李 燕，王海寶，余永強(qiáng)，王 松，錢俊超，鐘 凱

隨著神經(jīng)影像學(xué)的發(fā)展，高場(chǎng)強(qiáng)磁共振設(shè)備的應(yīng)用為酒精腦損傷腦功能研究提供了強(qiáng)有力的設(shè)備支持。目前， 3 T以上高場(chǎng)強(qiáng)磁共振應(yīng)用于人類腦功能研究仍然處于探索階段，Hetherington et al[1]研究表明通過適當(dāng)?shù)姆椒梢允褂?T磁共振波譜成像進(jìn)行海馬損傷檢測(cè)。雖然3T靜息態(tài)功能磁共振成像(resting state functional magnetic resonance imaging ,rs-fMRI)研究恒河猴和人類急性酒精腦功能變化已有報(bào)道[2-3]，但是9.4T高場(chǎng)強(qiáng)的非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物急性酒精腦功能研究鮮有報(bào)道。早前研究[4]顯示非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)(default mode network,DMN)具有自身的特點(diǎn)比如視覺皮層和顳上回部分腦區(qū)只在非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物DMN中出現(xiàn)。針對(duì)恒河猴顳上回的特點(diǎn)，該實(shí)驗(yàn)采用9.4T rs-fMRI基于分?jǐn)?shù)低頻振蕩幅度(fractional amplitude of low frequency，fALFF)分析恒河猴酒精靜脈注射后急性期顳葉腦功能的改變，以探索新的研究方法和依據(jù)，現(xiàn)報(bào)道如下。

1 材料與方法

1.1實(shí)驗(yàn)對(duì)象及設(shè)計(jì)健康雄性恒河猴5只，無長(zhǎng)期酒精接觸史。年齡6歲，體質(zhì)量7.40～13.80 kg。實(shí)驗(yàn)方法為給酒精前后自身對(duì)照[2]。詳細(xì)實(shí)驗(yàn)過程：首先將恒河猴用3 %戊巴比妥鈉肌肉注射誘導(dǎo)麻醉，劑量1 ml/kg，誘導(dǎo)期約20 min(視情況適當(dāng)加量，總用藥量小于1.5 ml/kg)，于踝上小腿部靜脈放置留置針，確定動(dòng)物達(dá)麻醉狀態(tài)后運(yùn)送至掃描室，擺好體位，采用面罩給予氣體麻醉(異氟烷氣體1.5% ～2%麻醉維持)，接顯示器對(duì)呼吸進(jìn)行監(jiān)控。先進(jìn)行一次血氧水平依賴性(blood oxygen level dependent, BOLD)和3D結(jié)構(gòu)像掃描，以獲取自身對(duì)照組數(shù)據(jù)，然后按0.44 g/kg的劑量靜脈給藥，該過程約5 min。給藥后10 min進(jìn)行第二次BOLD掃描。整個(gè)掃描過程約1 h，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后將恒河猴送回動(dòng)物房，保持其呼吸道通暢，恒河猴清醒后6 h予以進(jìn)食。本實(shí)驗(yàn)共成功進(jìn)行5只恒河猴9.4T rs-fMRI數(shù)據(jù)采集。

1.2實(shí)驗(yàn)掃描參數(shù)掃描設(shè)備為Agilent 9.4T/400 mm大孔徑動(dòng)物磁共振掃描儀，體線圈和4通道相控陣線圈分別進(jìn)行信號(hào)發(fā)射和接收。靜息態(tài)功能像血氧水平依賴EPI 4次激發(fā)全腦軸位掃描，回波時(shí)間(echo time, TE)9.8 ms，重復(fù)時(shí)間(repetition time,TR)500 ms，偏轉(zhuǎn)角度(flip angle, FA)90°，視野(field of view, FOV)90 mm×90 mm，矩陣64×64，層厚2.5 mm，層距0 mm，層數(shù)20；軸位3D解剖圖像采用快速擾相梯度序列掃描，TE 3.7 ms，TR 9 ms，F(xiàn)A 8°，F(xiàn)OV 90 mm×90 mm；矩陣192×192，層厚0.5 mm，層數(shù)192。

1.3圖像后處理使用MatLab 7.12(R2011a)dpabi子軟件DPARSF 3.2 for monkey data和SPM 12 fMRI數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；首先進(jìn)行圖像格式轉(zhuǎn)換，由DICOM格式換為NIFTI格式；去除前10個(gè)時(shí)間點(diǎn)數(shù)據(jù)；進(jìn)行頭動(dòng)校正并將數(shù)據(jù)歸入112RM-SL_T1模板進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，以2 mm×2 mm×2 mm體素單元重采樣；然后進(jìn)行高斯半高全寬(3 mm)平滑處理；去線性漂移和低頻濾過處理，活動(dòng)頻率范圍為0.01～0.08 Hz的低頻信號(hào)；使用Friston24去除協(xié)變量，包含去趨勢(shì)線、頭動(dòng)參數(shù)、腦白質(zhì)、腦脊液信號(hào)等；計(jì)算并導(dǎo)出全腦fALFF值。以顳葉為興趣區(qū)將組間興趣區(qū)顳葉fALFF值有差異的腦區(qū)通過MRIcroN軟件顯示，后續(xù)通過MNI坐標(biāo)依據(jù)猴腦解剖圖譜確定差異腦區(qū)的具體位置[5-6]。

1.4統(tǒng)計(jì)學(xué)處理通過SPM 12軟件對(duì)恒河猴酒精組和自身對(duì)照組顳葉fALFF值進(jìn)行配對(duì)樣本t檢驗(yàn)，P<0.01(非校正)及簇叢≥5個(gè)體素為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，通過MNI坐標(biāo)依據(jù)猴腦解剖圖譜確定差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義腦區(qū)的具體位置。

2 結(jié)果

2.1差異腦區(qū)酒精組與自身對(duì)照組顳葉fALFF值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義腦區(qū)見表1。

2.2差異腦區(qū)具體位置酒精組顳葉fALFF值低于自身對(duì)照組的腦區(qū)為左側(cè)顳上回、左側(cè)顳中回、左側(cè)顳下回，酒精組顳葉fALFF值高于自身對(duì)照組的腦區(qū)為右側(cè)顳上回、右側(cè)顳葉海馬旁回、左側(cè)顳下回，簇叢均≥5個(gè)體素，見圖1。

表1 酒精組與自身對(duì)照組顳葉fALFF值相比差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的腦區(qū)

P<0.01及簇叢≥5個(gè)體素為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義

圖1 酒精組與自身對(duì)照組顳葉fALFF值比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的腦區(qū)

3 討論

神經(jīng)影像學(xué)檢查設(shè)備的不斷更新，促使成像方法亦得到不斷發(fā)展， rs-fMRI的出現(xiàn)使得對(duì)“活體”大腦靜止?fàn)顟B(tài)下的復(fù)雜功能結(jié)構(gòu)進(jìn)行準(zhǔn)確描述成為可能[7]，由此對(duì)人類腦功能的研究取得了很大進(jìn)展。rs-fMRI中BOLD信號(hào)與神經(jīng)血管及血流動(dòng)力學(xué)機(jī)制密切有關(guān)，高的低頻振幅(amplitude of lowfrequency fluctuation,ALFF)值表明該腦區(qū)自發(fā)神經(jīng)活動(dòng)更高，在去除心跳和呼吸的影響后fALFF可以更準(zhǔn)確地描述[8-9]。進(jìn)一步研究[10]顯示BOLD信號(hào)對(duì)血管活性物質(zhì)如酒精非常敏感，因此利用BOLD信號(hào)探討急性酒精暴露對(duì)大腦神經(jīng)功能影響是可行的?；谇笆龅母鞣N研究結(jié)果，目前使用rs-fMRI BOLD信號(hào)fALFF算法進(jìn)行酒精腦功能改變研究技術(shù)已經(jīng)成熟。

酒精對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)的影響是廣泛的，不僅多個(gè)神經(jīng)遞質(zhì)受到影響, 在細(xì)胞水平亦有所改變，酒精可以使細(xì)胞膜的轉(zhuǎn)運(yùn)功能發(fā)生變化，因此急性酒精暴露后便會(huì)立即引起腦神經(jīng)元活動(dòng)異常和局部腦血流量的改變，酒精神經(jīng)系統(tǒng)作用與情感、記憶處理、認(rèn)知和感覺運(yùn)動(dòng)功能關(guān)系密切[11]。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)將許多人為不可控因素的影響降到很小，研究[4]證明恒河猴與人類的DMN具有相似性，在麻醉狀態(tài)下DMN網(wǎng)絡(luò)連接的完整性仍然存在。因此，恒河猴急性酒精暴露腦損傷模型對(duì)人類急性酒精腦損傷研究具有重要價(jià)值。

Telesford et al[4]研究顯示恒河猴靜脈注射1g/kg劑量酒精10 min后，靜息態(tài)腦網(wǎng)絡(luò)發(fā)生了顯著改變。丁兆明 等[2]使用3T rs-fMRI對(duì)恒河猴研究顯示，靜脈注射0.44 g/kg劑量酒精10 min后腦功能的改變具有全腦效應(yīng)，其中涉及顳葉的腦區(qū)共5個(gè)點(diǎn)(P<0.01、簇叢≥3個(gè)體素)：減低為右側(cè)顳中回、左側(cè)顳上溝，增強(qiáng)為雙側(cè)顳下回、左側(cè)顳葉海馬旁回。本組研究顯示靜脈注射0.44 g/kg劑量酒精10 min后，恒河猴顳葉腦功能改變明顯，涉及兩側(cè)顳葉共8個(gè)點(diǎn)(P<0.01、簇叢≥5個(gè)體素)，有fALFF減低和增加等不同功能改變，減低的顳葉腦區(qū)為左側(cè)顳上回、左側(cè)顳中回、左側(cè)顳下回，增強(qiáng)的顳葉腦區(qū)為右側(cè)顳上回、右側(cè)顳葉海馬旁回、左側(cè)顳下回。通過對(duì)比看出在相同實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)下，9.4T rs-fMRI的功能改變檢出點(diǎn)要多于3T rs-fMRI，而且檢出簇從數(shù)較大，這主要是得益于9.4T更高的信噪比和分辨率。

前期研究[7]表明大腦獎(jiǎng)賞網(wǎng)絡(luò)和腹側(cè)視覺系統(tǒng)受到酒精干擾可以引起情緒改變和視覺功能降低，顳葉調(diào)節(jié)包括視覺與聽覺，顳中、下回以處理視覺信息為主，顳上回有邊緣關(guān)聯(lián)整合功能，顳上回的功能還涉及語(yǔ)義記憶[12]。本研究表明靜脈注射酒精急性期即出現(xiàn)雙側(cè)顳葉多個(gè)腦回功能改變，其中左側(cè)顳下回呈混合性改變。李子朋 等[3]研究健康成年人飲酒后30 min大腦靜息態(tài)腦網(wǎng)絡(luò)發(fā)生廣泛性改變，并提出飲酒后顳上回等腦區(qū)功能增強(qiáng)與酒精依賴可能有關(guān)的推測(cè)，本研究亦表明顳上回為恒河猴酒精急性期腦功能影響靶點(diǎn)區(qū)域。

酒精急性期腦功能靶點(diǎn)的研究可以為后續(xù)酒精成癮機(jī)制研究提供動(dòng)態(tài)跟蹤依據(jù)。Weber et al[13]通過健康男性飲酒研究表明飲酒后DMN連接隨著時(shí)間有不同變化，急性酒精暴露對(duì)腦灌注的影響亦存在個(gè)體差異、劑量依賴性和區(qū)域性差異[14]，給藥方式和檢測(cè)時(shí)間點(diǎn)不同，會(huì)有不同的腦功能改變。不同的腦區(qū)對(duì)酒精的敏感度不同，急性期腦活動(dòng)及血流量改變?cè)矫黠@，經(jīng)歷長(zhǎng)期飲酒過后結(jié)構(gòu)及功能損傷程度會(huì)越明顯[15]。一項(xiàng)通過超過30年大腦結(jié)構(gòu)和功能的重復(fù)測(cè)量表明，即使在中等水平飲酒，也會(huì)導(dǎo)致大腦的不良結(jié)果[16]。所以酒精急性腦功能改變檢出點(diǎn)越多，對(duì)于后續(xù)酒精腦損傷動(dòng)態(tài)研究的靶點(diǎn)選擇具有重要意義，9.4T rs-fMRI可以檢測(cè)出更多的功能改變點(diǎn)，在非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物模型研究中具有明顯優(yōu)勢(shì)。

本研究經(jīng)過預(yù)實(shí)驗(yàn)掃描參數(shù)的調(diào)整、設(shè)置，成功完成實(shí)驗(yàn)序列掃描5只猴子，動(dòng)物模型掃描后無明顯異常行為表現(xiàn)，說明利用9.4T rs-fMRI進(jìn)行非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物模型的酒精性腦功能損傷研究是安全的，為非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物酒精模型的研究提供了新的方法。

本研究的不足在于樣本量較少，雖然9.4T磁共振信噪比及分辨率高，但是受到線圈限制研究興趣區(qū)不能覆蓋全腦，后續(xù)研究可增加樣本量，改進(jìn)線圈及掃描參數(shù)，進(jìn)行全腦研究。

綜上所述，利用9.4T rs-fMRI進(jìn)行恒河猴急性酒精暴露顳葉腦功能改變研究是安全可行的，為后續(xù)的非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物酒精模型研究提供了新的方法；恒河猴急性酒精暴露顳葉腦功能改變明顯，右側(cè)增強(qiáng)，左側(cè)以減低為主，其中左側(cè)顳下回呈混合性改變。