Neurology：癫痫儿童语言神经网络存在静息状态功能连接性（FC）差异，适应、补偿形式反映神经网络可塑性
2022-02-01 Naomi MedSci原创
近日，有学者对比了典型发育期儿童(TD)和癫痫儿童的语言静息状态功能连接性(RS fMRI；FC)，发现基于疾病、癫痫灶位置和生长发育中的FC差异，表明FC以适应和补偿的形式反映了神经网络的可塑性。
对大脑语言网络进行术前定位是避免癫痫术后发生语言功能障碍的必要手段，功能磁共振语言标测通常用于确定运动语言皮层的偏侧性，并越来越多地用于定位。然而，功能磁共振语言标测并不能完全预测术后语言功能下降，且提供的关于网络可塑性的信息有限，尚需要更多方法来提高术前语言映射的精确度和预测能力。静息状态功能连通性（FC）可以替代任务fMRI。在早期工作之后，FC量化半球内的连接以反映大脑网络的同步性（“整合“），跨半球的连接以反映来自对侧同源的网络抑制（“隔离”）。先前对健康成年人语言偏侧化的研究表明，整合是左半球语言优势的替代，而分离近似于对右半球的抑制。在典型发育（TD）成人中，FC与词汇表现相关。FC识别偏侧化的语言网络，可增强术后语言衰退的预测模型，显示出作为术前评估工具的前景。
之前的工作确定了FC半球对比（FCHC）识别类似于基于语言任务的FMRI的侧化语言网络。然而，对于癫痫组，FCHC映射是双侧的，这反映了语言可塑性，因为在癫痫中有更大的非典型语言表征。我们将“典型“语言表征定义为解剖上截然不同的左侧主导额叶(broca区)和颞叶(wernicke区)。可塑性是大脑网络适应变化的能力，特指支持学习的大脑生理变化，包括网络补偿、适应和重组。补偿是招募支持和重新分配位于传统定义的解剖网络内的资源的能力(例如，右同源支持左主导网络)。适应是招募支持和重新分配位于传统定义的解剖网络之外的资源的能力(例如，运动辅助区激活暗示注意网络支持语言网络)。虽然补偿或适应可能是对需求的暂时反应，重组是占主导地位的网络资源向同源(即右主导语言)或非传统定义的网络大脑区域(如传统网络之外的大脑区域)的更为永久性的变化。幼儿的大脑区域在功能网络可塑性方面比成人有更多的神经等电位。对癫痫儿童语言网络的研究为影响神经网络发育和表达的因素提供了一个自然的研究。
先前的工作结合整合和分离成一个单一的FCHC，以最大限度地提高侧化效果，但未调查 TD儿童的语言发展轨迹。目前尚不清楚是否大脑区域(额叶与颞叶)或不同的FC指标（整合与分离）是不同的敏感发展。近日，有学者研究了典型发育期儿童(TD)和癫痫儿童的语言静息状态功能连接性(RS fMRI；FC)，以探究以下问题：(1)了解TD儿童和癫痫患者的FC成分有何不同；(2)阐明疾病部位(额叶/颞叶癫痫灶)对FC的影响；(3)探讨年龄与FC的关系。
研究预计，由于大脑成熟的发育轨迹，会产生区域性的差异，并做出以下几点假设：（1）癫痫儿童的结果与TD儿童不同。假设FC指标将捕捉额叶和颞叶语言区域与疾病相关的差异，证据是较低的整合和隔离。（2）认为半球FC整合和分离因癫痫灶的不同而不同，假设额叶疾病病灶会有较大的差异，因为这些区域有较长的神经成熟期和较大的可塑性倾向。（3）随着语言过程网络专业化的增加，左半球整合将在儿童期得到加强。因此，左语言的整合和隔离会随着年龄的增长而增加。
研究样本包括55名TD儿童(平均12岁，7-18岁)和31例局灶性癫痫患者(平均年龄13岁，7-18岁)。所有参与者都接受了RS功能磁共振成像。以双边规范语言图为目标，计算每个参与者的顶向半球内FC图和半球间FC图，并将其阈值设为最高10%，以计算包括整合(半球内FC；FCLIi)和分离(半球间FC；FCLIs)两种情况下的额区和颞区的FC偏侧性指数(FCLI；[(L-R)/(L+R)])。
- 研究发现基于疾病、癫痫灶位置和年龄的发展中语言网络中的FC差异;
- 额叶和颞叶FCLI在组间差异有统计学意义(t[84]=2.82，p<0.01；t[84]=4.68，p<0.01);
- 额叶癫痫灶与TD差异最大(Cohendfront FCLIi=0.84, FCL=0.5 1；颞叶FCLI i=1.29)。
- 发育和疾病对基于群体的FC的偏侧性有相反的影响;
- 额叶病灶组FCLIi随年龄增加而减少(r=−0.4 2)，颞叶病灶组FCLIi随年龄增加而增加(r=0.4 0);
- 在癫痫组中，右额叶整合FCLI的增加与我们的主要左侧语言优势组右额叶任务激活的增加有关(r=0.52，P<0.01);
- 语言网络连通性与癫痫儿童较高的言语智商有关(r=0.45，P<0.05);
这些发现提供了初步证据，表明FC以适应和补偿的形式反映了网络的可塑性，或者是在传统神经网络内外招募支持和重新分配资源以补偿疾病的能力。FC对基于任务的功能磁共振成像进行了扩展，并提供了关于语言网络的补充信息和潜在有用的信息，这些信息不是仅使用基于任务的功能磁共振成像就能捕捉到的。
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