輕度認(rèn)知障礙患者的視空間功能改變

輕度認(rèn)知障礙患者的視空間功能改變

視覺(jué)空間認(rèn)知的功能包括物與物、物與觀察者和景觀之間的空間方向關(guān)系。既往的研究中,用虛擬三維迷宮評(píng)估正常人的視空間功能時(shí),功能磁共振成像(functionalmagneticresonanceimaging,fMRI)的激活圖上顯示內(nèi)側(cè)枕回、外側(cè)和內(nèi)側(cè)頂區(qū)、扣帶回后部、海馬旁回以及雙側(cè)海馬被激活。利用fMRI和PET對(duì)視空間功能進(jìn)行定位的實(shí)驗(yàn)中,無(wú)論是進(jìn)行位置匹配,二維或三維物體在意念中的旋轉(zhuǎn),鏡像閱讀,平面定向,還是想象鐘面類似物時(shí),都有頂上小葉的激活。Sack等(2002年)在fMRI下讓正常被試者對(duì)鐘面類似物的指針角度和鐘面顏色做出判別的實(shí)驗(yàn)顯示,頂上小葉在角度判別時(shí)明顯激活,并且在向頂上小葉施加低頻磁刺激抑制其興奮時(shí),只有與角度判別有關(guān)的認(rèn)知操作減慢,也就是說(shuō),頂上小葉只與視空間任務(wù)的操作有關(guān),而與刺激的顏色特征無(wú)關(guān)。因此提示頂葉與視空間功能密切相關(guān)。由視覺(jué)原因造成物體在空間內(nèi)的各種特性的認(rèn)識(shí)障礙稱為視覺(jué)性空間知覺(jué)障礙,簡(jiǎn)稱視空間功能障礙。早期Alzheimer病(Alzheimerdisease,AD)可以出現(xiàn)迷路等視空間功能受損的臨床表現(xiàn),而認(rèn)知量表檢查發(fā)現(xiàn)輕度認(rèn)知障礙(mildcognitiveimpairment,MCI)患者的空間結(jié)構(gòu)和連線成績(jī)也較差。VanniniP等(2002年)在對(duì)MCI患者視空間功能的fMRI研究中發(fā)現(xiàn),當(dāng)被試者對(duì)角度進(jìn)行辨別時(shí),MCI患者的頂上區(qū)激活較對(duì)照減弱。Johnson等(2000年)的實(shí)驗(yàn)表明,AD患者在作類似的角度辨別時(shí)背側(cè)通路的頂上小葉激活明顯減弱,而腹側(cè)通路上的梭狀回代償性增強(qiáng)。作為介于正常老年和癡呆之間認(rèn)知功能損害狀態(tài)——輕度認(rèn)知障礙是否存在視空間功能障礙尚需更多的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn),并且研究MCI的認(rèn)知功能損害的意義在于它有可能為早期AD的診斷提供有價(jià)值的依據(jù)。1研究對(duì)象和方法1.1精神病史的認(rèn)識(shí)兩組被試者均無(wú)腦外傷、腦血管意外及精神病史,無(wú)嚴(yán)重的系統(tǒng)疾病史和精神病藥物服用史。除3名MCI患者有可疑癡呆家族史外,其余無(wú)癡呆家族史。1.2方法1.2.1基線組塊與刺激組塊的交叉現(xiàn)象認(rèn)知任務(wù)通過(guò)一臺(tái)LCD投影儀投射到位于檢查床足側(cè)的白色幕布上。被試者通過(guò)頭線圈上的折射鏡可以清楚地看到幕布上呈現(xiàn)的任務(wù),并根據(jù)計(jì)算機(jī)生成的視覺(jué)信號(hào)分別用左手或右手拇指按鍵做出相應(yīng)的反應(yīng)。認(rèn)知任務(wù)采用組塊設(shè)計(jì)(blockdesign)。刺激組塊與基線組塊交替出現(xiàn),無(wú)提示語(yǔ)?；€組塊播放位于畫(huà)面中心的“+”,持續(xù)停留21s。刺激組塊連續(xù)播放10個(gè)“鐘面組”。每個(gè)“鐘面組”(見(jiàn)Fig1)由3個(gè)指針長(zhǎng)度和夾角均相同鐘面類似物(黑白圖)組成。Site2或Site3之一的指針位置與Site1相同。“鐘面組(analogueclockgroup,ACG)”之間的指針夾角在30～150°之間每隔15°隨機(jī)變化(一個(gè)刺激組中不能有重復(fù))。同一個(gè)刺激組塊中的每個(gè)“鐘面組”相異兩鐘面指針相差角度的絕對(duì)值相同。6個(gè)隨機(jī)排布的刺激組塊中,每?jī)蓚€(gè)刺激組塊指針相差角度相同,分別為30°,45°,180°(分別簡(jiǎn)稱為30°組,45°組和180°組)(見(jiàn)Fig2)。要求被試者判斷位于下面的鐘面哪一個(gè)與位于上面的鐘面相同,若選左側(cè)就按左鍵,若選右側(cè)就按右鍵。1.2.2組患者d成像比較在通用電氣公司生產(chǎn)的1.5TGEMRTWIN實(shí)時(shí)成像全身磁共振掃描儀上進(jìn)行。軸位T1解剖像掃描為SE序列,TR:1923.5ms,TE:7.4ms,層厚:5mm,間隔:1.5mm,矩陣:256×256,從枕骨大孔到頭頂共16層。3D像掃描序列為FLASH,TR:11.3ms,TE:4.2ms,flipangle:35°,層厚:1.6mm,間隔:0.8mm,矩陣:256×192,重建后為256×256。功能像采用EPI序列掃描,TR:3000ms/層,TE:40ms,層厚:5mm,間隔:1.5mm,矩陣:64×64,定位與解剖像一致,從枕骨大孔到頭頂共16層。1.2.3腦功能成像數(shù)據(jù)行為數(shù)據(jù):應(yīng)用Excel軟件對(duì)反應(yīng)時(shí)間和正確率在MCI患者與對(duì)照之間進(jìn)行兩獨(dú)立樣本間的t檢驗(yàn)(independent-samplesTtest),在兩組內(nèi)各任務(wù)間進(jìn)行配對(duì)樣本t檢驗(yàn)(paired-samplesTtest)。腦功能成像數(shù)據(jù):采用功能性神經(jīng)圖像分析(analysisoffunctionalneuroImages,AFNI)軟件包對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理和統(tǒng)計(jì)分析。首先對(duì)功能像進(jìn)行三維頭動(dòng)校正,并與三維像配準(zhǔn);然后進(jìn)行線性去漂移、時(shí)間平滑和空間平滑處理(各向同性高斯平滑,FWHM=8mm),根據(jù)實(shí)驗(yàn)任務(wù)對(duì)每個(gè)研究對(duì)象的數(shù)據(jù)進(jìn)行反卷積(deconvolve)和多重線性回歸分析得到每個(gè)體素的統(tǒng)計(jì)值F,統(tǒng)計(jì)值用偽彩色顯示,并疊加于三維結(jié)構(gòu)像上生成統(tǒng)計(jì)參數(shù)圖(statisticalparametricmap),域值為:P<1.0×10-7。然后進(jìn)行空間標(biāo)準(zhǔn)化,配對(duì)樣本t檢驗(yàn),找出激活強(qiáng)度有顯著差異(P<0.05)的區(qū)域。2結(jié)果2.1患者正確率比較在45°和180°任務(wù)中,患者的反應(yīng)時(shí)間較對(duì)照顯著延長(zhǎng),但在30°任務(wù)中此種差異無(wú)顯著性。在30°,45°和180°任務(wù)中,患者的正確率均顯著低于對(duì)照(見(jiàn)Tab2)。無(wú)論是反應(yīng)時(shí)間還是正確率,對(duì)照組在30°任務(wù)和45°任務(wù)之間,以及30°任務(wù)和180°任務(wù)之間的差異均有顯著性,患者組在30°任務(wù)和45°任務(wù)之間的差異有顯性(見(jiàn)Tab3)2.2患者視覺(jué)皮質(zhì)激活比對(duì)照患者和正常對(duì)照均在雙側(cè)前額葉、顳枕交界處、頂上區(qū)和頂下區(qū)(頂上小葉和楔前葉比頂下小葉明顯)以及視覺(jué)皮層有激活,并且都以右側(cè)為主。3種任務(wù)下,患者在雙側(cè)頂上小葉、楔前葉、頂下小葉、顳枕交界處,視覺(jué)皮層的激活比對(duì)照顯著減弱(P<0.05),范圍減小,在30°和180°任務(wù)下尚有左側(cè)前額葉的激活比對(duì)照顯著減弱。在45°和180°任務(wù)中,患者在右側(cè)前額葉的激活比對(duì)照顯著增強(qiáng)(P<0.05)。30°任務(wù)下對(duì)照在雙側(cè)頂上小葉、楔前葉、頂下小葉比45°任務(wù)下的激活顯著增強(qiáng)(P<0.05)。3患者腦激活圖及其意義由于視覺(jué)原因造成物體在空間內(nèi)的各種特性的認(rèn)識(shí)障礙稱為視空間功能障礙,可分為定位障礙、深度知覺(jué)障礙、線方向判斷障礙、形狀知覺(jué)障礙和空間翻轉(zhuǎn)能力障礙。本實(shí)驗(yàn)類似于Benton設(shè)計(jì)的線方向判斷測(cè)驗(yàn)。文獻(xiàn)報(bào)道,在線方向判斷測(cè)驗(yàn)和虛擬的三維迷宮測(cè)驗(yàn)中,正常男性的成績(jī)要顯著好于女性,說(shuō)明視空間功能有性別差異。鑒于本實(shí)驗(yàn)樣本數(shù)有限,故未對(duì)性別差異進(jìn)行研究,但對(duì)兩被試組的性別進(jìn)行了嚴(yán)格的匹配。首先比較組內(nèi)的反應(yīng)時(shí)間和正確率來(lái)判斷認(rèn)知任務(wù)的難度差別。對(duì)于正常組,指針位置相差的角度越大(0°～180°),辨別的難度就越低,體現(xiàn)為反應(yīng)時(shí)間縮短,正確率升高。但同樣的材料對(duì)于患者則有區(qū)別?；颊弑鎰e相差180°的兩條線段要比辨別相差45°的兩條線段困難,雖然差異無(wú)顯著性,但可看到180°較45°任務(wù)有反應(yīng)時(shí)間延長(zhǎng)、正確率下降的趨勢(shì),說(shuō)明患者對(duì)兩指針?lè)謩e平行的鐘面辨別能力下降,有線方向判斷障礙,并且不能很好地控制干擾。在組間的比較中患者的線方向判斷障礙表現(xiàn)為:除了難度最大的30°任務(wù)在兩組間反應(yīng)時(shí)間無(wú)顯著差異外,患者完成45°和180°任務(wù)的反應(yīng)時(shí)間顯著延長(zhǎng),所有任務(wù)的正確率顯著降低。下面結(jié)合有關(guān)文獻(xiàn)對(duì)本實(shí)驗(yàn)的腦激活圖及其意義進(jìn)行分析:fMRI和PET的文獻(xiàn)報(bào)道,無(wú)論是進(jìn)行位置匹配,平面定向,判斷角度變化,還是想象鐘面類似物,都有頂上小葉的激活。迷宮實(shí)驗(yàn)中男女被試者在頂葉的激活是一致的。因此說(shuō)明頂葉與視空間功能密切相關(guān)。本實(shí)驗(yàn)在難度有顯著差異的30°和45°任務(wù)的比較中,正常對(duì)照雙側(cè)頂葉的腦激活隨難度上升而增加,也支持以上對(duì)視空間功能的定位?；颊吆蛯?duì)照在右側(cè)頂葉的腦激活均比左側(cè)增強(qiáng),支持空間功能在右半球的側(cè)化。在3種任務(wù)下,患者在雙側(cè)頂葉的激活比對(duì)照顯著減弱,和文獻(xiàn)報(bào)道的MCI患者判斷鐘面指針夾角是否為60°的fMRI結(jié)果一致。此外,本實(shí)驗(yàn)中患者尚有雙側(cè)視覺(jué)聯(lián)合皮層、顳枕交界處、左側(cè)前額葉(30°和180°任務(wù))和扣帶回(30°任務(wù))的激活減弱。既往研究認(rèn)為,枕葉皮層的外側(cè)和腹側(cè)負(fù)責(zé)對(duì)物體形狀的分析,它的激活可以通過(guò)腹側(cè)視通路一直延伸到顳葉后部。此后視覺(jué)信息分別在背側(cè)通路的頂后皮層進(jìn)行位置和物體之間空間關(guān)系信息的處理,在腹側(cè)通路的顳下皮層進(jìn)行辨別物體特征信息(如形狀和顏色)的處理。右側(cè)顳葉有助于快速的視覺(jué)辨認(rèn),與視空間整合能力有關(guān)。經(jīng)過(guò)頂后皮層處理的空間信息和顳下皮層處理的物體信息在前額葉的背外側(cè)和腹外側(cè)分別接收,并互相溝通,從而明確物體的方位。此外,前額葉、前扣帶回和頂葉還是重要的注意系統(tǒng):前扣帶回探測(cè)沖突的發(fā)生,前額葉控制干擾、易化選擇、解決沖突。頂葉選擇性地注意空間信息,頂上區(qū)可能與縮窄注意的范圍使之聚焦有關(guān),頂下區(qū)可能和擴(kuò)大注意范圍使之包括黃斑以外的周圍視野有關(guān)。當(dāng)注意的物體位置發(fā)生變化時(shí),可引起雙側(cè)頂上皮層的激活。因此上述神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)激活的減弱說(shuō)明,患者對(duì)指針的空間位置變化的注意、感知、快速辨認(rèn)、整合和分析均有異于正常,注意系統(tǒng)控制來(lái)自于不同鐘面的干擾的能力下降,特別是在180°任務(wù)時(shí)表現(xiàn)最為突出?；颊哂覀?cè)前額的激活增加(45°和180°任務(wù))可能是對(duì)功能缺陷的代償。我們推測(cè)MCI患者在3種任務(wù)下腦激活強(qiáng)度均減弱的原因?yàn)?1)與病理變化有關(guān)的腦灌注減少。有文獻(xiàn)報(bào)道,AD患者尸檢時(shí)均發(fā)現(xiàn)原因不明的腦毛細(xì)血管變性,腦小動(dòng)脈平滑肌細(xì)胞的淀粉樣蛋白沉積。以上的血管變化導(dǎo)致了腦部的低灌注,能量代謝的異常,推動(dòng)了氧應(yīng)激,導(dǎo)致大量神經(jīng)元死亡,出現(xiàn)相應(yīng)的代謝降低。腦部低灌注的出現(xiàn)先于低代謝,并且局部低灌注造成的氧合血紅蛋白降低可能大于低代謝導(dǎo)致的氧耗降低,使氧合血紅蛋白與去氧血紅蛋白比值下降,磁共振信號(hào)減弱,腦激活強(qiáng)度降低。血管變性導(dǎo)致的局部血管分布密度的降低,影響了fMRI信號(hào)的空間分辨率,限制了血液動(dòng)力學(xué)反應(yīng)神經(jīng)活動(dòng)精確模式的程度。以上的推斷雖然是建立在AD患者的病理基礎(chǔ)上,但無(wú)論是在Davis等的回顧性研究中,還是在DeKosky等的前瞻性研究中都有將近60%的MCI患者的尸檢有AD的病理變化,在Petersen和Morris的研究中這個(gè)比例