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儿童孤独症患儿脑功能影像学研究

 论文栏目:影像医学     更新时间:2017-02-15 09:43:10

  〔摘要〕本研究对儿童孤独症(CA)脑功能影像学研究与进展进行综述。通过磁共振发现皮质-边缘系统神经通路等异常,前扣带回和其他脑区之间存在功能连接异常;CA患儿在执行言语理解、社会交往、执行功能等任务时脑网络功能连接降低或增强。MRS研究发现CA患儿某些脑区NAA浓度降低、NAA/Cr比值降低等。DTI发现CA患儿脑内多个部位白质纤维的完整性受到破坏等,而DKI是DTI的扩展技术,能更好地探测灰质中细微变化,探讨DKI对CA诊断可能具有更广泛的前景。

  〔关键词〕孤独症性障碍;磁共振成像;脑功能影像学

  儿童孤独症(ChildhoodAutism,CA)以社会和沟通技能障碍、刻板行为和感觉异常为特征。近年来CA发病率越来越高。CA病因复杂,可能与遗传、神经生物、免疫、心理及家庭等因素有关。常因患儿初期症状轻或不典型而误诊或漏诊,使患儿错过3~6岁的最佳治疗期。近年来随着磁共振技术的发展及广泛应用,CA的研究有了突飞猛进的发展。

  1血氧水平依赖磁共振成像(BOLD-fMRI)

  BOLD-fMRI是根据脑组织中氧合/脱氧血红蛋白比例的改变,检测出脑组织兴奋的区域,可分为静息态脑功能和事件相关功能性磁共振成像。

  1.1静息态脑功能成像研究

  近年来已有许多学者用BOLD-fMRI对CA患儿研究。Rudie等[1]研究发现,CA患儿前额叶内侧皮质与楔前叶、扣带回后部连通性降低,这可能与CA神经病理机制有关。而Lynch等[2]却发现,CA患儿在腹内侧前额叶皮质与后扣带回,背内侧前额叶皮质、背外侧前额叶皮质和楔前叶之间连通性增强。边缘系统与情绪、行为、学习和记忆等密切相关并参与感觉、内脏活动的调节。边缘系统在精神疾病发病机制中的作用一直是研究的关键点。很多研究证明CA患儿皮质-边缘系统神经通路异常。研究发现脑岛与杏仁核之间的连通性降低,提示不同脑区间信息整合减少,这可能与情绪认知障碍有关[3]。研究认为,孤独症脑网络受损的特征性表现是前扣带回和其他脑区之间存在功能连接障碍及前扣带回异常激活[4]。然而,另外有研究却发现,CA患儿前扣带回和脑岛之间有异常的功能连接增强[5]。这些多样化甚至相悖的研究结果恰恰反映了CA患儿脑网络功能的复杂性。

  1.2事件相关功能性磁共振成像研究

  CA患儿在言语理解、社会交往、执行能力这些任务时脑网络功能连接降低而某些网络功能连接却增强。CA患儿在处理语言交流时右侧额下回、腹侧前额叶皮质、背内侧前额叶、前扣带皮质等活动降低。研究孤独症组对语句理解时发现Wernicke区激活范围大,而Broca区激活范围小。Wer-nicke区只理解句子中某个别字的意义而Broca区理解整个句子的意义。这就是为什么有些CA患儿能处理某个别词的意思却不能理解句子意义。表情处理障碍是社会交往障碍的一个重要方面,主要与杏仁核的异常激活有关。CA患儿基本情感的产生是正常的而处理面部表情异常,这种表情处理异常不单是梭状回功能缺陷而且是相关脑区网络功能异常。CA患儿社会交往障碍可能是社会脑区激活功能的下降或脑区网络连接异常。执行功能主要在额叶皮质区并与纹状体和脑顶叶区联系。有关执行功能的脑功能研究发现孤独症组右侧前额叶和顶叶激活区域多。另有研究报道颞上回、海马旁回、杏仁核等区域激活减弱而左侧中央前回激活增强[6]。

  2磁共振波谱成像(MRS)

  目前国内外有关CAMRS研究报道CA患儿某些脑区代谢产物浓度异常。CA患儿双侧眶额叶皮质、颞叶、丘脑、左侧杏仁核-海马及小脑区NAA浓度降低,且某些脑区NAA浓度与患儿社交障碍的严重程度相关[7];右侧颞上回、左额叶、顶叶白质、右侧丘脑、尾状核及小脑等区域Cho浓度减低;额叶NAA/Cr值、小脑蚓部NAA/Cr和Cho/Cr值降低,且小脑蚓部NAA/Cr和Cho/Cr值与年龄呈正相关。NAA是神经元的内标记物、主要位于成熟的神经元且仅存在于中枢神经系统内;Cho是含胆碱复合物,其浓度反映细胞膜、髓鞘、乙酰胆碱的状态。因此可推测NAA/Cr值下降反映了脑区神经元数量的减少或功能降低或神经元成熟延迟;小脑蚓部Cho/Cr值降低,反映CA患儿小脑蚓部可能有细胞膜的代谢异常、髓鞘发育不良或胆碱能系统兴奋性减低。这些MRS研究发现的共同点就是CA患儿某些脑区NAA浓度降低,但关于NAA降低程度以及具体哪些脑区NAA降低目前无统一结论。

  3扩散张量成像(DTI)

  DTI反映脑组织内水分子扩散的各向异性程度,可获得一系列脑白质纤维束分布以及纤维结构的完整性信息。各向异性值(FA)是衡量扩散各向异性的指标,FA值反映轴索排列紧密程度、髓鞘的完整性、渗透性或髓鞘厚度以及单个轴突半径的粗细等,因此,髓鞘化不良、轴突生长障碍、轴突数量减少、排列紧密度降低、轴突膜渗透性增加等可能使FA值降低。目前有关CA患者DTI研究报道某些脑区白质纤维束连接异常、完整性受损等,但对于异常脑区的精细定位观点不一致。温金峰等[8]研究发现,孤独症组左右扣带束、胼胝体FA值均降低。这些研究提示胼胝体、扣带束局部白质纤维束可能有微观结构改变。还有研究发现CA患儿邻近前额叶腹内侧、颞顶交界处、双侧颞上回、双侧颞叶接近杏仁核等脑FA值也降低,这些区域白质通路异常可能会导致CA患儿社会认知功能障碍。

  4弥散峰度成像(DKI)

  DKI是新近出现的扩散成像的新技术,认为组织内水分子扩散呈非正态分布,可以量化真实水分子扩散与理想的高斯分布扩散的位移偏离大小,平均峰度(MK)是一个反映扩散受限程度的无量纲参数,更加敏感探测组织微观结构的改变,标记疾病早期变化。DKI已应用于正常老年化、多种神经性病变研究,如在注意力缺陷及多动症、多发性硬化、缺血性中风、痴呆、精神分裂症、帕金森病[9]及脑胶质瘤级别判断[10]等方面的研究中且具有明显的临床应用前景。但是目前国内外尚无有关DKI研究CA患儿的报道,这方面研究属于空白区。DKI是DTI的扩展技术,有理由认为DKI也能应用在DTI的研究领域。传统DTI一个明显缺陷是它无法灵敏地检测脑灰质变化而DKI可以更好探测灰质中细微变化。因此,我们认为DKI可以很好地应用于CA患儿的研究且具有更广泛的前景。

  作者:马秋红 金科 单位:湖南省儿童医院

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