基于语言双流模型的卒中后失语右脑功能网络研究

樊瑞文，李晓琳，黄幸，徐敏杰，曹云，张丹莉，常静玲

北京中医药大学东直门医院神经内科，北京市100700

左侧半球损伤为主的脑卒中为失语症最常见病因，约1/3 脑卒中患者并发卒中后失语(post stroke aphasia，PSA)[1]。部分PSA 患者语言功能可在急性期自主恢复[2]，更多需要语言康复促进语言功能恢复[3]，如言语语言治疗[4]、镜像神经元刺激[5]、非侵入性脑刺激[6]、强制疗法[7]等，但疗效不够满意[8]。明确PSA 发生发展的脑机制，有助于精准治疗，提高疗效。

卒中后脑血液动力学趋于稳定、脑水肿消除，伴随脑结构、功能网络重组，是PSA 语言功能恢复的神经结构基础[9]。目前左侧PSA 语言功能恢复的神经机制主要有两种假说：左侧病灶周围组织替代[10]和右脑语言镜像脑区代偿[11]。其中左侧邻近保留组织的替代作用已得到充分验证[12-14]；而促进右侧镜像语言网络形成[15]，也可能是PSA语言功能恢复的关键机制。

当下经典的语言网络模型有主管语言言语产生的DIVA 模型[16]、O-P-S 表征语言模型[17]以及双通道语言加工模型[18]等。其中双流模型在当下影响最为深远，该模型以额下回为双通路共享的重要节点脑区[19]，背侧通路由额下回岛盖部、顶下小叶、颞上回后部、颞中回的前部和中部脑区等脑区组成，主管语言表达；腹侧通路由额下回三角区、额下回眶部、颞叶前部(包括颞叶上、中、下回，位于颞横回前面)等脑区构成，主管语言理解[20-21]。当前针对双流模型的研究多集中于左半球。

本研究采用功能磁共振(functional magnetic resonance imaging，fMRI)检测左侧损伤PSA 患者右脑双流模型镜像区的代偿性变化。

1 资料与方法

1.1 一般资料

2018 年12 月至2019 年6 月，在北京中医药大学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 例为患者组，男性8 例，女性4 例；年龄39～62 岁，平均51 岁；母语为汉语；Edinburg 利手调查为右利手；波士顿诊断性失语症检查(Boston Diagnostic Aphasia Examination，BDAE) 2～4 分；小学及以上学历；无痴呆及精神障碍史，无言语或语言发展障碍。

同时有偿招募年龄、性别、受教育程度相匹配的健康人12 例为对照组，男性10 例，女性2 例；年龄48～66 岁，平均57 岁；自我报告无情感障碍史和精神药物史。

最终患者组2 例因头动过大未纳入统计分析。两组间性别、年龄、受教育程度无显著性差异(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，被试在试验前均签署知情同意书。

1.2 语言功能评定

所有患者采用中国康复研究中心汉语标准失语症检查表(China Rehabilitation Research Center Aphasia Examination，CRRCAE)[22]进行评定。CRRCAE 共有9大项30 个项目，采用6 级评分法。9 大项包括听、复述、说、出声读、阅读理解、抄写、描写、听写和计算。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 磁共振数据采集

采用SIEMENS Novus 3.0 T 超导磁共振仪(德国SIEMENS 公司)进行扫描，8 通道相控阵头线圈。受试者闭目清醒安静平躺于扫描仪内，避免头动和任何意向性思维活动。平面回波成像序列参数：TR 2000 ms，TE 30 ms，翻 转 角90°，视 野225×225，带 宽2520，分辨率64×64，层数31，层厚3.5 mm，间距0.7 mm，像素3.5×3.5×3.5。连续扫描，扫描时间366 s。3D MRI 参数：TR 1900 ms，TE 2.13 m，TI 900 ms，翻转角9°，分辨率256×256，层数176，层厚1 mm，像素1.0×1.0×1.0，扫描时间258 s。

采用DPARSF 处理软件(http://www.restfmri.net)和SPM8 软件包进行预处理。去掉前10 个时间点扫描数据。其余图像进行时间层校正，头动校正，回归无关变量，移除平移/旋转测量参数超过±1 mm/±1°的数据。用T1像进行配准并标准化，带通滤波0.01～0.08 Hz。采用GRETNA 工具包构建静息网络。应用AAL模板中右侧脑区定义网络节点，网络的边则由脑区间BOLD 信号的Person 相关系数定义。采用Network Analysis 模块进行网络分析，得到脑网络局部和全局参数，显示有显著性差异的脑区；对脑网络指标在不同阈值下进行统计学分析。

1.4 统计学分析

2 结果

2.1 网络连接

患者病灶分布均在左侧脑半球(图1)。

与对照组相比，患者组语言背侧通路中，缘上回至额中回、三角部额下回功能连接增强，中央后回至岛盖部额下回功能连接降低(图2)；语言腹侧通路中，角回至眶部额下回功能连接增强(图3)；腹、背侧双通路模型中，颞叶至豆状苍白球、角回，尾状核至岛盖部额下回，豆状壳核至额中回、三角部额下回功能连接增强，缘上回、颞叶至岛盖部额下回功能连接减弱(图4)。

相关性分析显示，三角部额下回至豆状壳核功能连接增强与复述能力负相关(r=-0.720，P=0.029)，岛盖部额下回至尾状核功能连接增强与说(r=-0.720，P=0.029)和复述能力(r=-0.696，P=0.037)呈负相关。

2.2 网络分析

患者组右脑语言关键脑区的介数(眶部额上回、后扣带回)、度中心性(额中回)、节点聚类系数(颞横回)、节点局部效率(颞横回)方面较对照组增强(P＜0.05)，节点效率(额中回、颞下回)、节点最短路径(额中回)较对照组下降(P＜0.05)。见表2。患者组网络的层级性、小世界属性、同步性部分指标与对照组有显著性差异(P＜0.05)。见表3。

3 讨论

图1 所有患者病灶叠加图

图2 两组右脑背侧通路fMRI功能连接差异

图3 两组右脑腹侧通路fMRI功能连接差异

右脑在PSA 语言功能恢复过程中，存在部分网络功能抑制的现象[23]，有人用双脑平衡抑制学说解释：左右大脑半球间功能相互竞争，存在交互性半球间抑制(reciprocal inter hemispheric inhibition，rIHI)[24]，右脑功能连接的减弱有利于左脑损伤周边组织代偿语言功能[25]。本研究显示，双流模型背侧通路的中央后回至岛盖部额下回功能连接降低，而双侧半球间中央后回和额下回功能连接下降与情绪认知障碍相关[26]，可能提示PSA 语言网络重组受情绪认知能力的影响，PSA患者除语言功能损伤外，还伴有其他认知功能下降和情感障碍[27]。脑功能网络连接降低的区域还有腹、背侧通路内的缘上回、颞叶至岛盖部额下回。在语言发展初期，双侧额-颞网络会对母语产生反应，该部位语言网络连接强度与初级语言发生相关[28]。PSA 患者右侧额颞网络连接减弱，符合rIHI 理论，即右脑关键语言节点连接抑制可促进左侧相应节点功能发挥。但这两个脑区间功能连接减弱并未与特定语言能力相关。

图4 两组右脑腹、背侧通路fMRI功能连接差异

表2 两组右脑功能网络有差异的局部指标比较

表3 两组右脑功能网络全局指标比较

角回和额下回都是语言网络的重要节点，其中角回是语言综合能力整合中枢[29]，额下回被认为与句法构建相关[30]。本研究显示，腹侧通路内角回至眶部额下回功能连接增强，腹、背侧双通路模型中，颞叶至豆状苍白球、角回，尾状核至岛盖部额下回，豆状壳核至额中回、三角部额下回功能连接增强。有研究显示[31]，皮质下核团在语言发生过程中与其他语言功能皮质连接增强，与之相符。额下回与皮质下核团的功能连接与PSA 患者语言学成绩相关，提示右脑语言中枢皮质与皮质下功能连接增强是右侧半球代偿左脑损伤PSA语言功能的重要机制。

介数代表节点在信息传递中的贡献率[32]。本研究显示，PSA 患者额上回与后扣带回介数上升，提示PSA 患者信息更多通过右脑语言相关皮质和边缘系统传递。度中心性为一个节点与其他节点的直接连接数[33]；局部效率是网络内部信息交换的度量，反映信息在网络局部信息传递的能力[34]。语言重要脑区局部网络指标上升，提示PSA 患者右脑对语言信息的接收、加工、储存和提取功能提高。节点最短路径[35]对网络的信息传输起重要作用，通过最短路径可以更快传输信息。PSA 患者最短路径降低，提示信息传递速度增强[36]。部分右脑网络全局指标也与健康人存在显著性差异，提示PSA患者右脑功能网络动态重组。

本研究中，差异节点与经典语言模型并不完全一致。可能的原因如下。①双流模型基于欧-印语系构架的，汉语与之有很大差别，语言产生神经通路也可能存在一定差别[37]。②本组患者病程＞1个月，而PSA往往于卒中后1 周开始自然恢复[38]，故患者此时右脑网络正处于动态重组过程中，单一时点的网络特征不足以充分揭示右脑网络重组在PSA 语言功能恢复中作用机制，需观察多时点网络特征进一步研究。

综上所述，本研究基于经典双流语言模型，利用静息态fMRI 探究左脑损伤PSA 患者右脑功能网络特征，结果显示，PSA 患者在语言腹、背侧通路中，语言相关脑区间功能连接部分增强，部分减弱，提示右脑功能网络在卒中后发生重组。其中语言关键皮质-皮质下结构功能连接增强可能是右脑代偿PSA 语言功能的关键环节。

本研究存在以下不足。样本量较小，未来应开展较大样本量研究，挖掘右脑代偿的关键环节。研究直接套用西方语言模型，未能充分对所有汉语关键语言区进行充分挖掘。未来应构建汉语脑损伤语言模型。未来还可开展多时点观测，观察右脑网络动态变化特征，为临床语言康复提供精确靶点和新思路。