血氧水平依賴效應(yīng)功能磁共振成像觀察親和性聾人聽覺中樞的變化

bold-fmi通過測(cè)量局部腦組織的血液動(dòng)力學(xué)變化來獲得棕櫚興奮信息。許多學(xué)者借助BOLD-fMRI對(duì)人腦的一些功能進(jìn)行了深入的研究，例如運(yùn)動(dòng)、視覺、語言、痛覺等。但是由于設(shè)備噪聲的影響，對(duì)聽覺的研究相對(duì)滯后，尤其對(duì)聾人的聽覺研究更為少見。隨著BOLD-fMRI軟、硬件的飛速發(fā)展，對(duì)噪聲的認(rèn)識(shí)更深入，減少噪聲影響的方法逐漸成熟。本研究用純音刺激正常人和感音性聾人，旨在觀察和比較正常人和感音性聾人腦聽覺中樞的興奮情況。1材料和方法1.1．兒童神經(jīng)及智力發(fā)育正常實(shí)驗(yàn)分兩組，正常人組和聾人組。正常人組包括30名醫(yī)學(xué)生，男14名，女16名，年齡范圍20～36歲，平均25歲，雙耳聽力正常。聾人組包括30名聾啞人，男18名，女12名，年齡范圍13～18歲，平均16歲，均無其他神經(jīng)及精神疾病史，身體、智力發(fā)育正常；均為后天藥物致聾，致聾時(shí)間為1～16年，平均4年；電測(cè)聽示感音神經(jīng)性聾，骨、氣導(dǎo)為一致下降型，左耳聽力70～105dBHL，右耳聽力70～110dBHL。1.2semi掃描參數(shù)采用GE公司1.5T磁共振全身掃描儀。對(duì)所有受試者行T1權(quán)重成像（T1weightedimage,T1WI）和功能磁共振（functionalmagneticresonanceimaging,fMRI）掃描。fMRI掃描采用EPI技術(shù)。成像參數(shù)：TR3000ms,TE40ms，反轉(zhuǎn)角90度，BH62.50KHz。FOV24cm×24cm，矩陣128×128。層厚7mm，層間距1mm，共20層，包括全腦范圍。1.3其他參數(shù)的刺激聲音刺激采用組塊設(shè)計(jì)，聲音刺激用1000Hz純音，強(qiáng)度140dBSPL，持續(xù)時(shí)間500ms，刺激間隔500ms，刺激施加頻率1Hz。所用的純音用GOLD-WAVE軟件經(jīng)計(jì)算機(jī)模擬產(chǎn)生。對(duì)照狀態(tài)時(shí)不施加聲音刺激，其他與刺激狀態(tài)相同。檢查過程中受試者保持身體靜止，自然閉眼，均勻呼吸，注意聽耳機(jī)內(nèi)的聲音。刺激內(nèi)容通過RT公司goggle系統(tǒng)施加，其耳機(jī)為特制的壓耳式。MRI設(shè)備的噪聲是影響有關(guān)聲音刺激的主要因素，本機(jī)房的本底噪聲約為100dB，本研究采取的抑制噪聲的措施包括：(1)刺激聲音采用1000Hz的頻率，這樣可以與機(jī)器噪聲的頻率有一定的差別，受試者可以在噪聲背景中容易識(shí)別目標(biāo)聲音。(2)目標(biāo)聲音的音量盡量放大，本試驗(yàn)中采用的聲音強(qiáng)度為140dB，這樣可以使機(jī)器噪聲相對(duì)較小；(3)囑受試者盡量將注意力集中于目標(biāo)聲音，注意力集中于刺激聲音會(huì)明顯增加聽覺中樞的激活；(4)試驗(yàn)前，受試者進(jìn)入MRI設(shè)備內(nèi)適應(yīng)噪聲環(huán)境，逐漸形成對(duì)噪聲的注意力下降；(5)對(duì)照刺激的設(shè)計(jì)除目標(biāo)聲音外嚴(yán)格仿照任務(wù)刺激，因此可以在機(jī)器內(nèi)部數(shù)學(xué)運(yùn)算中最大程度“減去”非刺激成分；(6)受試者的聲音刺激通過特制的耳機(jī)施加，該耳機(jī)不僅可以高保真地傳遞目標(biāo)聲音，而且可以大幅度減低機(jī)器噪聲；(7)受試者頭部和身體下面墊上柔軟的棉墊，籍此減少經(jīng)由身體傳遞的震動(dòng)。1.4像素2個(gè)像素和連續(xù)激活區(qū)用SPM99軟件進(jìn)行預(yù)處理和統(tǒng)計(jì)分析。激活范圍閾值設(shè)定為10個(gè)像素，即連續(xù)激活像素?cái)?shù)達(dá)到10個(gè)以上的區(qū)域被認(rèn)為是有意義激活區(qū)。用SPSS12.0forWindows軟件對(duì)各腦功能區(qū)的激活強(qiáng)度行t-檢驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)閾值概率設(shè)定為p<0.05。2結(jié)果2.1腦內(nèi)音刺激試驗(yàn)30例正常受試者中，右側(cè)顳橫回、顳平面前極及顳平面和左側(cè)顳橫回、顳平面前極及中央前回激活出現(xiàn)率最高（100%）。而左側(cè)顳平面和左側(cè)小腦半球則只有9例激活，而且激活強(qiáng)度較其他腦區(qū)低。正常人接受純音刺激時(shí)，兩側(cè)初級(jí)聽覺中樞-顳橫回、次級(jí)聽覺中樞-顳平面前極和顳平面明顯激活；除聽覺中樞激活外，位于外側(cè)裂周圍的中央前回、中央后回、顳上回（除除顳橫回、顳平面前極、顳平面以外的部分）、緣上回和額下回均表現(xiàn)明顯的激活，且激活強(qiáng)度和激活的像素?cái)?shù)很高（圖1）。枕葉和小腦半球的激活在右側(cè)半球表現(xiàn)得更為顯著。2.2區(qū)域結(jié)構(gòu)的激活聾人純音激活腦區(qū)與正常人相似，兩側(cè)初級(jí)、次級(jí)聽覺中樞亦明顯激活。除聽覺中樞激活外，位于外側(cè)裂周圍的中央前回、中央后回、緣上回和額下回均表現(xiàn)明顯的激活，兩側(cè)中央前、后回激活強(qiáng)度和激活的像素?cái)?shù)很高；右側(cè)枕葉激活較對(duì)側(cè)更顯著，右側(cè)小腦半球可見較弱的散在點(diǎn)狀激活區(qū)（圖2）。將正常人和聾人各腦區(qū)的激活強(qiáng)度進(jìn)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，正常人激活強(qiáng)度顯著高于聾人的腦區(qū)有：兩側(cè)顳橫回、顳平面前極、額下回、左側(cè)顳上回、右側(cè)顳平面（P<0.05）。聾人激活強(qiáng)度顯著高于正常人的腦區(qū)有：兩側(cè)枕葉、中央后回、中央前回（P<0.05）；兩組無明顯差異的腦區(qū)為兩側(cè)小腦半球、左側(cè)顳平面、兩側(cè)緣上回、右側(cè)顳上回（P>0.05）（表-1）。3討論3.1正常患者的聲音刺激情況本研究30例聾人均為藥物中毒性聾，屬于感音神經(jīng)性聾的一種。大部分聾人受試者均表現(xiàn)兩側(cè)顳橫回激活和次級(jí)聽覺中樞顳平面前極、顳平面的激活，其激活模式與正常人無明顯差別。本結(jié)果符合臨床對(duì)耳聾患者的觀察，一般的耳聾患者，尤其是后天性耳聾者都有一定的殘余聽力，完全喪失聽力者較少。本試驗(yàn)采用了大音量的聲音刺激，大部分耳聾患者在這種刺激強(qiáng)度下都可以或多或少地聽到聲音。經(jīng)檢查后調(diào)查，83%的聾人受試者表示能聽到聲音，但比正常受試者聽到的聲音要小得多。對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，正常人接受純音刺激時(shí)聽覺中樞激活比聾人接受同樣刺激的激活要強(qiáng)。以P<0.05為標(biāo)準(zhǔn)，除左側(cè)顳平面以外的兩側(cè)聽覺中樞均顯示顯著性差異，以右側(cè)表現(xiàn)更明顯。本研究的聾人和正常人受試者接受同樣SPL的純音。客觀上兩個(gè)聲音相同，但感覺上聾人聽到的聲音卻要小很多。同樣的140dB的聲音對(duì)于聽閾為10dB的正常人相當(dāng)于閾上130dB，而對(duì)于聽閾為80dB的聾人則相當(dāng)于閾上60dB。筆者認(rèn)為正是這種實(shí)際感受的差異造成了聾人聽覺中樞激活要弱于正常人。在一定程度上，本研究中聾人和正常人聽相同SPL的聲音，相當(dāng)于正常人兩次聽不同SPL的聲音。曾經(jīng)有研究證實(shí)隨SPL的提高兩側(cè)聽覺中樞的激活明顯增加，以初級(jí)聽覺中樞為主。Jancke對(duì)14個(gè)正常受試者的聲音刺激的SPL從75dB逐漸增加到95dB，兩側(cè)初級(jí)和次級(jí)聽覺中樞（BA41/42）激活體積均有明顯增加，但信號(hào)強(qiáng)度增加不明顯。在腦磁圖的研究中也得到了相似的結(jié)果，Bilecen采用1000Hz的純音，在不同的SPL下研究，發(fā)現(xiàn)兩側(cè)聽覺中樞的激活強(qiáng)度隨SPL的增加明顯增強(qiáng)。且該研究還發(fā)現(xiàn)隨著SPL增加，激活中樞有輕度向后內(nèi)方向移位的趨勢(shì)。本研究的現(xiàn)象符合上述不同SPL變化對(duì)聽覺中樞的影響，但尚不宜完全用SPL的不同來解釋兩類人群間的差異，畢竟聾人存在聽覺器官損壞、聽覺習(xí)慣改變、中樞重組等情況，對(duì)此問題尚需深入的研究。3.2視覺皮質(zhì)激活正常人和聾人的兩側(cè)枕葉均表現(xiàn)明顯的激活。枕葉的激活區(qū)域集中在距狀溝的附近以及鄰近的視輻射范圍內(nèi)。眾所周知，距狀溝附近的皮層為視覺中樞，該部位激活一般都發(fā)生在視覺刺激時(shí)。但是，本研究所有受試者在檢查過程中都要求閉眼，而且任務(wù)刺激和對(duì)照刺激中受試者的狀態(tài)一致，因此不能完全用檢查中的視覺刺激來解釋枕葉的激活。這種跨感覺區(qū)域的激活首先在視覺的研究中被發(fā)現(xiàn)。Charles的MEG研究發(fā)現(xiàn)盲人的視覺區(qū)域被用來執(zhí)行聽覺的功能。在另一項(xiàng)使用MEG的研究中,Eva發(fā)現(xiàn)聾人接受視覺刺激可以引起聽覺皮層激活。在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)如果原有的一種感覺模式缺乏相應(yīng)的沖動(dòng)傳入，人腦可以將負(fù)責(zé)該功能的腦區(qū)重組，重新賦予該腦區(qū)新的感覺功能。人腦的這種能力被稱為：感覺模式交互可塑性（cross-modalplasticity）。對(duì)于這種感覺模式交互可塑性有不同的學(xué)說，一種學(xué)說認(rèn)為：大腦皮層下負(fù)責(zé)多種感覺通路的結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，當(dāng)它們失去了來自某一種通路的刺激時(shí)，其突觸就會(huì)被其他尚存的感覺道接管。另一種學(xué)說認(rèn)為：這種現(xiàn)象是因有皮層間潛在的、預(yù)先存在的聯(lián)系所致。感覺模式交互可塑性是該橫向聯(lián)系被激發(fā)了，因而可以發(fā)生視覺皮層作為聽覺皮層使用或聽覺皮層作為視覺皮層使用的現(xiàn)象，而不存在皮層下結(jié)構(gòu)導(dǎo)向的變化。上述的報(bào)告都是在某種感覺受損時(shí)的結(jié)果。而在本研究中發(fā)現(xiàn)正常人接受純音刺激時(shí)就表現(xiàn)明確的視覺皮層激活，即正常人聽覺刺激可以在視覺中樞進(jìn)行輔助處理。這種現(xiàn)象是否可以理解為視覺和聽覺模式之間存在著固有的皮層間聯(lián)系，在此基礎(chǔ)上，這些中樞才能在某一項(xiàng)功能受損時(shí)去加強(qiáng)另一種功能。本研究還發(fā)現(xiàn)聾人接受聲音刺激時(shí)視覺皮層的激活較正常人強(qiáng)，提示耳聾時(shí)聽覺和視覺皮層之間的功能發(fā)生了新的重組。有關(guān)此類的研究文獻(xiàn)報(bào)道很少，但Weeks的研究得到了與本研究近似的結(jié)果。他使用PET研究正常人和聾人聽覺刺激反應(yīng)，觀察到聾人右側(cè)枕葉視覺中樞參與聽覺的處理，且發(fā)現(xiàn)右側(cè)枕葉和右側(cè)頂下小葉具有相同的代謝活動(dòng)。3.3腦區(qū)聯(lián)合處理除枕葉外，本研究在純音刺激中還發(fā)現(xiàn)了其他腦區(qū)激活。其中包括額下回、緣上回、中央前回和中央后回，而且聾人中央前、后回的激活較正常人顯著。這些腦區(qū)大都位于聽覺中樞周圍，反映了人腦對(duì)各種傳入信息進(jìn)行多部位聯(lián)合處理的特征。Bushara的研究比較了聽覺和視覺的輔助處理腦區(qū)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在兩側(cè)頂葉和額下回存在著廣泛的區(qū)域，以整合分析聽覺和視覺的信息。這些腦區(qū)互相聯(lián)系，以大腦特有的網(wǎng)絡(luò)模式來對(duì)各種感覺