VBM技術(shù)測(cè)量高原地區(qū)正常人腦結(jié)構(gòu)的形態(tài)
目前研究表明，高海拔適應(yīng)與大腦結(jié)構(gòu)的改變有關(guān)，包括某些區(qū)域皮層灰質(zhì)體積和白質(zhì)結(jié)構(gòu)的改變，下面是小編搜集整理的一篇探究高原地區(qū)正常人腦結(jié)構(gòu)形態(tài)的論文范文，給大家閱讀借鑒。
青藏高原號(hào)稱“世界屋脊”,是我國(guó)面積最大，海拔最高，居住人口最多的高原地區(qū)。缺氧是高原環(huán)境影響人體的最關(guān)鍵的因素之一。近年來，有關(guān)高原低氧對(duì)腦部影響的文獻(xiàn)報(bào)道比較多，例如對(duì)慢性高原病患者腦部的病理生理及神經(jīng)影像學(xué)表現(xiàn)進(jìn)展[1]做一綜述;研究發(fā)現(xiàn)，慢性高原病患者灰質(zhì)體積增加的腦區(qū)為右側(cè)舌回、后扣帶回、雙側(cè)海馬及左側(cè)顳下回[2];平原移居至青藏高原地區(qū)并適應(yīng)生活2年的正常成人的不同腦區(qū)灰、白質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化[3];也有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，長(zhǎng)期生活在海拔2600~4200 m地區(qū)的正常成人下達(dá)平原地區(qū)1年的腦灰白質(zhì)結(jié)構(gòu)發(fā)生改變[4].但是久居高原從未下達(dá)平原地區(qū)的正常成人的腦結(jié)構(gòu)的變化尚未報(bào)道。
基于體素形態(tài)學(xué)測(cè)量(voxel-based morphometry,VBM)技術(shù)是一種全自動(dòng)化、客觀進(jìn)行全腦形態(tài)分析的技術(shù)，能夠定量和全面的評(píng)估大腦結(jié)構(gòu)差異[5];此技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于研究多種疾病導(dǎo)致的腦形態(tài)學(xué)改變[6].筆者應(yīng)用優(yōu)化的VBM技術(shù)，對(duì)高原及平原地區(qū)正常成人進(jìn)行全腦結(jié)構(gòu)的形態(tài)學(xué)測(cè)量，分析全腦結(jié)構(gòu)變化。
1、材料與方法
1.1 臨床資料
1.1.1 研究對(duì)象搜集兩組正常成人參與本次研究，并均為漢族人;高原組共計(jì)16例，來自兩代以上均出生并長(zhǎng)期居住在高原地區(qū)[居住海拔高度平均為(3628.88±295.72) m]的正常成人，其中男8 例，女8例，年齡18~24歲，平均(21.81±2.07)歲;受教育時(shí)間平均(11.69±0.48)年。平原組共計(jì)20例，其中男7例，女13例，平均年齡(21.85±1.90)歲，居住海拔高度平均為(391.72±373.24) m;受教育時(shí)間平均(13.50±3.56)年。兩組的平均年齡和受教育時(shí)間差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P值分別為0.96和0.59)。
所有受檢者在檢查時(shí)均就讀于青海大學(xué)醫(yī)學(xué)院，到青海后1周內(nèi)進(jìn)行MRI檢查，檢查前均了解了檢查內(nèi)容和意義并簽署知情同意書，并由青海省倫理委員會(huì)批準(zhǔn)。
1.1.2 納入標(biāo)準(zhǔn)和排除標(biāo)準(zhǔn)納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)常規(guī)頭顱MRI掃描無其他腦實(shí)質(zhì)病變;(2)患者無MRI檢查的相關(guān)禁忌證;(3)臨床各項(xiàng)檢查確認(rèn)無精神異常等;(4)均為右利手。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)有慢性高原病;(2)被確診的腦神經(jīng)失調(diào);(3)過去有腦部損傷致意識(shí)喪失。
1.2 MRI檢查方法
應(yīng)用3.0 T超導(dǎo)MR成像系統(tǒng)(PHILIPS)，標(biāo)準(zhǔn)頭顱8通道相控陣線圈完成所有掃描序列;研究對(duì)象首先進(jìn)行常規(guī)頭部MR成像獲得T1WI和T2WI;同時(shí)采用超快速場(chǎng)回波(TFE)序列獲取3D-T1結(jié)構(gòu)像，TR 7.5 ms,TE 3.7 ms,層厚2 mm,層間隔–1 mm,矩陣256 × 256,激發(fā)角度7°，掃描全腦將連續(xù)獲得176層矢狀面圖像;所有的掃描均由同一名資深影像科醫(yī)師操作完成。
1.3 數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計(jì)分析
將所有被試的原始數(shù)據(jù)導(dǎo)入個(gè)人電腦工作站，采用統(tǒng)計(jì)參數(shù)圖(SPM8)的嵌套軟件VBM8toolbox進(jìn)行數(shù)據(jù)處理;計(jì)算和處理圖像矩陣在Matlab平臺(tái)上運(yùn)行;數(shù)據(jù)處理包括：(1)對(duì)頭位偏差大的圖像進(jìn)行位置校正;(2)每個(gè)被試3D-T1圖像分割成灰質(zhì)、白質(zhì)、腦脊液后，將所有被試者的MR圖像都配準(zhǔn)至模板圖像，進(jìn)行空間標(biāo)準(zhǔn)化處理;(3)采用半高全寬為8 mm的三維高斯核進(jìn)行圖像平滑，并對(duì)處理后的結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。采用兩樣本t檢驗(yàn)進(jìn)行比較(檢驗(yàn)參數(shù)t>3.7459,P<0.05;校正)，選取相鄰像素(voxels)大于389個(gè)以上的組塊(cluster)才視為有差異的腦區(qū)，將檢驗(yàn)結(jié)果疊加到T1結(jié)構(gòu)圖的模板上，分析研究對(duì)象全腦結(jié)構(gòu)體積的變化。
2、結(jié)果
VBM分析顯示高原地區(qū)正常成年人與平原組相比：(1)高原組較平原組的左側(cè)后扣帶回、左側(cè)顳上回灰質(zhì)體積增加(表1,圖1);(2)高原組較平原組的右側(cè)島葉灰質(zhì)體積減低(表2,圖1);(3)高原組較平原組的左側(cè)丘腦、右側(cè)額上回、左側(cè)豆?fàn)詈恕⒆髠?cè)枕葉白質(zhì)體積增加(表3,圖2)。
3、討論
一個(gè)世紀(jì)以來，從臨床方面對(duì)腦缺氧后的生理學(xué)、組織解剖學(xué)、神經(jīng)化學(xué)等進(jìn)行了大量的宏觀和微觀研究;但從影像學(xué)的角度上報(bào)道較少。
研究表明高海拔環(huán)境(低溫，低壓，紫外線，寒冷，脫水)下的土著居民和移民在呼吸道和心血管方面產(chǎn)生了適應(yīng)性的改變，這直接與氧氣的運(yùn)輸有關(guān)[7-10].大腦是人體的控制中心，通過其傳入反饋，心血管和呼吸道系統(tǒng)的適應(yīng)性改變作用于大腦，也可能引起相應(yīng)腦結(jié)構(gòu)的改變[11].另一方面，中樞神經(jīng)系統(tǒng)是高度氧化的，它不可避免的遭受含氧量低的壓力。血紅蛋白濃度以及動(dòng)脈血氧飽和度的變化使大腦血流的氧輸送發(fā)生改變，最后導(dǎo)致腦結(jié)構(gòu)的積累性改變[12-14].許多研究者對(duì)高原地區(qū)居民的研究主要注重于腦葡萄糖代謝率[13]和腦自身調(diào)節(jié)[15-16].但到目前為止，高原地區(qū)的居民腦部結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性改變?nèi)匀徊磺宄?/p>
目前研究表明，高海拔適應(yīng)與大腦結(jié)構(gòu)的`改變有關(guān)，包括某些區(qū)域皮層灰質(zhì)體積和白質(zhì)結(jié)構(gòu)的改變;根據(jù)Zatorre等[17]的研究發(fā)現(xiàn)，正常成人灰質(zhì)增加可能與以下幾個(gè)方面有關(guān)：神經(jīng)細(xì)胞的增加、膠質(zhì)細(xì)胞再生、突觸發(fā)生及血管生成。然而，灰質(zhì)的減少可能與缺氧新陳代謝副產(chǎn)物和低氧環(huán)境下谷氨酸能神經(jīng)細(xì)胞釋放的谷氨酸鹽增多有關(guān)[18].本研究結(jié)果示，高海拔地區(qū)正常成人較平原組左側(cè)后扣帶回、顳上回灰質(zhì)體積增加;前腦島葉灰質(zhì)體積減少;說明高原正常成人的此腦區(qū)對(duì)缺氧極為敏感。
后扣帶回是默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)中心節(jié)點(diǎn)之一，是情節(jié)處理和工作記憶的重要構(gòu)成部分;顳上回是視聽覺中樞的一部分。登山運(yùn)動(dòng)員[18-22]、生活在適度海拔高度的世居者[23]以及高海拔移民的后代[24-25]中有短期記憶，視覺結(jié)構(gòu)，程序?qū)W習(xí)，工作記憶的減弱并且反應(yīng)時(shí)間的增加情況，該區(qū)域灰質(zhì)增加也可能解釋上述機(jī)制，到目前為止為什么發(fā)生及怎樣發(fā)生還不完全清楚。
島葉皮層已被證明與心血管疾病控制有關(guān)[26-28],前腦島在呼吸困難中起重要作用[29],呼吸困難常常發(fā)生在對(duì)高海拔低氧的適應(yīng)過程中。最近，Paulus等[30]提出一種假設(shè)：前腦島在高海拔環(huán)境中處理自身平衡穩(wěn)定是必需的;有氧代謝能力與右側(cè)前腦島灰質(zhì)有很強(qiáng)的相關(guān)性[31],高海拔地區(qū)居民在生長(zhǎng)發(fā)育期間需氧容量降低[32-33],因而島葉灰質(zhì)體積減少。所以，筆者推測(cè)居民在適應(yīng)于高海拔會(huì)有前腦島部灰質(zhì)的減少。
白質(zhì)由神經(jīng)纖維構(gòu)成，位于大腦皮質(zhì)與基底核之間。彌散張量成像是研究腦白質(zhì)的方法之一，但本文章采用基于VBM方法測(cè)量腦白質(zhì)體積的研究。本研究結(jié)果顯示，白質(zhì)體積增加區(qū)域?yàn)樽髠?cè)丘腦、右側(cè)額上回、左側(cè)豆?fàn)詈恕⒆髠?cè)枕葉。丘腦與腦內(nèi)許多結(jié)構(gòu)有著豐富的纖維連接，并且是腦的中繼站，起著過濾器的作用，通過排除多余或者無關(guān)的刺激來傳遞重要的或相關(guān)的信息。前額葉的主要功能是記憶、判斷、分析、思考、操作，人類完成高級(jí)認(rèn)知任務(wù)主要與前額葉有關(guān)。左側(cè)豆?fàn)詈伺c右側(cè)運(yùn)動(dòng)和神經(jīng)傳導(dǎo)有關(guān)。
枕葉為視覺皮質(zhì)中樞，以上白質(zhì)的改變可能與情感的調(diào)節(jié)、認(rèn)知功能、地處高原環(huán)境、基因和生活環(huán)境等有關(guān)。
我們初步探討了長(zhǎng)期低氧對(duì)高原地區(qū)正常成人腦結(jié)構(gòu)的影響，證明了高海拔適應(yīng)性與腦部結(jié)構(gòu)改變有關(guān);但本研究樣本量較小，沒有設(shè)計(jì)認(rèn)知功能測(cè)試，本研究中對(duì)結(jié)果的解釋主要依靠其他學(xué)者的研究結(jié)果。今后，筆者將擴(kuò)大樣本量，行腦認(rèn)知功能測(cè)驗(yàn)等，為高原地區(qū)正常成人腦結(jié)構(gòu)改變提供更多證據(jù);增進(jìn)我們對(duì)高原長(zhǎng)期低氧改變腦結(jié)構(gòu)的全面認(rèn)識(shí)。
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