发展性口吃患者的Broca区血流灌注减少

文献：Desai, J., Huo, Y., Wang, Z., Bansal, R., Williams, S., Lythgoe, D. J., Zelaya, F., & Peterson, B. S. (2017b). Reduced perfusion in Broca’s area in developmental stuttering. Human Brain Mapping, 38(4), 1865–1874. https://doi.org/10.1002/hbm.23487 论文原文

解剖磁共振成像(MRI)、任务型功能磁共振成像(fMRI)和静息状态功能磁共振成像(fMRI)对口吃的研究表明，在广泛分布的大脑区域存在异常。任务型fMRI研究有局限性（脑区选择，范式影响，对于任务不同年龄被试反应方式不同）。 局部脑血流 (rCBF) 的测量是大脑活动的一种方便的替代测量：在静止状态下获得，独立于任何激活范式，可以同时从所有大脑区域获得。基于口吃的理论模型和先前脑成像研究的发现，作者对Broca区和语言环路中相关区域在发育性口吃发病机制中的首要地位有很强的先验假设。研究者假设会检测到参与语音产生各个阶段的大脑区域灌注减少，包括感觉反馈、语音编码以及运动规划和编程。

被试：26名发展性口吃患者（经同一病理学家诊断），纳入有合并症的参与者（在一般口吃者中非常普遍）。使用儿童口吃体验评估 (ACES) 和成人说话者口吃体验的总体评估 (OASES) 来评估 MRI 扫描当天的口吃严重程度。对照组： 随机招募的36 名说话流利者，根据年龄和性别与口吃者进行分组匹配。 使用韦氏简明智力量表测量智力、爱丁堡量表测量利手偏侧性、霍林斯黑德的四因素指数测量社会经济地位。除了利用MRI测量静止状态下的局部脑血流，口吃者和流利对照组的被试也完成了其他几项神经心理学任务，如： 1，手指敲击任务：在 10 秒内用食指尽可能快地按下计算机 (PC) 上的一个键；每个参与者交替使用惯用手和非惯用手进行总共 10 次试验 。 2，分别使用惯用手和非惯用手进行直线等分任务，以及使用视觉检查进行无运动评估 3，Purdue 钉板测试 。

图像采集在GE Signa 3T (Tesla) HDx系统上。研究者优化了脉冲动脉自旋标记(PASL)灌注序列，使用PICORE(近端反转与非共振效应控制)QUIPSS II(使用一次减影灌注定量成像)脉冲序列在3T进行平行成像。 使用SPM-8(统计参数映射)使用6自由度线性变换将每个参与者的解剖脑图像与相应的平均rCBF图像进行共配。然后，研究者将每个参与者的rCBF图像共同注册到规范的avg152T1-brain模板上，在SPM中以3*3*3立方毫米的立体像素大小重新采样，使用每个参与者的解剖大脑图像作为中介源。 对于每个参与者，研究者对空间标准化的rCBF地图跨时间求平均值，从而产生平均rCBF地图。通过从每个体素的rCBF值中减去平均rCBF图中所有体素的整体平均值，然后除以平均rCBF图中所有体素的标准偏差，将这个平均rCBF图转换为Z-score图——以提供个体间具有相同均值和标准差的rCBF图

图1

Figure1解读： 左图：第一列表示口吃组和流利对照组之间 rCBF Z 评分灌注值的统计学显着差异，同时对参与者的年龄和性别进行协变，在多重比较校正后显示为 P < 0.05 的阈值。蓝色体素表示口吃组灌注值降低，红色体素表示相对于对照组灌注值增加。与流利的对照组相比，口吃组的静息灌注值在双侧布罗卡区和额上回较低，而在小脑核和顶叶皮质较高。第二列和第三列显示了 P 值显着性水平的彩色编码图，将个体水平的 rCBF Z 分数灌注值与一般线性模型中的零值进行了比较，该模型分别应用于口吃组和对照组，阈值为 Z= 1.65，对应多重比较校正后的 P = 0.05。图左侧垂直对齐的 z 值表示蒙特利尔神经学研究所坐标系中的切片级别（以毫米为单位）。右图：蓝色体素表示负相关，红色体素表示 rCBF Z 评分灌注值和口吃严重程度评分之间的正相关，在多重比较校正后显示为 P < 0.05 的阈值。布罗卡区的灌注值与口吃的严重程度成反比。（PC，顶叶皮层； SFG，额上回； MTG，颞中回； MOG，枕中回； CN，小脑核团）

样本特征：与口吃者相比，对照组的智商全面得分略高，具有统计学意义。 组间灌注值对比：与流利的对照组相比，口吃组的Broca区 (P < 0.0043) 和额上回 (P < 0.0015) 的静息 rCBF 值较低 (P < 0.0001)（图 2）。

图2

口吃组的小脑核 (P < 0.0002) 和顶叶皮层 (P < 0.0001) 的值更高。当分析中只包括儿童（年龄 < 20 岁）时，发现保持一致。 组内相关性：Broca 区的 rCBF 值与使用 ACES 和 OASES 的分量表 I 和 V（总严重程度）测量的口吃严重程度呈负相关，与其他分量表的相关性也是一致的。仅对儿童进行分析时，结果保持不变。灌注与口吃严重程度的负相关向后延伸到颞上皮层和下顶叶皮层内的弓状束，并延伸到 Wernicke 区。

神经心理测试与rCBF：对这38名参与者的后期分析显示，rCBF与对侧感觉和运动语言区(左颞下区、左脑岛区、左颞中区)主手的手指敲击速度呈正相关，而与年龄、性别和诊断相关。研究者还检测到在双侧感觉运动区(右侧被盖区、左侧冠状叶区、右侧顶叶区)与语言区(右侧被盖区、左侧冠状叶区、右侧顶叶区)的rCBF与手指敲击速度的显著负相关(P < 0.01)(图3)；但没有检测到非优势手的手指敲击速度与普渡钉板或线对半任务的分数显著相关。

图3

这项研究首次使用灌注MRI来研究口吃者的大脑活动差异。与健康对照组相比，口吃组静息状态下双侧Broca区和额上回rCBF降低，Broca区rCBF值与口吃严重程度呈负相关，并向后延伸至语言环路的其他部分；与健康对照组相比，口吃组小脑核团和顶叶皮层的rCBF增加。在儿童分析中，所有发现都没有改变。不同年龄阶段研究结果的一致性表明，Broca区rCBF降低可能代表了一种稳定的特质脆弱性，没有这种脆弱性，口吃可能不会表现出来。灌注与口吃严重程度的负相关表明，口吃越严重，Broca区和语言环路后部的rCBF降低越大。 Broca区是用于语音生成的神经网络的关键组成部分，Broca区局部脑血流量的降低会干扰运动规划、语音和句法加工以及词汇提取，导致非流利性。这种严重程度的相关性向后延伸至弓状束的邻近组织，提示当Broca区存在的组织紊乱向后延伸至弓状束时，语言环路功能恶化，产生更严重的症状。对所有参与者的rCBF与运动表现的相关性进行的事后分析支持了对主要发现的解释。使用优势手的手指敲击速度与对侧感觉和运动语言区rCBF的正相关表明，更好的运动表现伴随着语言区更大的rCBF，口吃者语言区rCBF的减少不仅代表言语行为的计划和执行，而且更普遍地代表简单的感觉运动过程。rCBF 与语言区头侧双侧感觉运动区优势手的手指敲击速度呈负相关，这表明在感觉运动皮层中需要相对较少 rCBF 以产生相当水平的运动表现的人，这种简单运动任务的速度更快因此，它们的感觉运动皮层中的神经处理效率更高。 额斜束是连接布罗卡区和额上回的深层额叶通路，额上回负责语言的启动和自发性。该束的损伤会导致言语减慢和停顿。额上回区域 rCBF 减少可能反映斜束中的组织紊乱。神经影像学和病变研究表明，小脑核团有助于言语运动控制。在口吃组中，小脑 rCBF 的增加可能代表对Broca区和相关语言回路中存在的基于运动的不流畅的补偿反应。同样，顶叶皮层 rCBF 的增加可能代表使用高阶、多感觉整合过程来补偿口吃组的不流畅，因为功能性 MRI 研究表明顶叶皮层与参与言语产生的初级感觉运动区域有广泛的联系。感觉运动语言系统以外区域的异常 rCBF 表明网络的参与超出了负责正常语音产生的关键解剖区域。