BRAIN：腦小血管病中長程白質(zhì)纖維的損傷影響失語嚴(yán)重程度

語言在高級認(rèn)知功能中扮演著極為特殊的位置。一方面，語言是高度實踐化和高度自動化的，它的加工有著相對獨立的網(wǎng)絡(luò)模塊。另一方面，語言的產(chǎn)出和感知與大腦中多個初級和高級認(rèn)知功能系統(tǒng)存在密切的交互，這就要求語言這一功能的正常表征需要大腦網(wǎng)絡(luò)中長距離連接的直接支持，從而實現(xiàn)不同區(qū)域的快速高效的信息交換。支持語言信息處理的長距離纖維束的不斷確認(rèn)也說明了這一點。而在各種不同的腦損傷、腦疾病以及腦老化過程中，語言功能的受損也往往表現(xiàn)出一定的相似性，這種行為表征相似的背后是否存在著相似的神經(jīng)底物呢？

不少研究發(fā)現(xiàn)白質(zhì)高信號是腦疾病或腦老化等引起的腦小血管疾病的重要癥像之一。但我們?nèi)耘f不清楚這種癥像在疾病和高級認(rèn)知功能損傷表現(xiàn)這二者之間扮演著什么樣的角色。為了回答這一問題，南卡羅萊納醫(yī)科大學(xué)的研究者在雜志《Brain》上發(fā)文，通過T1、T2組織成像和彌散張量成像方法探索了白質(zhì)高信號與慢性失語嚴(yán)重程度的潛在病理生理學(xué)聯(lián)系。

研究提出兩個假設(shè)：

（1）白質(zhì)高信號與任何長度的纖維損傷相關(guān)，但是相對于中短程白質(zhì)纖維，長程纖維損傷所占比例更高；

（2）長程纖維損傷數(shù)量介導(dǎo)腦白質(zhì)高信號與慢性卒中后失語嚴(yán)重程度之間的關(guān)聯(lián)。

研究方法：

該研究測量了48例慢性卒中后失語癥患者的側(cè)腦室旁及深部腦白質(zhì)高信號的嚴(yán)重程度，計算短、中、長程纖維的數(shù)量及所占比例。通過相關(guān)與中介分析評估白質(zhì)高信號、連接纖維長度測量值及失語嚴(yán)重程度之間的關(guān)聯(lián)。其中失語嚴(yán)重程度由Western AphasiaBattery-Revised (WAB-AQ)量表評估其失語指數(shù)。

研究結(jié)果：

側(cè)腦室旁與深部腦白質(zhì)高信號越嚴(yán)重，長程纖維所占比例越低（r =-0.423, P = 0.003；r = -0.315, P = 0.029），同時伴隨著短程白質(zhì)纖維所占比例越高（r = 0.427, P =0.002 and r = 0.285, P = 0.050）。側(cè)腦室旁白質(zhì)高信號越嚴(yán)重，中程纖維所占比例越低（r = -0.334, P =0.020），然深部白質(zhì)高信號與之不相關(guān)。

中介分析顯示：

（1）側(cè)腦室旁白質(zhì)高信號對于WAB-AQ總影響顯著（standardized beta = -0.348,P = 0.008）；

（2）側(cè)腦室旁白質(zhì)高信號對WAB-AQ直接影響不顯著（P > 0.05）；

（3）側(cè)腦室旁白質(zhì)高信號對失語嚴(yán)重程度間接影響顯著，高信號越重、失語越嚴(yán)重，該關(guān)聯(lián)受到長程白質(zhì)纖維及短程白質(zhì)纖維所介導(dǎo)。

結(jié)論：

腦小血管病通過長、短程白質(zhì)纖維比例的改變影響慢性失語嚴(yán)重程度。該發(fā)現(xiàn)為觀察腦小血管病與大腦健康及慢性失語嚴(yán)重程度的病理生理學(xué)關(guān)系提供了深入了解。

引言：

除了腦微出血、腔隙性腦梗死，白質(zhì)高信號（WMH，也稱為腦白質(zhì)疏松癥）是腦小血管疾病的重要征象之一。腦白質(zhì)高信號通常被認(rèn)為側(cè)腦室旁及深部腦白質(zhì)MRI異常，T2WI或FLAIR高信號。WMH影響高達(dá)95%的60歲以上老年人，與心血管疾病、新發(fā)或復(fù)發(fā)卒中、癡呆、心腦血管疾病危險因素如：低灌注、高血壓、糖尿病、腎功能減低密切相關(guān)。WMH與認(rèn)知下降、卒中預(yù)后不良相關(guān)，包括：持續(xù)語言障礙（命名、流暢度），吞咽障礙、生理與認(rèn)知障礙以及總體功能障礙。

目前不乏WMH與卒中預(yù)后關(guān)系的研究，但是尚無研究揭示介導(dǎo)其關(guān)系的潛在的病理生理學(xué)機(jī)制。越來越多的研究認(rèn)為，腦白質(zhì)內(nèi)長程纖維軸索為遠(yuǎn)距離腦灰質(zhì)連接提供整合，短程纖維提供腦灰質(zhì)局部分割（軸索是神經(jīng)纖維的組成部分，神經(jīng)纖維內(nèi)部是軸索，外面包繞著髓鞘，其中軸索是由許多神經(jīng)元軸突和長的樹突構(gòu)成。）。盡管長程軸索對于維持網(wǎng)絡(luò)組織及效率至關(guān)重要，但他們較短程纖維數(shù)量更少，所需能量更多。其所消耗能量多的原因在于其具有更高的軸向電流成本及鈉流入以促進(jìn)動作電位軸向傳導(dǎo)。為期3年的縱向研究發(fā)現(xiàn)較高的能量消耗可能導(dǎo)致長程纖維對微血管病理的改變尤其敏感，WMH隨時間推移沿相關(guān)長程纖維發(fā)展逐漸加快，例如：上下縱束、額枕束、弓狀束。

因此，腦小血管病可能會引起長程白質(zhì)纖維束結(jié)構(gòu)逐漸衰退，從而導(dǎo)致患者在腦損傷后受到不利影響更大，例如卒中。語言為一種復(fù)雜的認(rèn)知功能，需要知識聯(lián)想、信息整合、語義、語法、形態(tài)學(xué)以及語音映射。長程纖維作為多模整合所必需，對于缺血更易受到影響，該研究假設(shè)長程纖維的損傷可能是腦白質(zhì)高信號與慢性失語嚴(yán)重程度的中介因素。

研究方法：

被試：

通過回顧性收集一項正在進(jìn)行的前瞻性多中心研究的被試，該研究為慢性失語癥患者治療后恢復(fù)情況的預(yù)測因子。在為期21個月的時間跨度內(nèi)，被試右側(cè)大腦半球經(jīng)歷出血性或缺血性卒中至少12個月，年齡21-80歲，根據(jù)WAB-R（Western AphasiaBattery-Revised）量表診斷失語。共48名被試被納入研究。被試信息如下表1，圖1為所有被試腦損傷的重疊。

白質(zhì)高信號評分：

采用由Fazekas等人于1987年完善的(the Fazekas scale)評分量表，評估左側(cè)大腦半球（病灶對側(cè)半球）白質(zhì)高信號的表現(xiàn)與程度，因為該研究分析的是腦小血管病的影響，而非大血管損傷導(dǎo)致白質(zhì)損傷造成的失語。通過T2 MRI，對側(cè)腦室旁WMH（PVH）、深部腦白質(zhì)WMH（deep WMH）分別進(jìn)行評估，共4個等級0-3（0無WMH，3融合性WMH）。基于此，PVH（側(cè)腦室旁白質(zhì)高信號）與deep WMH（深部白質(zhì)高信號）評分均為0作為對照組，為卒中損傷而無腦白質(zhì)高信號組。相對于評分>0的被試為存在卒中及WMH。圖2為兩名被試的PVH與deep WMH評分舉例。

表1.被試的人口統(tǒng)計學(xué)信息及臨床信息（n=48）

圖1.被試損傷重疊圖（n=48）

顏色表示該區(qū)域損傷的被試數(shù)，顏色越亮該區(qū)域重疊越多。

圖2.該研究2例被試T2 MRI圖。左側(cè)PVH、deep WMH由藍(lán)色標(biāo)記，以及相應(yīng)的白質(zhì)追蹤及結(jié)構(gòu)連接矩陣（x軸、y軸與AICHA感興趣區(qū)域一致，顏色越亮區(qū)域見連接度越高）。第一列被試卒中后無WMH，第二列被試WMH最嚴(yán)重（PVH（側(cè)腦室旁白質(zhì)高信號）3分，deep WMH（深部白質(zhì)高信號）3分）。連接矩陣圖顯示：WMH評分越嚴(yán)重，連接越稀疏（被試2相較于被試1），尤其是長程投射的大腦區(qū)域，如額葉。

圖像采集：

西門子Prisma 3T 設(shè)備20通道頭頸聯(lián)合線圈，在行為學(xué)測評的2天內(nèi)采集，序列包括：T1、T2、彌散加權(quán)平面回波成像（EPI）。

圖像處理：

病灶圖：

利用MRIcron軟件手動繪制病灶。采用SPM及MATLAB內(nèi)部腳本，通過以下步驟將卒中病灶配準(zhǔn)至標(biāo)準(zhǔn)空間：

1.將T2圖像配準(zhǔn)至個體T1圖像，將病灶重切至個體T1空間；

2.將重切的病灶圖進(jìn)行3mm半峰寬的高斯核平滑，以去除由手動繪制病灶產(chǎn)生的銳利邊緣。

3.采用SPM12 的分割配準(zhǔn)一體化的鏡像標(biāo)準(zhǔn)化方法，將T1圖像配準(zhǔn)至標(biāo)準(zhǔn)空間，并采用嵌合性T1圖像，將與卒中病灶一致的區(qū)域由完整的半球所鏡像取代；

4.將病灶mask二值化，僅將超過50%概率的體素保留為最終的標(biāo)準(zhǔn)化后病灶mask。將病灶mask放置于標(biāo)準(zhǔn)空間后，每幅圖像依據(jù)同質(zhì)區(qū)域的內(nèi)在連通性圖譜（Atlas ofIntrinsic Connectivity of Homotopic Areas, AICHA）被分割為不同解剖灰質(zhì)區(qū)域，確定總體病變的大小。

結(jié)構(gòu)連接組：

每個被試個體連接組的建立由以下幾步完成：

（1）采用SPM12一體化分割與配準(zhǔn)將T1數(shù)據(jù)灰白質(zhì)進(jìn)行概率分割；

（2）灰質(zhì)圖根據(jù)AICHA圖譜分割為384區(qū)域；、

（3）將灰質(zhì)分割圖非線性配準(zhǔn)至DTI空間；

（4）計算每對區(qū)域間DTI纖維束概率追蹤；

（5）基于連接每對灰質(zhì)區(qū)域間概率纖維束的數(shù)量，計算每對的連接權(quán)值，對每條追蹤纖維的距離及所連接區(qū)域的總體積進(jìn)行校正；

（6）建立384X384的加權(quán)連接矩陣M，對于每個被試Mi,j代表感興趣i與j之間的加權(quán)連接。采用TOPUP及Eddy，可使彌散數(shù)據(jù)不失真。纖維束追蹤采用FSL’s FMRIB’s Diffusion Toolbox（FDT）概率追蹤方法BEDPOSTX，計算每個體素的默認(rèn)彌散參數(shù)分布。白質(zhì)追蹤圖譜除外卒中病灶，i與j之間的加權(quán)連接分別以i、j作為種子點進(jìn)行雙向平均，并對長度進(jìn)行校正（probtrackX’s distance correction’）。所計算的纖維束數(shù)量除以連接區(qū)域的總體積，彌補(bǔ)灰質(zhì)區(qū)域大小不等的影響。

總之，每個被試的連接組由一個384*384的矩陣構(gòu)成，節(jié)點為AICHA圖譜的解剖感興趣區(qū)，邊為節(jié)點間結(jié)構(gòu)連接。

白質(zhì)纖維長度：

研究計算MNI標(biāo)準(zhǔn)空間上，每對感興趣區(qū)間白質(zhì)連接的歐式距離，分別計算短、中、長程白質(zhì)纖維的數(shù)量。長度低于25%為短程纖維，超過75%以上為長程纖維，25%-75%為中程纖維。

病灶體積：

在數(shù)據(jù)分析中控制病灶大小，以控制右側(cè)病灶對WAB-AQ評分的影響。卒中病灶圖配準(zhǔn)至MNI152 1mm空間，其體積等于病灶體素的數(shù)量除以1000，單位為毫升。如果您對DTI及腦結(jié)構(gòu)及腦網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理感興趣，可點擊以下文字，或添加微信：siyingyxf進(jìn)行咨詢：

第二十四屆磁共振腦影像基礎(chǔ)班（重慶）

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第十三屆磁共振腦網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理班

失語的評估：

WAB-AQ：WAB-R量表是臨床常用的用來評估失語的表現(xiàn)、類型及嚴(yán)重程度的量表，分?jǐn)?shù)0-100分，低于93.8提示失語。其廣泛評估了表達(dá)及理解能力域，包括：自發(fā)性言語、聽覺語言理解、重復(fù)、命名及找詞。失語指數(shù)（AQ）是四種評分的加權(quán)總和，作為該研究的因變量（行為變量），表示被試的失語嚴(yán)重程度。

數(shù)據(jù)分析：

采用SPSS進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，P≤0.05統(tǒng)計學(xué)顯著性。

研究WMH與纖維長度的關(guān)系，對PVH（側(cè)腦室旁白質(zhì)高信號）、deep WMH、及短、中、長纖維束百分比采用相關(guān)分析。對于纖維束數(shù)量采用單尾統(tǒng)計，因為假設(shè)WMH與纖維束數(shù)量下降相關(guān)，獨立于纖維長度，但是對于纖維束百分比采用雙尾統(tǒng)計檢驗，因為假設(shè)每組比例發(fā)生改變。數(shù)據(jù)非正態(tài)分布，采用非參數(shù)，二元Spearman相關(guān)。|r|＜0.3弱相關(guān), 0.3≤|r|＜0.5中度相關(guān)，|r|≥0.5強(qiáng)相關(guān)。

采用兩因素ANOVA評估WMH（白質(zhì)高信號）及纖維束長度類型對纖維束長度百分比分布是否存在獨立或者聯(lián)合影響。

中介分析：

研究WMH與失語嚴(yán)重程度的關(guān)聯(lián)是否與纖維長度相關(guān)，采用PROCESS macro進(jìn)行統(tǒng)計學(xué)并行中介分析。計算多元回歸模型，卒中病灶體積作為控制變量。如圖3所示，包含兩種中介因子

（1）獨立變量X對因變量的總影響Y；

（2）控制中介變量（M1、M2），計算X對Y的直接影響；

（3）X對Y的間接影響分別通過M1、M2。采用并行中介分析，通過控制其中一個中介常數(shù)的方法，分析每一個中介變量的貢獻(xiàn)。

在該研究中，評估了WMH（X）對于WAB-AQ（Y）的總、直接、間接影響（圖3）。基于假說，較高比例的長程纖維受損抵消了較低比例的短程纖維損傷，介導(dǎo)了WMH與慢性卒中后失語嚴(yán)重程度的關(guān)系，評估WMH通過長程纖維的數(shù)量（M1）與短程纖維的數(shù)量（M2）對WAB-AQ的間接影響。使用PROCESS macro的模型4，對WMH通過M1\M2對WAB-AQ間接效應(yīng)及WMH對WAB-AQ直接效應(yīng)進(jìn)行建模。對每一個中介變量分別進(jìn)行1次回歸。首先，控制一個中介變量，評估WMH通過另一個中介所造成的影響（表3，模型1、2）；然后，控制其他中介變量及WMH，評估長、短程纖維數(shù)量的影響（表3，模型3）；最后控制2個中介變量，采用回歸模型（表3，模型3）評估WMH對WAB-AQ的直接影響。

研究采用5000次的置換檢驗及95%置信區(qū)間評估WMH對WAB-AQ的間接影響這一假說。如果置信區(qū)間不包括0則拒絕無效假設(shè)（無間接影響）。研究為了避免回歸模型中的共線性問題，選擇不同纖維種類的數(shù)量而非百分比，因為不同纖維的比例是相互依存的。計算方差膨脹因子（VIF）檢驗?zāi)Ｐ凸簿€性，若VIF>6，認(rèn)為存在共線性。所有回歸模型變量VIF<6，因此不存在共線性問題。

圖3.2 中介變量的并行中介分析的簡化示意圖

研究結(jié)果：

WMH與軸索損傷的關(guān)聯(lián)：

PVH與deep WMH兩者之間存在顯著相關(guān)（r=0.454，P=0.001），呈中度相關(guān)。

與纖維長度的關(guān)聯(lián)：

WMH（PVH與deep WMH）與長、中、短程纖維的絕對數(shù)量（計數(shù)）與相對數(shù)量（百分比）之間的關(guān)聯(lián)：PVH（側(cè)腦室旁白質(zhì)高信號）與deep WMH與不同長度纖維絕對數(shù)量的Spearman相關(guān)均具有顯著性（表2，補(bǔ)充圖1），WMH越嚴(yán)重，3種纖維數(shù)量越低。對于PVH嚴(yán)重程度從最輕0至最重3，纖維數(shù)量短程下降15%（中位數(shù)），中程35%，長程47%。對于deep WMH嚴(yán)重程度，纖維數(shù)量短程下降19%（中位數(shù)），中程36%，長程51%。

表2.WMH評分與左側(cè)纖維連接體測量相關(guān)分析

補(bǔ)充圖1.不同WMH下不同長度纖維的絕對計數(shù)與相對計數(shù)

PVH及deep WMH與短程、長程纖維長度的比例有顯著性相關(guān)（表2，補(bǔ)充圖1），WMH越嚴(yán)重，長程纖維比例越低，短程纖維比例越高（長短程纖維損傷比例失調(diào)）（圖4）。

圖4.不同WMH短、中、長程纖維中位數(shù)比例

兩因素ANOVA分析結(jié)果：PVH及deep WMH與不同長度纖維類型無顯著交互效應(yīng)。WMH評分在不同長度纖維的分布顯示：評分1的每種纖維百分比例的變異最大（范圍最寬），當(dāng)排除評分1，僅有評分0、2、3，PVH與deepWMH與不同長度纖維類型具有顯著交互效應(yīng)，提示纖維長度類型是WMH評分的獨立影響因素。

Post hoc分析結(jié)果：由于病灶可能會對對側(cè)白質(zhì)纖維產(chǎn)生影響，WMH與纖維類型的關(guān)聯(lián)是否受到卒中病灶混雜因素的影響需要進(jìn)一步探究。采用多元線性回歸分析，纖維類型的數(shù)量或百分比作為因變量，WMH作為自變量，病灶體積作為控制變量。發(fā)現(xiàn)PVH及deepWM評分越高（越嚴(yán)重），中長程纖維數(shù)量越低，deepWMH評分越高（越嚴(yán)重），長程纖維比例越低，關(guān)聯(lián)具有顯著性。PVH越嚴(yán)重，長程纖維比例具有明顯下降的趨勢（P=0.054）。提示，WMH對纖維長度具有獨立于腦卒中病灶的影響，長程纖維損傷比例較大。

WMH、軸索損傷及慢性失語嚴(yán)重程度的關(guān)聯(lián)

PVH（側(cè)腦室旁白質(zhì)高信號）對WAB-AQ的總影響顯著，PVH越嚴(yán)重，WAB-AQ評分越低（越嚴(yán)重），作者控制了病灶大小。由于deep WMH無產(chǎn)生顯著影響，下一步分析僅對PVH進(jìn)行。中介分析中，WAB-AQ作為因變量，PVH為自變量，長、短程纖維的數(shù)量作為兩個中介變量，病灶體積作為控制變量。與前述第一個研究目標(biāo)相反，第一個研究僅評估左側(cè)大腦半球，而這部分研究對全腦白質(zhì)纖維進(jìn)行研究，主要是因為左側(cè)半球?qū)κдZ嚴(yán)重程度影響更加重要；其次，WMH通常是對稱分布，兩側(cè)半球WMH程度大致一致。

中介分析的結(jié)果見表3與圖5。結(jié)果顯示，PVH對WAB-AQ無顯著直接影響，但PVH對WAB-AQ存在顯著間接效應(yīng)，由長程纖維的數(shù)量和短程纖維的數(shù)量所中介。PVH評分越嚴(yán)重，長程纖維數(shù)量越少，WAB-AQ評分越嚴(yán)重。PVH評分越嚴(yán)重，短程纖維數(shù)量越少，WAB-AQ評分越不嚴(yán)重。PVH（側(cè)腦室旁白質(zhì)高信號）對WAB-AQ的總效應(yīng)是基于其間接效應(yīng)而非PVH的直接效應(yīng)。

表3.PVH對WAB-AQ影響的中介分析，通過長程、短程纖維所中介，控制病灶體積

圖5.PVH對WAB-AQ的直接影響及間接影響（中介）

結(jié)論：

WMH（白質(zhì)高信號）與長程纖維損傷相關(guān)，WMH導(dǎo)致卒中后慢性失語加重是通過影響長程纖維數(shù)量減低所造成的，被短程纖維數(shù)量減少所抵消。因此，小血管疾病造成卒中患者患嚴(yán)重慢性失語是由于長短程纖維的平衡失調(diào)所引起。對心血管危險因素等的治療及預(yù)防干預(yù)，對于卒中患者或卒中高危人群長程纖維損傷的保護(hù)改善小血管疾病預(yù)后。

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