孤独症谱系理论:学龄期高功能孤独症儿童脑白质微结构异常研究
发布时间:2024-05-06 分类:自闭症论文 浏览量:55
来 源:中国儿童保健杂志2014年05月第22卷第5期
作 者:张雯1,静进1,李咏梅2,曹牧青1,康庄2,胡冰2,余美侨1,叶晓芳1,刘步云1
1 中山大学公共卫生学院妇幼卫生系,广东 广州 510080;
2 中山大学附属第三医院,广东 广州 510630
【作者简介】张雯(1987-),女,湖南人,在读硕士研究生,主要研究方向为临床儿童心理诊疗。
【通信作者】静进,E-mail:jingjin@mail.sysu.edu.cn;李咏梅,E-mail:li-yongmei@163.com
摘 要: 目的 通过扩散张量技术观察学龄期高功能孤独症儿童脑白质微结构的异常,探讨其可能的神经发育异常证据。方法 对14例学龄期高功能孤独症男童(孤独症组:acdism spectrum disorders,ASDs组)及7名年龄、智力水平及利手均匹配的正常发育男童(正常对照组:TD 组)行扩散张量成像观察,运用体素水平分析方法将两组的各向异性分数(fractional anisotropy,FA)及平均扩散水平(mean diffusivity,MD)进行对比分析。结果 相对于 TD 组,ASDs组在左侧颞叶、左侧额叶、左侧枕叶以及海马、丘脑等皮质下核团的 FA 值升高,在左侧距状裂、双侧梭状回、右侧颞叶、右侧额叶、右侧枕叶以及左侧海马旁回、后扣带回、左侧舌回的 MD 值均降低。结论 学龄期高功能孤独症儿童脑白质多个区域存在微结构的异常。
关键词: 高功能孤独症;扩散张量成像;体素水平分析
中图分类号:R749.94
文献标识码:A
文章编号:1008-6579(2014)05-0484-04
doi:10.11852/zgetbjzz2014-22-05-12
Abnormal white matter microstructure studyon high-functional autism of school age.
ZHANG Wen1,JING Jin1,LI Yong-mei2,CAO Mu-qing1,KANG Zhuang2,HU Bing2,YU Mei-qiao1,YE Xiao-fang1,LIU Bu-yun1
.(1 Sun-yat sen Universi-ty,Maternal and Child Health ofPublic Health School,Guangzhou,Guangdong510080,China;
2 The 3rd Affiliated Hos-pital of Sun-yat sen University,Guangzhou,Guangdong510630,China)
Corresponding author:JING Jin,E-mail:jingjin@mail.sysu.edu.cn;LI Yong-mei,E-mail:li-yongmei@163.com
Abstract: Objective To examine the abnormal white matter microstructure of acdism spectrum disorders (ASDs)children of school age via Diffusion Tensor Imaging,so as to investigate the possible evidence of dysplasia of neurodevelop-ment. Methods 14ASDs boys of school age and 7age,IQ and handedness matched typically developing controls were ex-amined by diffusion tensor imaging(DTI),the fractional anisotropy(FA)and mean diffusivity(MD)values were comparedbetween two groups through voxel-based analysis. Results Compare to TD group,the FA value was increased in the lefttemporal gyrus,left frontal gyrus,left occipital gyrus,hippocampus and thalamus,and the MD value was decreased in the leftcalcarine fissure,bilateral fusiform gyrus,right temporal gyrus,right frontal gyrus,right occipital gyrus,left parahippocam-pus gyrus,posterior cingulate cortex and left lingual gyrus in ASDs group. Conclusion Abnormal white matter micro-structure widely spread over the brain of high-functional autism of school age.
Key words: high-functional autism;diffusion tensor imaging;voxel-based analyze
孤独症谱系障碍
(autism spectrum disorders,ASDs)是一种严重的儿童广泛性发育障碍,其核心症状表现为社交障碍和重复刻板行为,伴有或不伴有语言发育迟缓。其中,社交障碍是阻碍 ASDs患者融入主流社会、获得自我 生存 能 力 的 主 要 因 素。神经生理学试验结果表明,儿童脑神经发育的异常很可能是导致 ASDs核心症状的重要原因[1-2]。AS-Ds个体的头围和脑容量发育经历了一个异于正常个体的过程,在生命早期,ASDs个体的头围和脑容量呈现过度发育现象,而随着年龄增长,这种趋势逐渐减缓,到了成年期,ASDs个体和正常个体间已不存在显著差 异[3]。而 针 对 幼 儿 的 脑 影 像 学 研 究 发现,与年龄不匹配的脑白质体积增长可能是幼儿早期脑容量异常增大的原因,并且脑灰质功能的异常与白质结构的异常息息相关,特别是社会认知障碍方面[4]。随着脑影像学技术的迅速发展,探究 ASDs儿童脑神经发育成为近年来的研究热点。扩散张量成像(diffusion tensor imaging,DTI)是目前唯一一种无创性在人体活体中观察脑白质微观结构的影像学技术,为神经生理的研究提供了新手段。本研究旨在通过 DTI技术研究学龄期高功能 ASDs儿童脑白质的微观结构及其与正常儿童的对比,获得其可能的神经发育异常证据。
1 对象和方法
1.1 对象
孤独症组(ASDs组):2010 年 1 月 -2013年 10 月 于 某 三 甲 医 院 发 育 行 为 儿 科 门 诊 就诊,根据美 国 《精 神 疾 病 诊 断 与 统 计 手 册》第 4 版(DSM IV)中孤独症的诊断标准,由两名副主任及以上医师诊断为 ASD 的6~14岁学龄期男童14名;韦克斯勒儿童智力测试(修订版)得分高于70分;右利手;视力或矫正视力正常;近三个月内未服用任何精神心理类药物;排除其他严重的躯体或神经精神障碍。正常对照组(TD 组):从普通中小学招募与 AS-Ds组年龄、智力水平相当的正常男童 7 名,均为右利手,视力或矫正视力正常。排除严重躯体疾病和神经精神障碍。家长及儿童均清楚了解测试目的、内容及过程,由家长签署临床试验知情同意书。
1.2 实验程序与图像采集
采用德国产1.5TSie-mens Magnetom Trio磁共振设备及头颅高分辨相控阵线圈。采用单次激发 EPI序列 Tensor,参数如下:TR 11 000ms,TE 84.3ms,矩阵 128×128,视野 24cm×24cm,NEX 2.0,层 厚 5 mm,层 间 距 0mm,b0=0s/mm2,b=1 000s/mm2,在 15 个方向上施加弥散梯度。扫描时,所有被试儿童均处于安静清醒状态。用充气垫固定儿童头部,并加塞耳塞减少噪音影响,增加儿童配合度。
1.3 图像后处理
运用 MRIcron软件中的dcm tonii将 MR 扫描原始数据转换为 FSL 适用的 NIFTI格式数据,运用 FSL4.0软件对每一例数据进行头动校正以及去除非脑组织噪音,得到各向异性分数(fractional anisotropy,FA)值图像(FA 变化范围为0~1,是水分子在各个方向上的弥散程度与总弥散程度的比值,FA 值越小表示弥散越不受限制,没有明确的方向性,FA 值越大表示其方向性越规则,如脑脊液中 FA 值趋近于0,而规律的白质纤维 FA 值趋近于1)及平均扩散水平 (mean diffusivity,MD)值图像(MD 值只表示弥散程度的大小,与弥散方向无关,在水分子可以自由弥散的脑脊液中 MD 值较大,而在自由水分子较少的白质纤维中 MD 值则较小),再 次 利 用 dcm to nii将 这 21 例 数 据 转 换 成SPM 适用的 NIFTI格式,导入基于 MATLAB平台的SPM8(Statistical Parametric Mapping)软件进行正态化和配准,高斯平滑图像8mm。
1.4 统计学方法
采用体素水平分析方法(Voxel-based Analyse,VBA),分别进行 ASDs组与 TD 组FA 及 MD 值的两独立样本t检验,检验水准设定为0.001,激活 voxel阈值为10。利用 Xjview 工具箱查看激 活 区 的 解 剖 位 置 (http://www.alivelearn.net/xjview)。
2 结 果
ASDs组年 龄 (10.06±2.03)岁 (6.9~14.0岁),总IQ 得分118.7±14.9(98~143);TD 组年龄(10.80±1.90)岁(7.3~13.0岁),总IQ 得分118.0±13.7(92~132)。年龄组间、总IQ 得分组间比较差异均无统计学意义(t=0.739、0.099,P 均>0.001)。
2.1 ASDs组与 TD 组 FA 值的组间比较
相对于TD 组,ASDs组在左侧颞叶、左侧额叶、左侧枕叶以及海马、丘脑等皮质下核团的 FA 值升高,尚未发现显著降低的区域。见表1、图1。
表 1 TD 组与 ASDs组 FA 值比较
Tab.1 Comparison of the FA value on TD group andASDs group
升高区域 NaSPM 坐标X Y Zt值
左侧颞上回 14 -56 -30 2 3.55*
左侧颞下回 16 -62 -64 -10 3.72*
左侧枕中回 16
左侧额叶 41 -54 32 28 3.50*
丘脑 25 -24 -30 18 3.94*
右侧海马 13 28 -38 -2 3.40*
左侧海马 18 -24 -38 -2 3.54*
注:a 激活体素(Voxel)数目,*P<0.001。
注:A双侧海马,B左侧颞叶。 图1
两组 FA 值t检验差异区域
Fig.1 Statistical(t-test)map of voxelwise differenceson FA value between ASD and TD group
2.2 ASDs组 与 TD 组 MD 值 比 较
相 对 于 TD组,ASDs组在左侧距状裂、双侧梭状回、右侧颞叶、右侧额叶、右侧枕叶以及左侧海马旁回、后扣带回、左侧舌回的 MD 值均降低,尚未发现有升高的脑区。见表2、图2。
3 讨 论
3.1 FA 及 MD 在 DTI成像中的价值
各向异性分数 FA 表示水分子扩散的方向性,取决于物理障碍(比如细胞膜)的密度和水分子在不同细胞成分的弥散速度[5]。而平均扩散系数 MD 是表观扩散系数的平均值,消除了方向异性的影响[6]。观察参数的不同改变,可以提示脑白质微结构的某些异常变化。由于FA值在一定程度上反映了脑白质束的完整性,
表 2 TD 组与 ASDs组 MD 值比较
Tab.2 Compariaon of the MD value on TD group and ASDsgroup
正激活区域 NaSPM 坐标X Y Zt值
左侧距状裂 65 -20 -58 8 4.54*
左侧梭状回 10
右侧梭状回 26 32 6 -42 3.45*
右侧颞上回 12
右侧颞下回 13
左侧额叶 40 -52 -6 -26 3.48*
左侧枕下回 20 -44 -84 -14 3.47*
左侧海马旁回17 -20 -58 8 4.54*
后扣带回 48
左侧舌回 24
注:a 激活体素(Voxel)数目,*P<0.001。
图2两组 MD值t检验差异区域(后扣带回)
Fig.2 Statistical(t-test)mapof voxelwise differenceson MD value between ASDs and TD group(Posterior cin-gutaled wrtex)
其大小反映白质组织的有序性,与髓鞘化程度相关,通常认为,髓鞘形成较早的大脑联合纤维比髓鞘形成较晚的联络通路FA 值高[6],因此是 DTI研究中最有价值并最常被报道的参数。
3.2 ASDs患者脑白质微结构的发育轨迹存在异常
神经生理学研究普遍认 为,ASDs个体脑连接异常并不仅局限于皮层,其白质纤维的异常也在脑组织中广泛分布。既往 DTI研究发现,相对于正常个体,ASD 个体的长距离白质纤维,如上纵束及下纵束等的完整性均存在异常[7-9],在左侧顶上小叶、楔前叶、角回也存在过度局部连接现象[10]。值得探究的是,不同年龄阶段被试的 DTI研究,其结果存在不一致性,但暗含某种 规律。BD Ben 等[11]提出在 ASDs个体的儿童早期,白质 FA 值增高,尤其是在左侧大脑半球,额叶多个区域,提示其早期大脑的异常过度发育,而另外一些研究则发现,在 ASDs个体的青少年期和成年早期,其扣带回[12-13]、海马-梭状回、杏仁核-梭状回[14]、上额枕 束、钩状束[15]等广泛白质束FA 值均降低。Y Cheng等[16]观察青春期(11~18岁)ASDs个体脑白质微结构发现其额叶、右侧扣带回、双侧脑岛、右侧颞上回、双侧小脑中脚的 FA 值均相对于 TD 组升高,而右侧角回、左侧苍白球以及 内 囊 右 下 肢 FA 值 则 降 低。本 研 究 发 现ASDs儿童左侧颞 上 回、左侧颞 下 回、左侧 额叶、左侧枕中回、丘脑、双侧海马的 FA 值均相对 TD 组儿童升高,在左侧距状裂、双侧梭状回、右侧颞上回、右侧颞下回、左侧额叶、左侧枕下回、左侧海马旁回、后扣带回和左侧舌回的 MD 值均相对于 TD 组儿童降低。结合以 上 研究结果,ASDs儿童 发育早期白质FA 升高可能是由于其突触修剪 不 足导致,这也与既往研究发现的 ASDs幼儿早期头围和脑容量过度发育现象相符[17],幼儿脑白质的过度发育可能是其脑容量异常增加的原因之一[18]。而后期 FA 的降低则可能是由于轴突完整性变化、髓鞘透水性增加、轴突密度降低和异常轴突方向所导致[19]。可见 ASDs个体脑白质微结 构 的病理 性 变化是一 个 连续 的 过程,与年龄有高度的相关性,其白质微结构发生变化的关键点可能在学龄期晚期至青春期早期。
3.3 学龄期 ASDs儿童的额叶白质结构异常
学龄期年龄范围连接学龄前期及青春期,是儿童神经系统发育的又一个关键时期,在这一时期,儿童接受大量来自环境的影响因素,更加精细的动作、高级认知能力和社会抑制能力逐渐发展,额叶的发育在其中起着重要作用。研究 表明,ASDs青少年额叶白质的异常发育与 其 社会认 知 和交流缺 陷 有密 切 联系[16],其额叶内呈现出过度连接、无序且 有效连接较少,同时额叶与其他区域的白质连接则缺乏[18,20]。本研究提示,相对于 TD 组,学龄期高功能 ASDs儿童左侧额叶的 FA 值升高,MD 值降低,与既往研究结果相符,为学龄期高功能 ASDs儿童额叶白质微结构异常增加了实验证据。从 ASDs儿童脑白质微结构的变化轨迹来看,结合学龄期儿童的心理特点,对 ASDs儿童开展康复训练可能对其成年后的社会交往、情绪管理等有积极的促进作用。本研究采用先进的 DTI技术探 究学龄期高功能 ASDs儿童白质微结构的异常变化,不足在于样本数量偏少,且被试儿童均为智力水平正常的高功能 ASDs儿童,因此其可推广性受限。鉴于儿童脑白质微结构变化与年龄之间的密切相关性,今后可开展纵向研究,与 临床症状 表现相 关 联。ASDs个体神经生理机制的异常并不仅局限于脑皮层或者脑白质,因此将功能磁共振技术中的多种模态相结合,能够提供更多神经心理学证据,有助于其病因机制的解释以及康复干预指导。
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