高功能孤独障碍患儿感兴趣脑区组织密度的对照研究①

洪珊珊　柯晓燕②　邹　冰③　汤天宇　李惠国③　周振宇　杭跃跃③　阮宗才　陆祖宏

东南大学学习科学研究中心·儿童发展与学习科学教育部重点实验室(江苏　南京)　 210096

中国图书分类号　R 749　　文献标识码　B　　文章编号　 1001-4411(2008) 20-2817-03

1.基金项目:国家自然科学基金(30570655);南京市医学重点科技发展项目(ZKX 06025);南京市科技发展计划资助项目(200701109)

②通讯作者;东南大学学习科学研究中心·儿童发展与学习科学教育

部重点实验室;南京医科大学附属脑科医院儿童心理卫生研究中心

③南京医科大学附属脑科医院儿童心理卫生研究中心

【摘　要】 　目的:探讨高功能孤独障碍患儿与正常儿童在结构磁共振成像上感兴趣脑区组织密度的差异。方法:在SPM平台上使用Anatomy工具箱测量了18名年龄6～ 14岁的高功能孤独障碍患儿和16名年龄、性别、智商、身高、体重与之相匹配的正常对照儿童结构磁共振成像上感兴趣脑区的组织密度。结果:高功能孤独障碍患儿左侧初级视觉皮层V 1区的组织密度显著大于正常对照组(P< 0.005);双侧海马内嗅皮质、右侧杏仁基底外侧核的组织密度显著小于正常对照组(P< 0.005)。结论:学龄高功能孤独障碍患儿枕叶视觉皮层以及边缘系统的脑组织密度存在多处异常。

【关键词】 　孤独障碍　磁共振成像　脑结构　组织密度　儿童精神病学

　　孤独障碍是发生于儿童早期的严重的神经发育性障碍。随着现代影像学技术的发展,已有越来越多的证据说明孤独障碍的脑结构及脑功能上存在显著异常〔1～ 4〕。但研究结果很不一致。基于SPM的Anatomy工具箱把大脑的细胞结构概率图(ProbabilisticCytoarchitecture)和其脑区的功能良好结合,是大脑功能区定位的标准参照空间,可以较好地反映其解剖位置〔5,6〕。既往已成功地用于功能核磁共振成像的脑功能区定位〔5〕。本研究拟使用T1加权三维核磁共振结构扫描数据,应用SPM 2的Anatomy工具箱〔6〕分析比较学龄高功能孤独障碍(highfunctioningautism,HFA)患儿大脑皮层及皮层下结构感兴趣脑区内的组织密度与正常对照之间的差异,并以此探讨HFA患儿脑功能异常的脑结构基础。

1　对象与方法

1.1　对象　选取2005年9月～ 2006年1月南京医科大学附属脑科医院的HFA患儿(IQ≥ 70) 18例为研究对象。其中,男15例,女3例,年龄6～ 14岁,平均年龄(8.64± 2.21)岁,均为右利手者。所有病例均符合美国精神病学会颁布的《精神障碍诊断和统计手册》第4版(DiagnosticandStatisticalManualofMentalDisorders,FourthEdition,DSM -Ⅳ)中孤独障碍的诊断标准。同时选取16名年龄、性别、IQ、身高、体重与病例组儿童匹配的健康学龄儿童为对照组,经过详细的体格检查和精神检查,排除了患有躯体疾病、神经系统疾病和轴Ⅰ、轴Ⅱ的精神障碍。其中,男13例,女3例,年龄6～ 13岁,平均年龄(10.00± 1.87)岁,均为右利手者。实验前向所有被试监护人进行实验告知,并签署知情同意书。两组被试平均年龄(t= - 1.926,P= 0.063)、IQ(t= - 0.072,P= 0.943)、体重(t= - 1.880,P= 0.069)、身高(t= - 2.022,P= 0.052)、性别构成(χ2= 0.025, P= 0.874)均无显著性差异。

1.2　MRI成像参数　应用美国GE SignaNVi 1.5T超导型磁共振仪,选用正交头颅线圈,对所有被试进行T1加权三维MRI成像。扫描参数:矩阵256× 256,视野24cm × 24cm,层厚2.0mm,层间距- 1mm,激励次数1次, TR= 9.9ms,TE= 2.0ms,分辨率为0.94mm × 0.94mm × 1.00mm。层面平行于胼胝体膝部与压部的连线,从头顶到小脑下部,根据被试个体差异扫描层数124～ 152层。

1.3　数据处理　所有数据在SPM 2平台上归一化后,采用Anatomy工具箱1.4版(http: //www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/ext/)中的CalculateImageMeansWithinAnatomicalROIs的分析模块计算两组被试各感兴趣脑区内组织的平均密度,分析过程中我们选定了Anatomy工具箱中所有可用的左右脑区并做了AC校正。

1.4　统计学处理与分析　采用SPSS 13.0统计软件包进行统计分析,计量资料数据以均数±标准差(x±s)表示,两组均数的比较采用独立样本t检验。

2　结果

分别计算了HFA患儿和正常儿童在双侧运动皮层(BA 4a、BA 4p、BA 6)、双侧躯体感觉Ⅰ区(BA 1、BA 2、BA 3a、BA 3b)、双侧躯体感觉Ⅱ区(顶盖区OP1、OP2、OP3、OP4)、双侧初级听觉皮层(颞横回TE 1.0、TE 1.1、TE 1.2)、双侧视觉皮层(V 1、V 2、V 5)、双侧海马(内嗅皮质、Am-mon角、海马杏仁核转换区、下托复合体、齿状回)、双侧杏仁核(杏仁基底外侧核、杏仁中央核、前杏仁核区)、双侧Broca区(BA 44、B A 4 5)共计5 4个亚区的组织密度。

经独立样本t检验后发现, HFA患儿左侧初级视觉皮层V 1区的组织密度显著大于正常对照组(P< 0.005);而双侧海马内嗅皮质、右侧杏仁基底外侧核的组织密度显著小于正常对照组(P< 0.005)。见附表。

附表　HFA患儿与正常对照组相比脑组

织密度存在显著差异的区域(x±s)半球感兴趣脑区HFA(n= 18)Control(n= 16)t值P值

左侧初级视觉皮层54.87± 3.16 51.50± 2.87 3.24① 0.003

内嗅皮质50.40± 9.07 58.92± 4.89 - 3.34① 0.002

右侧内嗅皮质47.65± 8.24 55.95± 5.09 - 3.48① 0.001

杏仁基底外侧核53.52± 7.57 61.25± 5.23 - 3.42① 0.002

　　注:① P< 0.005

3　讨论

大脑皮层根据组织结构的差异划分为Brodmann 50～ 52个脑区,分别执行着不同的功能。本研究主要关注HFA患儿和正常儿童在双侧运动、感知觉、语言运用皮层及海马杏仁核复合体等脑结构的组织密度差异。基于SPM的Anatomy工具箱可根据细胞结构概率图自动划分感兴趣脑区并计算出各区内的体素平均值,具备快速全自动的优点,为研究孤独障碍的脑结构提供了一个新的途径。

Carvill等〔3〕的研究发现低水平的视听皮层损害可能导致孤独症样的行为。而Hadjikhani等〔2〕的功能磁共振成像研究则认为孤独障碍患者视觉知觉异常的部位并不在于低水平的初级视觉皮层,而可能是与认知、注意相关的额、顶叶皮层自上而下的加工异常造成的。本研究发现HFA患儿位于枕叶的左侧初级视觉皮层组织密度显著大于正常对照。从皮层密度的角度解释了孤独障碍患者视觉知觉异常可能的结构基础然而,与功能磁共振成像的研究结论不完全一致,可能与研究方法不同有关,仍需进一步的研究。

海马杏仁核复合体共同参与了情感行为的形成、自主活动和内分泌整合过程。神经影像学研究发现孤独障碍患者杏仁核和海马体积改变和激活异常,且杏仁核和海马的异常在孤独障碍的情感、行为调节中起着重要的作用〔4,7〕。最近的一项研究〔8〕同样采用Anatomy工具箱中杏仁核的分区方法,发现杏仁基底外侧核可能是各种感知觉纤维投射入杏仁核的区域。本研究发现学龄HFA患儿双侧杏仁基底外侧核的组织密度显著小于正常儿童,提示HFA患儿存在与感知觉相关的皮层下结构异常,并且该异常可能与皮层及皮层下结构的联络异常有关。

本研究还发现HFA患儿双侧海马内嗅皮质的组织密度显著降低。海马内嗅皮质等邻近结构,是中颞叶的主要组成部分。这些特殊脑区与大脑皮质相关区域的联系共同形成了功能性整体,与人类认知、记忆等高级活动有关,并且海马与新皮质之间存在多个神经环路,而内嗅皮质很可能是海马通往相关皮质的“门控”结构〔1,9〕。Salmond等〔9〕的研究同样发现孤独障碍患者杏仁核、海马内嗅皮质灰质密度异常,且孤独障碍患者情景记忆功能的损害与海马密度异常相关。提示HFA患儿海马内嗅皮质的结构异常可能导致其相应的功能缺陷。

在本研究所关注的8个脑功能区(分54个亚区)中发现,学龄HFA患儿枕叶视觉皮层以及边缘系统的脑组织密度存在多处异常,这些异常可能是HFA患儿感知觉、情绪与社会认知能力异常的主要神经生理基础。

4　参考文献

1　RojasDC,PetersonE,WinterrowdE etal.Regionalgraymattervolu-metricchangesinautism associatedwithsocialandrepetitivebehaviorsymptoms.BMCPsychiatry, 2006, 6: 56

2　HadjikhaniN,ChabrisCF,JosephRM etal.Earlyvisualcortexorgani-zationinautism:anfMRIstudy.Neuroreport, 2004, 15: 267

3　CarvillS.Sensoryimpairments,intellectualdisabilityandpsychiatry.JIntellectDisabilRes, 2001, 45: 467

4　NicolsonR,DeVitoTJ,VidalCNetal.Detectionandmappingofhipp-ocampalabnormalitiesinautism.PsychiatryRes, 2006, 148: 11

5　EickhoffSB,PausT,CaspersSetal.Assignmentoffunctioningalacti-vationsto probabilistic cytoarchitectonic areas revisited.Neuroimage,2007, 36: 511

6　EickhoffSB,StephanKE,MohlbergH etal.A new SPM toolboxforcombiningprobabilisticcytoarchitectonicmapsandfunctioningalimaging·2818·中国妇幼保健2008年第23卷data.Neuroimage, 2005, 25: 1325

7　DziobekI,FleckS,RogersK etal.The'amygdalatheoryofautism're-visited:linking structure to behavior. Neuropsychologia, 2006, 44:1891

8　BallT,Rahm B,EickhoffSBetal.Responsepropertiesofhumanamyg-dalasubregions:evidencebasedonfunctionalMRIcombinedwithprob-abilisticanatomicalmaps.PLoSONE, 2007, 2: e307

9　SalmondCH,AshburnerJ,ConnellyA etal.Theroleofthemedialtemporallobein autisticspectrum disorders. EurJNeurosci, 2005,22: 764