卒中后失语非损伤侧脑电功率谱网络特征研究

樊瑞文，黄幸，李晓琳，鄢鹤铭，舒鑫，孔乔，李昌明，常静玲

北京中医药大学东直门医院神经内科，北京市100700

脑卒中是导致失语症的常见病因，约30%脑卒中患者伴有不同程度语言障碍[1-2]。传统对卒中后失语(post-stroke aphasia,PSA)的研究多集中于对语言发生过程进行解构，寻找导致语言功能损伤关键脑区，例如构建Wernicke-Lichtheim 等经典语言区模型[3-4]。然而语言相关脑区在经典语言区外存在更为广泛的分布[5]。随着脑成像技术不断发展，对PSA 神经损伤与恢复机制探索不断深入，人类语言功能被认为是不同脑区功能网络的整合，关键脑区受损导致语言网络连接异常是导致PSA的关键因素[6-7]。

当前针对PSA 语言功能恢复主要有以下假说。①损伤残存语言网络或通道替代参与[8]。该假说认为PSA 患者可调用不同的语言处理通道来完成相同的任务，而语言恢复机制可能是损伤后残存通道的重复使用，在损伤后进行康复调整，可发生替代路径的接合。②非语言区皮质辅助语言功能[9-10]，即视觉、听觉及语言区皮层功能可随脑部异常刺激发生转移。③右侧镜像网络重组[11]。在语言网络受损后，右脑镜像语言网络静默区域可能会激活重组，参与PSA 语言功能恢复。

在前期研究中，我们通过功能磁共振成像(functional magnetic resonance imaging,fMRI)发现PSA 患者左侧额-顶网络与右侧额中回、额下回皮层的功能连接增强，该现象与语言理解能力显著相关，PSA 患者语言恢复过程中发生代偿性重组[12]。但fMRI主要血氧水平依赖(blood oxygenation level dependent,BOLD)信号来探究脑功能信号，并不能直接反映神经电活动特点[13]。而脑电图(electroencephalogram,EEG)可以直接探测大脑皮层电活动，具有高时间分辨率特征，可对脑网络特征进行精准评价[14]。

本研究基于前期研究提出假说：PSA 患者右脑功率谱网络可发生重组进而代偿左侧语言功能。尝试应用EEG探查卒中后左侧损伤PSA患者恢复期右脑语言网络功率谱功能连接特征，选取与语言功能相关的Alpha(8～12 Hz)[15]和Theta(4～8 Hz)频段功率谱[16]，探讨PSA右侧电生理网络重构机制，为PSA的临床康复提供评价指标以及诊疗新思路。

1 资料与方法

1.1 一般资料

2018 年12 月至2019 年6 月在东直门医院招募脑卒中发病1～6 个月左脑半球损伤PSA 患者12 例(PSA组)，其中男性8 例，女性4 例；年龄39～62 岁，平均51岁。所有被试母语为汉语，右利手，波士顿诊断性失语症检查(Boston Diagnostic Aphasia Examination,BDAE)分级2～4 级；小学及以上学历；无痴呆、精神障碍史，无言语或语言发展障碍。

同时招募年龄、性别、受教育程度相匹配的健康者12 例(健康对照组)有偿参加实验，其中男性10 例，女性2 例；年龄48～66 岁，平均57 岁。所有被试自我报告无情感障碍历史和使用精神药物的情况。

两组性别、年龄、教育程度比较无显著性差异(P＞0.05)。见表1。

表1 两组一般资料比较

本研究经北京中医药大学东直门医院伦理审查委员会批准，所有被试在实验前签署知情同意书。

1.2 语言学量表采集

语言功能采用中国康复研究中心失语症检查(China Rehabilitation Research Center aphasia examination,CRRCAE)[17]进行评价。CRRCAE 是借鉴日本标准失语症检查量表(Standard Language Test of Aphasia,SLTA)的设计理论和框架，按照汉语词句用语的习惯和规则编制而成，适用于汉语语言环境，具有良好的信度和敏感度，并能用于失语症的诊断和治疗评估。CRRCAE 共有30 个分测验，由听、复述、说、出声读、阅读理解、抄写、描写、听写和计算9 大项目组成，大多数项目采用6 级评分法。按照失语症症状特点把量表分为理解能力、表达能力和其他与言语相关能力3大分项。

1.3 脑电数据采集

采用64导脑电系统(美国NEUROSCAN公司)进行脑电采集。测试室内保持安静，保证手机及空调等可能影响脑电信号的电器关机，被试舒适地坐在椅子上。脑电数据采集前，嘱受试者清洗头发，禁用护发素等护发用品。所有实验在被试进餐后3 h 内进行。保证被试的精神状态良好，嘱其保持闭目放松清醒状态。在记录EEG 过程中以头顶中央的Cz 电极为参考电极，采样频率1000 Hz，各通道阻抗低于5 kΩ，并对50 Hz工频干扰进行滤波处理，采集时长10 min。

1.4 脑电数据处理

采用Matlab2018a 数据处理分析软件(美国THE MATH WORKS 公司)及其脑电分析子软件EEGLAB工具包(https：//sccn.ucsd.edu/eeglab/index.php)进行脑电数据的离线分析。去除无关电极以及左脑电极，保留右侧34个电极，将参考电极由记录时的双侧乳突转为所有电极平均，带通滤波0.5～30 Hz；以2 s 为单位进行分段，利用独立成分分析(Independent Component Analysis,ICA)算法校正眼电、肌电等伪迹；对预处理后的数据进行带通滤波以及希尔伯特变换，得到各个电极的相位和相位差，求每个分段的相位锁值(phase locking value,PLV)，得到分段间PLV的平均值。最后对两组被试右脑34 个电极之间功能连接做独立样本t检验，构建差异显著脑功率谱功能网络。本研究重点关注Theta(4～8 Hz)、Alpha(8～13 Hz)两个频段。

1.5 统计学分析

采用SPSS 20.0 软件进行统计学分析。计量资料以(±s)表示，组间比较采用t检验；计数资料以频数表示，组间比较采用χ2检验。采用Person 相关系数对各脑功能网络特性与量表得分进行相关分析。显著性水平α=0.05。

2 结果

12 例PSA 患者仅有左脑半球梗死病灶(图1)，患者平均病程为52.75 d，平均病灶体积15.54 ml。

2.1 PSA患者EEG功率谱网络特点

PSA患者右侧脑功能网络在Alpha频段与Theta频段呈功能连接增强状态，主要增强脑区为中央区(C4、C6)与额、顶及额顶联合区(F6、F8、FP2)，颞顶联合区(T8、TP8)与额、顶、中央区(F6、FP2、C4)，此外还有中央顶区(CP4、CP6)与额、额顶联合区、额颞区(F6、F8、FC4、FC6、FT8)(图2、图3右)。

除外功能连接增强脑区，在Theta 频段也存在功能连接减弱区域，主要集中在颞顶、顶枕区(TP8、P2、P4、P8、PO4、PO6、PO8)与额、额顶、额中央区(F2、FZ、FP2、FPZ)之间(图3左)。

图1 病灶叠加图

图2 PSA患者右脑Alpha频段功能连接

2.2 功能连接与语言成绩相关

右侧顶枕区(PO4)至中央区(C6)Alpha 频段功能连接增强与患者语言表达能力降低相关(P＜0.05)。见表2。而顶、顶枕(P2、P8、PO4、PO6、PO8)与前额、额中央(F2、F4、FZ、FC2)Theta 频段功能连接减弱与患者语言的说、读、抄写、听写和计算等能力相关(P＜0.05)。见表3。

表2 功率谱连接增强与语言成绩显著相关区域

图3 PSA患者右脑Theta频段功能连接

表3 功率谱连接减弱与语言成绩显著相关区域

3 讨论

功率谱网络是研究人脑功能重要手段，其中Alpha与Theta频段与语言认知的关系密切[18-19]。Alpha频段在语言表达障碍人群存在抑制趋势[20]，右脑额、顶叶Alpha 频段功能连接随着年龄增长显著增强[21]，提示Alpha频段与语言表达功能密切相关。本研究提示，继左半球病损后，右侧额、顶、颞、皮层下等语言网络关键脑区Alpha 频段功率谱功能连接增强。人脑和语言相关功能节点主要分布在额叶(55%)、颞叶(29%)和顶叶(16%)[22]。右侧额-顶叶功能连接强度与高级语言认知功能密切相关[23]，且颞叶是语言-记忆功能网络的重要组成部分[24]。人脑语言-计算网络由左侧额下回、顶上小叶、角回以及双侧顶叶内沟共同组成[25]。本研究显示，与语言功能密切相关的额、顶、颞脑区功率谱功能连接相比健康人显著增强，这与PSA 恢复假说中的右脑语言镜像区代偿左侧语言功能理论一致。

在既往语言词汇匹配实验中，Alpha 功率谱对于非常规词汇的脑机制表达，呈现抑制特点，而在处理词汇输入的过程中表现为网络连接功能的减弱。而Theta 功率只对模糊的非词选择性表达为双侧额-颞网络连接增强[26]。因此，增强的Alpha 功率可以表征脑的词汇整合能力，而增强的Theta 功率可以索引词汇的歧义消解过程。在两个频段交互方面，语言词汇表现差的儿童在较弱Alpha 频段功能连接的同时具有更强的Theta 频段功能连接[27]，提示Theta 频段与语言表达，特别是词汇量呈现负相关。Theta 频段与句子理解关系密切，句子理解能力障碍患者往往伴随有Theta 频段振幅的变化，前额背侧语言网络Theta 频段可有效表征患者句子理解水平[28]。PSA 患者右脑顶、顶枕与前额、额中央Theta 频段功能连接减弱，进一步验证了右脑镜像语言相关网络与PSA 语言功能改变密切相关。

将右脑功率谱网络连接值与语言功能进行相关分析，结果提示Alpha 频段功率谱连接的增强与PSA 患者大声读与复述显著相关，Theta 频段功率谱连接降低与说、读能力显著相关，提示右侧额-顶-中央脑区可能出现脑功能网络重组来代偿患者语言表达能力。在PSA 临床康复中，缺乏反映特定语言功能的敏感评价指标。本研究提示，EEG 在额-顶-中央的Alpha 和Theta 功率谱网络可能作为临床考察PSA 语言康复疗效的客观证据。

本研究存在以下几点不足。①本研究为观察性试验，样本量较小，仅用于探索验证网络变化规律。在此基础上未来将开展大样本随机临床试验研究，进一步对研究结果进行验证。②本研究仅对发病后单个时点静息脑电信息进行挖掘，无多时点对照验证PSA 恢复过程右脑功率谱网络动态变化。未来可补充任务态及多时点比较信息，对右脑网络重组情况进行探索，为PSA的防治提供更多预防与治疗思路。