 s静息态，此时呈现白屏，要求被试脑部尽可能不产生任何联想。试验中所采用的词汇均为高频名词。

试验正式开始前用试用版语言任务对被试进行模拟训练，使其了解和熟悉试验的原理和过程，减少被试的紧张、焦虑等情绪，最终确定被试配合并能够顺利完成试验。为了减少“练习效应”，试用版的名词与正式实验版的不同。在试验过程中被试取仰卧位，头部和线圈之间的空隙用海绵填塞，要求被试身体保持不动，平静呼吸，注视显示屏中央，以默读形式完成语言任务。试验结束后，通过即时反馈了解被试在磁场环境中的情绪状态，并判断被试的任务完成情况。

表1正常组和失语症组一般资料比较

1.4.2 图像采集采集图像采用GE signal 3.OT超导磁共振仪，用8通道头线圈接收信号。首先用3D薄层扫描序列，获取颅脑横轴面T1加权像，扫描的具体参数为：TR/TE550 ms/67 ms，层厚1.0 mm，无间隔，观察野（FOV）24 cm×24 cm，矩阵32 cm×19.2 cm，从颅底到顶叶共136层。再用梯度回波平面成像（gradient-echo echo-planar imaging，GRE-EPI）序列，进行BOLD信号的数据采集，扫描参数为:TR/TE2000 ms/30 ms，层厚5 mm，无间隔，翻转角90°，FOV24 cm×24 cm,矩阵96 cm×96 cm，从颅底到顶叶共25层，每层采279帧，共采集6 975幅图像，采集时间为558 s。

1.4.3 数据分析数据采集完毕后，基于Linux操作系统（CentOS 6.5），运用FSLv5.0（Functional MRI of the Brain software library,FMRIB）软件将采集的功能像数据进行处理与分析。功能数据处理步骤为：（1）数据预处理。通过MRICroN预处理包括用脑提取算法（brain extraction tool，BET）将结构像数据中的皮肤与骨骼组织剥离，头动校正、采集时间校正，将功能图像与结构像配准，随后标准化到标准化空间（MNI）模板，高通滤波为128 Hz，再进行空间平滑（FWHM=8 mm），将预处理后的数据进行统计分析。（2）一般线性模型分析中，Bold信号的时间序列的起始时间为0 s，持续时间为30 s。在建模中，采用血液动力学反应模型（Canonical Hemodynamic Response Function,HRF）进行个体分析。（3）组间分析。由有限元分析工具（FEAT）完成，得到正常组和失语症组的对比结果。

1.5 统计学分析运用SPM8.0软件包对数据进行统计分析。组内分析均采用单样本t检验，组间分析采用两样本t检验，统计阈值设定为P＜0.05（校正）,激活体积阈值设定为90个体素。最后将两组激活图和差异图叠加在标准化空间（MNI）模板上显示，观察并记录有统计学意义的体素所在脑区、MNI坐标及其激活强度。

2 结果

通过一般线性建模（GLM）对正常组和失语症组进行全脑的分析。两组相比，正常组在左侧额中回、左侧缘上回、左侧梭状回、左侧舌回、左侧额上回、脑干和右侧中央前回有显著激活，并且激活强度显著大于失语症组(P＜0.05)；失语症组在左侧颞横回有显著激活，并且激活强度大于正常组(P＜0.05)。详见图1和表2。

图1正常组和失语症组对比的激活图

表2正常组和失语症组对比的激活区域的坐标及相关信息

3 讨论

本研究两组相比，正常组在左侧额中回、左侧缘上回、左侧梭状回、左侧舌回、左侧额上回、脑干和右侧中央前回有显著激活，且大部分激活脑区集中在左侧大脑，进一步证明了运动性语言功能存在偏侧化现象，与大多数研究结果契合[2-3]。激活脑区中额中回在额叶，缘上回在顶叶，梭状回在颞叶，舌回在枕叶，即正常组在左侧额、颞、顶、枕叶脑区均有激活，其中额、颞、顶叶激活强度较明显，与以往的研究结果一致[4]，提示高级语言需要复杂的额-颞-顶网络共同完成。

在正常组激活脑区中，左侧额中回激活强度最大，且激活强度较其余激活脑区更显著。左侧额中回皮层主要参与语言的产生。Turken等［5］研究认为，左侧额中回皮质受损是认知功能障碍发生的重要原因，而认知功能与言语功能之间密不可分，互相影响。另外，有研究证实左侧额中回在语言理解中也占有重要位置［6］。近年来有研究发现，经典Broca区并不仅仅为传统的左侧额下回岛盖部，还延伸至额叶的其他区域，包括左侧额中回[7]，并且认为左侧额中回参与词语的提取，语音加工和语义处理（如选择、比较、判断等）以及词汇工作记忆过程[8]。Havas等[9]报道，经颅磁刺激对左侧额中回产生抑制作用时，动词的加工时间会延长，名词加工时间不变，但刺激Broca区，动词加工不受影响，从而认为左侧额中回在动词加工中至关重要。因此左侧额中回的显著激活提示其可能不仅参与语音、语义分析，而且在动词加工中起关键作用。

正常组在右侧中央前回有显著激活，且激活强度显著大于失语症组。基于fMRI的中文词语加工脑机制研究[10]发现：与抽象词相比，具体词在右侧中央前回有显著激活，认为其参与了具体词的语义加工处理，而本研究中的名词均为具体词，右侧中央前回可能参与了词义加工。Passeri等[11]发现Broca区的亚区及右侧大脑半球相应区域均参与语言加工。右侧中央前回不仅是Broca镜像区邻近区，可能有一定的语言功能，并作为大脑前额叶的运动性皮质区，参与动作性意义的激活。

本研究结果显示，失语症组在左侧颞横回有显著激活，并且激活强度大于正常组(P＜0.05)。有研究表明失语症患者外侧裂周语言相关脑区虽然较正常人少，但仍有Broca区镜像区及其它未受损的脑区激活[12]，本研究结果与此不一致，可能由于：（1）为减少假阳性率，脑激活体积阈值设定略高，导致检出率下降；（2）本研究入组的BA患者失语症严重程度较高。国内外研究者发现BA患者存在动-名词分离现象[13-14]，即动词产出困难而名词感知相对完好。本研究中对失语症组进行语言行为学测评，发现其名词反应、听理解、阅读理解测评得分明显比复述和书写测评得分较高，说明与表达能力相比，失语症组的名词识别和理解能力相对保留。其次，失语症组左侧颞横回激活体素较高，左侧颞横回作为初级听觉皮层,主要感知语音编码时的内在发声[15]。本研究中的动词产生任务采用默读方式，需要语言规划及协调（如音韵编码、构音和语音编码）的相关区域激活，因此左侧颞横回的显著激活提示其参与名词的语音处理，进一步说明患者的名词感知相对保留，与国内外研究结果相一致[13-14]，认为BA患者可能均存在动-名词分离现象。

组间对比结果有可能会受病灶部位大小范围、病程及失语症严重程度的影响，而本研究中患者脑损伤部位不完全一致，病程1周至14个月不等，因样本量不多，尚未对失语症病程进行分层，患者的失语症严重程度较高，从而导致失语症组激活强度比正常组显著的脑区较少。不同时期的BA脑功能区变化，BA各阶段的脑功能重组机制需要进一步扩大样本量，按病灶部位和大小分组，对病程和失语症严重程度进行分层，延长纵向研究时间加以分析。