正常老年人與輕度認(rèn)知功能障礙患者計(jì)算任務(wù)的功能磁共振研究

1、正常老年人與輕度認(rèn)知功能障礙患者計(jì)算任務(wù)的功能磁共振研究         11-04-20 13:21:00     編輯：studa20                 作者：尹昳麗 楊小慶 劉斌 楊明【摘要】  目的 利用fMRI探討正常老年人與輕度認(rèn)知障礙（MCI）患者計(jì)算能力的差異。 方法 對(duì)20例正

2、常老年人與8名MCI患者進(jìn)行簡(jiǎn)單與復(fù)雜計(jì)算時(shí)的功能MR掃描，用SPM2處理得出腦激活圖，同時(shí)比較兩組反應(yīng)時(shí)間以及正確率。 結(jié)果 MCI患者的反應(yīng)時(shí)間比對(duì)照組延長(zhǎng)（P0.0025），正確率明顯降低（P 0.001）。腦激活圖顯示正常老年人存在額葉、頂葉激活，提示這些功能區(qū)與計(jì)算密切相關(guān)。而MCI患者未體現(xiàn)出頂葉、額葉在計(jì)算中的優(yōu)勢(shì)，激活區(qū)域較正常對(duì)照組廣泛。 結(jié)論 MCI患者的計(jì)算功能已有不同程度的損害，存在廣泛的代償。計(jì)算功能的fMRI研究能為早期診斷MCI提供參考依據(jù)。 【關(guān)鍵詞】  正常老年人 輕度認(rèn)知障礙 計(jì)算 功能磁共振    Abstract&

3、#160;    Objective   To  explore the difference of arithmetic calculation between the heathy olders and the patients with mild cognitive impairment（MCI）with functional magnetic resonance imaging（fMRI）.  Methods   20 healthy olders and 8 patients with MCI

4、were scanned by MRI when they performed simple and complex calculation. The raw data of the fMRI were processed with the software SPM2. The reaction time and correct ratio were analyzed between them.   Results   Compared with the control group，the patients manifested longer react

5、ion time and lower correct ratio. Prefrontal cortex and parietal lobe were activated during calculation task in the heathy olders,which show these regions were correlated closely with the calculation. Compared to the control group, no significant activation were found in prefrontal cortex and pariet

6、al lobe and extensive activated regions were seen.  Conclusion   The patients with MCI has the deficit in calculation ability and extensive compensation is present. The study of the calculation fMRI can offer a powerful reference for the early diagnosis of MCI.    Key w

7、ords heathy olders; mild cognitive impairment（MCI）; arithmetic calculation;functional magnetic resonance imaging    數(shù)學(xué)運(yùn)算是數(shù)字認(rèn)知的重要組成部分之一，在人類日常生活所必不可少，隨處可見。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)數(shù)字認(rèn)知的功能MRI的(functional magnetic resonance imaging, fMRI)研究已有報(bào)道13，但是大都建立在復(fù)雜計(jì)算任務(wù)的基礎(chǔ)上，且對(duì)于輕度認(rèn)知功能障礙(mild cognitive impairment,MCI)的

8、計(jì)算任務(wù)研究為數(shù)不多。本實(shí)驗(yàn)旨在比較正常老年人與輕度認(rèn)知功能障礙患者簡(jiǎn)單與復(fù)雜計(jì)算時(shí)激活腦區(qū)之間的差異，探索MCI的影像學(xué)診斷方法并期望以后能為其療效判斷提供幫助。    材料與方法    1.志愿者選擇  正常老年人20名，年齡5580歲之間（平均65.55±5.35歲），女性6名，男性14名，有一定的文化基礎(chǔ)，平均受教育年限為9.90±4.69年，能勝任實(shí)驗(yàn)所需要進(jìn)行的任務(wù)。所有正常受試者均身體健康，思維敏捷，無心腦血管疾患及活動(dòng)障礙，無高血壓、糖尿病等，視力以能看清屏幕字跡為準(zhǔn)。簡(jiǎn)易智能量表（Min

9、i-mental State Examination, MMSE）檢查在正常范圍內(nèi)（27.65±1.95分），缺血指數(shù)（Hachinski，His）0分，臨床癡呆評(píng)定量表（Clinical Dementia Rating,CDR）0分，畫鐘實(shí)驗(yàn)4分，語言流暢實(shí)驗(yàn)均正常。    MCI患者8名，年齡5580歲之間（平均73.90±4.04歲），女性3名，男性5名，有一定文化基礎(chǔ)，平均受教育年限為10.70±4.90年，均訴有近期明顯記憶力下降，無軀體活動(dòng)障礙，無心腦血管疾患，視力以看清屏幕字跡為準(zhǔn)。MMSE 評(píng)分在分界值以下（25.90

10、±2.56分），His4分，CDR0.5分，畫鐘試驗(yàn)24分。語言流暢試驗(yàn)在正常范圍內(nèi)。    2.檢查方法  采用Philips公司1.5T超導(dǎo)型Eclipse磁共振成像系統(tǒng)。頭正交線圈。受試者實(shí)驗(yàn)時(shí)仰臥，頭部加用軟海綿固定于線圈內(nèi)以減少頭部運(yùn)動(dòng)。受試者通過特殊腦功能刺激裝置(深圳市美德醫(yī)療電子技術(shù)有限公司)接受刺激。實(shí)驗(yàn)任務(wù)由E-prime編成文件，由磁共振機(jī)EPI序列脈沖控制計(jì)算機(jī)自動(dòng)同步播放，與計(jì)算機(jī)連接的投影儀將任務(wù)內(nèi)容投影到屏幕上，受試者通過安裝在線圈上的反光鏡觀看。另有一個(gè)按鈕盒作為反饋系統(tǒng)與計(jì)算機(jī)相連，由E-prime軟件激勵(lì)受試

11、者的反饋信息，來統(tǒng)計(jì)受試者的不同任務(wù)的計(jì)算正確率和反應(yīng)時(shí)間。    先使用自旋回波(SE)脈沖序列獲取18層橫軸面T1WI解剖圖像，掃描參數(shù):TR500ms，TE12.1ms，翻轉(zhuǎn)角90°，層厚6mm，無間隔，距陣192×256，激勵(lì)次數(shù)2。然后采用BOLD技術(shù)，應(yīng)用單次激發(fā)回波平面成像梯度回波序列(gradient EPI)，在T1WI同樣的層面上進(jìn)行功能成像。EPI掃描參數(shù)為:TR3000ms，TE40ms，翻轉(zhuǎn)角90°，視野24cm×24cm，距陣64×64，層厚6mm，無間距，激勵(lì)次數(shù)1。簡(jiǎn)單、復(fù)雜計(jì)算間隔

12、以靜息期，簡(jiǎn)單、復(fù)雜計(jì)算激發(fā)和采集期次數(shù)各為40次，全期160次。同時(shí)我們也對(duì)每個(gè)受試者作全腦容積掃描以獲得全腦3D圖像，容積掃描，參數(shù)為：TR11ms，TE3.98ms，翻轉(zhuǎn)角35°，視野24cm×24cm，距陣128×256，層數(shù)100，層厚1.5mm，無間距，激勵(lì)次數(shù)3。受試者在接受檢查前均接受短暫培訓(xùn)，以期能全力配合。    3.任務(wù)設(shè)置  本實(shí)驗(yàn)采用組塊設(shè)計(jì)。任務(wù)組分為簡(jiǎn)單任務(wù)和復(fù)雜任務(wù)兩個(gè)水平。簡(jiǎn)單任務(wù)為20以內(nèi)不退位減法，復(fù)雜任務(wù)為二位數(shù)退位減法。減法公式呈現(xiàn)時(shí)間2500ms，中間間隔500ms，在這3s當(dāng)中，

13、要求被試者判斷減法公式的結(jié)果是否正確，當(dāng)計(jì)算任務(wù)的結(jié)果和給出的答案相符時(shí)，右手食指按1鍵；如不符，右手中指按2鍵。對(duì)照組采用無運(yùn)算符號(hào)且與任務(wù)組等長(zhǎng)字符的數(shù)字串，判斷出現(xiàn)末尾數(shù)字的奇偶，數(shù)字串呈現(xiàn)時(shí)間2500ms，中間間隔500ms，奇數(shù)右手食指按1鍵；偶數(shù)，右手中指按2鍵。任務(wù)組與對(duì)照組交替出現(xiàn)，共重復(fù)4次。簡(jiǎn)單任務(wù)與復(fù)雜任務(wù)的排列順序由隨機(jī)量表決定。共獲取EPI圖像3200幅。    4.統(tǒng)計(jì)學(xué)處理  首先對(duì)實(shí)驗(yàn)中電腦記錄的受試者反應(yīng)正確率進(jìn)行檢查，如受試者在按鍵時(shí)有缺失，則計(jì)算正確率時(shí)該計(jì)算個(gè)數(shù)從總數(shù)中刪去。比較簡(jiǎn)單及復(fù)雜數(shù)學(xué)計(jì)算任務(wù)的反應(yīng)時(shí)間及準(zhǔn)

14、確率有無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，檢驗(yàn)水準(zhǔn)0.05。采用SPM2軟件系統(tǒng)對(duì)fMRI實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作統(tǒng)計(jì)分析。預(yù)處理包括時(shí)序校正、運(yùn)動(dòng)校正、空間標(biāo)準(zhǔn)化和空間平滑處理。將運(yùn)動(dòng)校正中檢測(cè)到頭部三維平移超過1mm、三維旋轉(zhuǎn)超過1°的數(shù)據(jù)舍棄。統(tǒng)計(jì)閾值概率設(shè)定為P<0.001，激活范圍閾值設(shè)定為10個(gè)象素，即連續(xù)激活象素?cái)?shù)達(dá)到10以上的區(qū)域考慮為有意義激活區(qū)。對(duì)于兩組進(jìn)行組內(nèi)平均，得出簡(jiǎn)單計(jì)算及復(fù)雜計(jì)算的平均腦激活圖，同時(shí)對(duì)正常組及MCI組進(jìn)行組間比較，得出組間差異。對(duì)于兩組行為學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，比較組間計(jì)算正確率及反應(yīng)時(shí)間的差異。    結(jié)   果 

15、;   1.行為學(xué)數(shù)據(jù)分析  分別比較兩組受試者在簡(jiǎn)單計(jì)算與復(fù)雜計(jì)算的正確率與反應(yīng)時(shí)間，發(fā)現(xiàn)均存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異，簡(jiǎn)單及復(fù)雜計(jì)算時(shí)MCI組結(jié)果的正確率明顯低于正常對(duì)照組，反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)于MCI組；組內(nèi)比較時(shí)，簡(jiǎn)單計(jì)算的正確率高于復(fù)雜計(jì)算，而簡(jiǎn)單計(jì)算的反應(yīng)時(shí)間明顯長(zhǎng)于復(fù)雜計(jì)算，具體見下表。    2.腦部激活區(qū)域比較    2.1正常老年組  減法任務(wù)中，簡(jiǎn)單計(jì)算激活的腦區(qū)包括:雙側(cè)頂上小葉、頂下小葉、雙側(cè)額葉（額中回、額下回）、雙側(cè)顳葉、雙側(cè)顳枕交界區(qū)、雙側(cè)枕葉，少部分病例出現(xiàn)小腦半球的激活。復(fù)雜計(jì)算激

16、活的腦區(qū)是雙側(cè)頂葉、雙側(cè)額葉（額中回、額下回、運(yùn)動(dòng)前區(qū)）、雙側(cè)顳葉、雙側(cè)小腦半球、雙側(cè)枕葉。復(fù)雜計(jì)算激活的腦區(qū)面積明顯大于簡(jiǎn)單計(jì)算，而且隨著計(jì)算難度的增加，雙側(cè)顳葉及雙側(cè)小腦出現(xiàn)激活，額葉及頂葉的雙側(cè)化激活明顯增強(qiáng)。    2.2 MCI組  減法任務(wù)中，簡(jiǎn)單計(jì)算激活的腦區(qū)：雙側(cè)頂葉、額葉、扣帶回皮質(zhì)、枕葉、小腦、顳葉。復(fù)雜計(jì)算激活的腦區(qū)：雙側(cè)頂葉（以頂下小葉為主）、額葉、枕葉、小腦、顳葉。復(fù)雜計(jì)算與簡(jiǎn)單計(jì)算激活腦區(qū)相比較，頂上小葉激活區(qū)域明顯縮小，而雙側(cè)頂下小葉、雙側(cè)額葉、雙側(cè)運(yùn)動(dòng)前區(qū)及楔前葉出現(xiàn)激活或者激活范圍明顯擴(kuò)大。    討    論    1.正常老年人組  簡(jiǎn)單及復(fù)雜計(jì)算任務(wù)時(shí)主要可見額葉、頂葉、小腦及枕葉的激活，且以額前區(qū)、頂葉的激活更多。簡(jiǎn)單計(jì)算時(shí)20例正常受試者可見12例雙側(cè)額前區(qū)激活，復(fù)雜計(jì)算時(shí)18例受試者可見雙側(cè)額前區(qū)激活，左、右側(cè)額前區(qū)單側(cè)激活各見一例；頂葉在簡(jiǎn)單