孫桂洋，陳井亞，馮源，張玲玲，陸照璇，陳碩楠，劉斌

(1.東南大學(xué)醫(yī)學(xué)院，江蘇南京 210009;2.東南大學(xué)附屬中大醫(yī)院放射科，江蘇 南京 210009)

腦功能聽覺網(wǎng)絡(luò)研究中較少關(guān)注性別差異對聽覺網(wǎng)絡(luò)的影響［1-2］，對這種可能存在差異的忽略可能是近年來腦功能研究可重復(fù)性較低的一個原因。獨(dú)立成分分析(ICA)方法是近年來腦功能研究的熱點(diǎn)［3］，這種腦功能數(shù)據(jù)分析方法具有不需要先驗(yàn)假設(shè)的盲源性，在多種疾病研究中均得到了廣泛的應(yīng)用。本實(shí)驗(yàn)采用ICA方法來觀察正常男性及女性人群的靜息態(tài)聽覺網(wǎng)絡(luò)，并觀察兩者之間可能存在的差異，為下一步的研究提供依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 一般資料

2012年6月到10月間搜集健康受試者40例，按性別分為兩組，其中男20名，女20名。兩組受試者年齡(20～62歲)匹配，平均(35.8±4.2)歲。所有受試者純音聽閾測試均正常，身體均健康，無神經(jīng)系統(tǒng)疾病史，均為右利手。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案經(jīng)東南大學(xué)附屬中大醫(yī)院倫理委員會論證并同意，所有受試者均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法

采用Simens Verio 3.0T MR，標(biāo)準(zhǔn)12通道頭部線圈。受試者仰臥，保持靜息狀態(tài)，頭部兩側(cè)用海綿墊固定，以減少頭部運(yùn)動。首先使用SE序列獲得36層T1WI解剖圖像，掃描參數(shù):TR 2 000 ms，TE 9 ms，層厚4 mm，無間距，F(xiàn)OV 240 mm ×240 mm，矩陣320×320。然后采用EPI序列在與T1WI相同的層面進(jìn)行BOLD圖像采集，掃描參數(shù):TR 2 000 ms，TE 25 ms，翻轉(zhuǎn)角90°，層厚4 mm，無間距，F(xiàn)OV 240 mm ×240 mm，矩陣64×64。掃描時間486 s。同時對每個受試者行全腦容積掃描以獲得全腦3D圖像，掃描參數(shù):TR 1 900 ms，TE 2.48 ms，翻轉(zhuǎn)角9°，F(xiàn)OV 256 mm ×256 mm，矩陣256 ×256，層數(shù)176，層厚1 mm，無間距。掃描過程中囑受試者閉眼不動并保持清醒狀態(tài)。

1.3 數(shù)據(jù)預(yù)處理

使用DPARSF軟件(http://www.restfmri.net)在MATLAB平臺下進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理。為得到穩(wěn)定的BOLD信號，將每個受試者的前10個時間點(diǎn)數(shù)據(jù)去掉，然后對剩余數(shù)據(jù)進(jìn)行時間和頭動校正，再標(biāo)準(zhǔn)化到蒙特利爾神經(jīng)病學(xué)研究所(MNI)坐標(biāo)空間并重新采樣到每體素3 mm×3 mm×3 mm。然后將標(biāo)準(zhǔn)化后的功能數(shù)據(jù)采用濾波尺寸為6 mm的各向同性高斯濾波器進(jìn)行空間平滑，為了減小高頻生理噪聲的影響，對數(shù)據(jù)均進(jìn)行帶寬為0.01～0.08 Hz的帶通濾波。最后，利用線性回歸的方法將頭動校正參數(shù)、全腦信號、腦白質(zhì)和腦脊液信號從功能數(shù)據(jù)中去除。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用GIFT軟件(http://icatb.sourceforge.net/)對兩組受試者預(yù)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行ICA組分析，選擇分離50個獨(dú)立成分，對分離出的各成分結(jié)果歸一化為Z值，得到50個獨(dú)立的腦區(qū)激活分布圖和相應(yīng)的時間序列。Z值代表的是單個體素的時間序列與整個成分的時間序列的相關(guān)度，Z值越大，相關(guān)性越強(qiáng)。在分離出的50個獨(dú)立成分內(nèi)選擇聽覺網(wǎng)絡(luò)成分采用SPM8軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，組內(nèi)分析采用單樣本T檢驗(yàn)，F(xiàn)DR校正，P＜0.05，最小激活體素為30;組間分析采用雙樣本T檢驗(yàn)，Alphasim矯正(Mask file:Brain Mask_05_61×73×61)，P＜0.005，最小激活體素為26。最終獲得兩組受試者靜息態(tài)聽覺網(wǎng)絡(luò)及兩者之間的差異腦區(qū)圖。

2 結(jié) 果

2.1 組內(nèi)比較

兩組受試者組內(nèi)分析所獲取靜息態(tài)聽覺網(wǎng)絡(luò)腦區(qū)，男性組包括雙側(cè)的顳葉(含顳上回)、顳中回、顳下回及島葉、雙側(cè)扣帶回;女性組包括顳上回、顳中回、顳下回及島葉，兩組激活范圍主要位于雙側(cè)聽覺中樞，即顳上回區(qū)(表1，圖1、2)。

表1 獨(dú)立成分分析所獲取兩組受試者靜息態(tài)聽覺網(wǎng)絡(luò)分布Tab 1 Resting-state auditory brain area of two groups acquired by ICA analysis

圖1 獨(dú)立成分分析提取男性組靜息態(tài)聽覺網(wǎng)絡(luò)分布圖(色條圖為T值)Fig 1 Resting-state auditory network of male group acquired by ICA analysis(color bar represents T value)

圖2 獨(dú)立成分分析提取女性組靜息態(tài)聽覺網(wǎng)絡(luò)分布圖(色條圖為T值)Fig 2 Resting-state auditory network of female group acquired by ICA analysis(color bar represents T value)

2.2 組間比較

兩組間差異腦區(qū)主要包括右側(cè)顳上回，左側(cè)海馬及其周圍區(qū)域，左側(cè)額中下回(表2，圖3)。

表2 兩組受試者靜息態(tài)聽覺網(wǎng)絡(luò)差異腦區(qū)分布Tab 2 The different brain area between two groups

圖3 兩組受試者靜息態(tài)聽覺網(wǎng)絡(luò)差異腦區(qū)分布圖(色條圖為T值)Fig 3 The different auditory network between two groups(color bar represents T value)

3 討 論

3.1 ICA方法觀察靜息態(tài)聽覺網(wǎng)絡(luò)的有效性

以往關(guān)于聽覺靜息態(tài)的腦功能研究大部分采用種子點(diǎn)相關(guān)的分析方法［4］，但聽覺皮層在人腦中具有相對對稱的分布特點(diǎn)，在這種情況下，種子點(diǎn)的選擇成為難點(diǎn)之一，不同的種子點(diǎn)選擇所獲取的功能網(wǎng)絡(luò)具有不同的分布特點(diǎn)，而同時選擇雙側(cè)聽覺皮層區(qū)域內(nèi)的種子點(diǎn)又給后期的統(tǒng)計(jì)分析帶來了很大的工作量，增加了運(yùn)算的復(fù)雜性及其可信程度。ICA方法在近幾年腦功能研究中日益成為熱點(diǎn)［5］，與種子點(diǎn)分析法不同的是，ICA不需要預(yù)先選擇種子點(diǎn)進(jìn)行處理分析，而是在全腦尋找空間上信號相對獨(dú)立的腦區(qū)，這些腦區(qū)被定義為靜息態(tài)功能網(wǎng)絡(luò)，它能夠在全腦范圍內(nèi)獲得信號上相對獨(dú)立的成分，這些成分可以很簡單地進(jìn)行組內(nèi)及組間分析。這種分析方法的盲源性使研究者即使無任何先驗(yàn)假設(shè)，也可以對噪聲和各種功能信號進(jìn)行分離。

董國珍等［6］利用種子點(diǎn)分析方法對ICA方法定位的準(zhǔn)確性進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果證實(shí)ICA方法可以準(zhǔn)確地分離出聽覺系統(tǒng)，且在解剖定位上與種子點(diǎn)分析法高度一致。本研究男性和女性兩組受試者的組內(nèi)分析結(jié)果表明，靜息態(tài)默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)均位于雙側(cè)初級及次級聽覺皮層，即雙側(cè)顳葉及相鄰的島葉，雙側(cè)的扣帶回等區(qū)域，這與本小組前期采用種子點(diǎn)分析方法所獲取的結(jié)果［7］一致，表明ICA方法可以有效地獲取受試者的靜息態(tài)聽覺網(wǎng)絡(luò)。

ICA方法同樣具有其限制性，在ICA數(shù)據(jù)處理過程中，獨(dú)立成分?jǐn)?shù)量的選擇以及對目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)的選取均會對結(jié)果造成一定的影響。本研究對兩組受試者均選擇相同的50個獨(dú)立成分?jǐn)?shù)量，并依照本小組前期的實(shí)驗(yàn)結(jié)果選取匹配程度最佳的靜息態(tài)聽覺網(wǎng)絡(luò)，以最大程度減少該方法對結(jié)果可能造成的影響。

3.2 靜息態(tài)聽覺網(wǎng)絡(luò)的性別差異

很多生理學(xué)及神經(jīng)科學(xué)學(xué)者進(jìn)行試驗(yàn)研究時，都基于人類感覺系統(tǒng)功能并無性別相關(guān)差異的假設(shè)，大部分科研工作未關(guān)注性別差異對感覺功能的影響。事實(shí)上，男性和女性對環(huán)境和周圍事物的感知是有差異的。我們假設(shè)這種差異源自于腦功能網(wǎng)絡(luò)的差異性，基于這種假設(shè)，我們進(jìn)行了這項(xiàng)研究。

本研究結(jié)果表明，男性和女性靜息態(tài)聽覺網(wǎng)絡(luò)具有差異，男性組較女性組激活減低的腦區(qū)主要位于右側(cè)顳上回后部以及左側(cè)額中下回。顳上回后部的主要功能［8］是整合聽覺刺激，并進(jìn)一步加工處理，再傳導(dǎo)至聽覺中樞，而額中回、額下回的主要功能是情緒以及感知的調(diào)節(jié)。與男性相比女性在這些腦區(qū)激活較高表明，女性的情緒以及感知功能腦區(qū)部分參與了聽覺信息的整合過程，從而可能導(dǎo)致女性對聽覺信息具有較多的情緒理解，對周圍環(huán)境具有更加感性的感知過程，而這種感知源自于信息的加工處理及整合過程。這與國外學(xué)者［9］的研究一致。同時，男性在海馬及其周圍區(qū)域具有更強(qiáng)的激活，海馬及其周圍區(qū)域具有短時記憶功能。此外，Teki等［10］近期研究表明，海馬區(qū)與顳上回功能上具有聯(lián)合性，共同參與復(fù)雜聲音感知，這種感知基于海馬所存在的記憶模板及經(jīng)驗(yàn)性依賴記憶。這表明，男性可能具有更多的腦區(qū)參與對聽覺信息的理解及記憶能力，從而積累更多的經(jīng)驗(yàn)性信息，以對周圍的環(huán)境具有更加強(qiáng)大的適應(yīng)性。同時，在組內(nèi)分析時男性組雙側(cè)扣帶回有激活，女性組該區(qū)域未見明顯激活，但在組間統(tǒng)計(jì)分析時該區(qū)域在兩組之間并未見明顯差異，結(jié)合本小組及以往研究者的實(shí)驗(yàn)結(jié)果［7，11］，以種子點(diǎn)相關(guān)方法獲取的男性及女性受試者均可見雙側(cè)扣帶回的激活，這表明在女性組可能雙側(cè)扣帶依然參與了聽覺網(wǎng)絡(luò)的功能，但聯(lián)絡(luò)程度稍低，故組間統(tǒng)計(jì)學(xué)分析未見明確差異。我們在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中將加大樣本量并進(jìn)一步驗(yàn)證這種假設(shè)。

我們的研究表明，聽覺網(wǎng)絡(luò)在正常人不同的性別之間有差異。這種差異不僅僅存在于聽覺中樞，而且存在于與聽覺中樞聯(lián)合參與聽覺感知的腦區(qū)如海馬、額葉等區(qū)域。同時，我們的研究年齡跨度較大(20～62歲)以及受試者數(shù)量較少，而這種年齡的跨度及數(shù)量可能會影響到最終的結(jié)果，我們將在后續(xù)的實(shí)驗(yàn)中予以完善。

總之，應(yīng)用ICA方法可以滿意地獲取人腦的靜息態(tài)聽覺網(wǎng)絡(luò)，而且可以滿意地觀察到男女性別聽覺網(wǎng)絡(luò)之間的差異，這些差異可能與不同性別之間對周圍環(huán)境的感知不同相關(guān)。

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