基于时间窗动态度中心度分析伴中央颞区棘波儿童良性癫痫脑功能网络

江 林，李栋学，刘 衡，李仕广，张体江*

(1.遵义市第一人民医院 遵义医科大学第三附属医院影像科，贵州 遵义 563000；2.遵义医科大学附属医院影像科 贵州省医学影像中心，贵州 遵义 563000)

伴中央颞区棘波儿童良性癫痫(benign childhood epilepsy with centrotemporal spikes, BECTS)，又称Rolandic癫痫，是儿童最常见的特发性癫痫，发病年龄3～13岁，属自限性疾病，故亦称为儿童“良性”癫痫[1]；且部分患儿存在认知和脑功能障碍，但对其神经基础尚不清楚[2-3]。近年来，应用静息态功能磁共振成像(resting-state functional MRI, rs-fMRI)构建图论网络分析以探索大脑网络连接性成为研究神经-精神疾病的新方法[4-5]，其中的基于时间窗标准二值化和加权度中心度(degree centrality，DC)变异系数可用于描述脑功能网络中心程度，间接反映某时间段脑功能网络中节点的变化和地位，可能揭示更多功能架构细微改变。本研究基于时间窗动态DC分析方法观察BECTS患儿静息状态大脑功能网络改变，探讨其潜在神经生物学机制。

1 资料与方法

1.1 一般资料 收集2014年1月—2019年2月于遵义医科大学附属医院就诊的26例BECTS患儿(BECTS组)，男15例，女11例，年龄7～15岁，平均(10.4±2.9)岁；病程4～84个月，中位病程53个月；其中18例癫痫部分性发作、8例全面强直-阵挛性发作；19例未接受抗癫痫治疗，7例间断接受抗癫痫治疗。纳入标准：①根据2010年国际抗癫痫联盟(international league against epilepsy，ILAE)[6]癫痫分型方法诊断BECTS；②头部MRI未见明显异常；③脑电图检查显示典型中央颞区棘波；④年龄7～18岁；⑤无外伤、肿瘤、脑部感染等病史。排除标准：①常规头部MRI存在器质性病变；②伴其他神经精神疾病；③MR扫描过程中头部旋转超过2°或头动平移超过2 mm，自诉扫描过程处于睡眠状态。同期招募26名健康儿童为对照组，男15例，女11例，年龄7～17岁，平均(11.4±2.5)岁。所有受试者均为右利手。采用儿童韦氏智力量表第4版(the Wechsler Intelligence Scale for Children-Ⅳ，WISC-IV)对BECTS组行智商评估。本研究经院伦理委员会批准[批准号：伦审(2021)1-212号)]，检查前监护人均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 采用GE 3.0T HDxt MR仪，配备32通道头部线圈，行头部扫描。嘱受试儿佩戴海绵耳塞，以海绵固定其头部，嘱其扫描期间闭眼、安静、均匀呼吸。首先行T2-液体衰减反转恢复序列扫描，排除器质性病变；之后采集rs-fMRI和3D-T1WI。rs-fMRI：TR 1 500 ms，TE 30 ms，层厚2 mm，层间隔0，FOV 240 mm×240 mm，矩阵112×112，翻转角60°，共扫描72层，重复扫描260次，扫描时间8 min。3D-T1WI：采用脑容积MR序列，TR 1 900 ms，TE 2.1 ms，TI 900 ms，翻转角9°，层厚1 mm，矩阵256×256，获得160层轴位图像，分辨率1.0 mm×1.0 mm。

1.3 数据分析 采用统计参数图(statistical parametric mapping, SPM8，http://http://www.fil.ion.ucl.ac.uk)及脑成像分析(data processing assistant for brain imaging DPABI2.1，http://rfmri.org/DPABI)软件[7]，首先对原始数据进行格式转换，移除前10个时间点数据，行校正时间和头动、空间标准化、去线性漂移及滤波预处理和后处理，之后应用汉明窗(hamming)法将每20 s 采集rs-fMRI时间归为1个单位，计算DC均值和标准差(standard deviation, SD)，以其比值为DC变异系数(coefficient of variation，CV)，CV=SD/均值[8]，并计算各脑区DC动态变化，获得二值化及加权DC的CV。

1.4 统计学分析 采用SPSS 19.0统计分析软件。以±s表示符合正态分布的计量资料，行独立样本t检验；以中位数(上下四分位数)表示不符合正态分布者，行非参数检验；对计数资料行χ2检验。采用脑成像分析软件分析二值化和加权DC CV，组内(左、右侧)采用单样本双尾t检验(体素P<0.001，聚类P<0.05，采样高斯随机场校正)、组间采用双样本t检验(体素P<0.005,聚类P<0.05，采用高斯随机场校正)进行比较。以偏相关分析组间差异存在统计学意义脑区的二值化及加权DC CV与临床资料的相关性。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 组间一般资料比较 组间性别、年龄差异无统计学意义(P均>0.05)，受教育年限差异有统计学意义(P<0.01)，见表1。BECTS组言语智商67～109分、平均(93.46±14.73)分，操作智商54～120分、平均(85.77±14.71)分，总智商45～81分、平均(69.42±9.52)分。

表1 BECTS患儿与对照者一般资料比较

2.2 组内DC CV比较 以教育程度为协变量，BECTS组及对照组内二值化(图1)和加权DC CV(图2)空间分布图具有广泛相似性。

图1 BECTS组(A)与对照组(B)二值化DC CV空间分布图 暖色区域表示二值化DC CV较高，冷色区域表示该值较低

图2 BECTS组(A)与对照组(B)内加权DC CV组内空间分布图 暖色区域表示二值化DC CV较高，冷色区域表示该值较低

2.3 组间DC CV比较 相比对照组，以教育程度为协变量，BECTS组双侧楔前叶、右侧颞上回二值化DC CV增加、左侧颞下回减低(图3A及表2)，而双侧楔前叶、右侧颞上回、左侧丘脑及左侧角回加权DC CV增加，左侧颞下回、右侧梭状回及右侧额下回三角部减低(图3B及表3)。

表2 BECTS组相比对照组二值化DC CV存在变化脑区

表3 相比对照组BECTS组加权DC CV存在变化脑区

图3 相比对照组，BECTS组二值化(A)和加权(B)DC CV差异具有统计学意义的脑区 红色区域BECTS组DC CV高于对照组，蓝色区域低于对照组

2.4 相关分析 BECTS组右侧颞上回二值化DC CV与病程呈负相关(r=-0.664，P<0.005)，楔前叶二值化DC CV与总智商呈负相关(r=-0.712，P<0.005)，右侧颞上回加权DC CV与言语智商呈负相关(r=-0.673，P<0.005)，见图4；其余脑区CV与病程及智商评分无明显相关(P均>0.05)。

图4 BECTS二值化及加权DC CV与临床资料的相关性的散点图 A.右侧颞上回二值化DC CV与病程；B.楔前叶二值化DC CV与总智商；C.右侧颞上回标准加权DC CV与言语智商

3 讨论

传统rs-fMRI功能网络分析基于种子点功能连接(functional connection，FC)和独立成分分析(independent component analysis，ICA)，结果存在主观性和独立性。DC是基于图论的全脑功能网络测量方法，分为连边数目累计二值化和功能连接强度累计加权，其结果可相互验证。静息态下大脑神经活动在分钟级时间尺度内变化甚为复杂。基于hamming时间窗动态DC分析法能规避静息态时间变异的影响，目前已广泛用于评价神经-精神疾病静态功能网络。本研究采用基于时间窗动态二值化和加权DC分析方法，发现与对照组相比，BECTS组双侧楔前叶、右侧颞上回二值化DC CV增加、左侧颞下回减低，而双侧楔前叶、右侧颞上回、左侧丘脑及左侧角回加权DC CV增加，左侧颞下回、右侧梭状回及右侧额下回三角部减低，揭示BECTS患儿上述脑区功能架构发生细微改变，进一步证实BECTS患儿存在自发神经活动信号改变及扩散。

RAICHLE等[9]指出，静态默认网络模式(default mode network, DMN)脑区主要位于中轴线大脑皮层结构，该区域是静态脑功能网络的核心，代谢耗氧量高，与情景记忆和认知过程有关。本研究组间二值化和加权DC CV存在差异脑区均涉及双楔前叶、右颞上回及左颞下回，为DMN重要网络中枢，尤其楔前叶；上述改变可能与BECTS患儿DMN选择性和特异性破坏有关，提示BECTS可致记忆、语言、注意力和交互感受功能减退。OSER等[10]的rs-fMRI独立成分分析结果显示BECTS患儿DMN激活显著减少，尤以DMN关键区域——楔前叶最为明显，表明BECTS患儿DMN改变导致功能缺陷，本研究结果与之类似。另外，角回位于顶下小叶，而顶下小叶亦是构成DMN重要脑区，角回动态加权DC的CV异常进一步揭示DC异常主要集中于DMN脑区的重要“功能枢纽”中。既往研究[11]发现，儿童失神癫痫DC显著降低脑区位于双前额内皮层、双后扣带回皮层、双楔前叶和双颞中回皮层，要涉及中央颞区、额叶局部功能和功能连接强度改变。本研究亦发现DMN内或邻近皮层和皮层下动态DC显著异常，与上述研究结果相符，表明上述网络节点连接属性与邻近DMN脑区存在广泛依赖性。

丘脑在记忆和注意力中起重要作用，丘脑功能障碍可引起BECTS认知功能障碍。丘脑是癫痫网络的重要组成部分，丘脑DC的动态改变可能是癫痫患者丘脑功能异常的结构基础。BECTS患儿认知功能障碍与丘脑-皮层网络功能异常有关[12]；而未经治疗BECTS患儿的丘脑对中央颞区异常放电活动有一定抑制作用[13]。ZHU等[14]发现发作间期癫痫样放电(interictal epileptiform discharges，IED)BECTS患儿丘脑存在脑异常活动，提示丘脑功能障碍可致IED。

本研究结果显示，BECTS患儿右侧颞上回二值化DC CV与病程呈负相关，楔前叶二值化DC CV与总智商呈负相关，右侧颞上回加权DC CV与言语智商呈负相关，表明动态变异系数值越大则智商评分越低，且二值化DC CV与病程呈负相关，提示随癫痫病程越长，变异系数逐渐降低甚至归于正常。

综上，BECTS患儿存在网络中央节点改变，尤其异常功能网络节点内高度连接脑区存在选择性及特异性损伤主要涉及语言皮层和默认皮层，可能与发病有关。本研究的主要局限性：①样本量小；②未观察BECTS患儿MR扫描期间有无癫痫放电；③部分BECTS患儿间断接受抗癫痫治疗，可能对结果产生一定影响。