聽皮層的PET影像學研討范文

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聽皮層的pet研究

1正常聽皮層PET研究

PET是一種在活體分子水平下顯示人體生物學信息與解剖信息的檢查手段,能同時了解靶器官的結構與功能變化。近年來關于正常聽皮層的PET功能研究相對較少,個別研究著重于分析聽覺中樞對不同聲音刺激的反應。人類初級聽皮層區位于顳橫回,又稱Heschl''''s回,次級聽皮層區位于初級聽皮層的周圍。初級聽覺中樞結構功能上存在頻率特異性區域排列,識別頻率自后外側向內側呈低頻向高頻分布。有研究發現聽覺中樞的激活與刺激頻率、強度、表現形式等多種因素有關。例如言語和音樂為兩種不同的聲音刺激,音樂刺激引起的顳葉活動變化比言語刺激緩慢,這是由于兩側大腦半球的聽皮層分工不同,分辨言語要求的邏輯能力主要體現在左側聽皮層,而識別音樂需要的音調分辨能力與情感分析有關,在右側聽皮層優勢明。這種左側大腦半球在聽覺語言功能上表現出的偏利性與功能磁共振的研究結果相一致。Ruytijens對20名聽力正常志愿者進行聲刺激的H152OPET研究發現,與噪聲相比,音樂更易激活初級聽覺皮層,并且相似聲音刺激下的腦血流灌注變化存在明顯的性別差異,如噪聲對女性初級聽覺皮層的激活強度明顯高于男性。

2耳聾患者聽皮層PET研究

耳聾不僅表現為聽力的喪失,更會對兒童及成人的言語發育、語言交流,甚至認知功能造成不同程度的影響。耳聾患者由于聽覺信息輸入的缺失,導致大腦聽皮層難以建立正常的聽覺中樞功能,從而產生可塑性變化。Lee等對耳聾患兒進行的靜息狀態下腦PETFDG成像發現先天性聾患者顳葉皮層呈低代謝活動,年紀越小的患者低代謝區域越大,隨著年齡增加,低代謝區域相應縮小。Lee等對語后聾成人的大腦研究同樣發現聽覺缺失可一過性降低初級聽皮層及聽覺相關皮層的神經活動,而隨著時間延長,聽覺相關區域因發生功能重組而逐漸出現皮層代謝率增高。此外,他們還發現人工耳蝸植入術前顳葉呈低代謝的患者術后聽皮層代謝增高的趨勢明顯,并且通常預示術后較好的言語識別能力;而術前顳葉皮層代謝接近正常聽皮層代謝水平的患者術后顳葉代謝率往往沒有顯著變化,并預示較差的植入效果。這一結果可以用大腦交叉可塑性來解釋,即聽覺皮層被聲音刺激以外的其它感覺形式替代激活。一般這種現象限制在處理聽覺及語言的次級聽皮層區域內,即顳上回或稱為外側裂周區,也有文獻報道了極重度聾患者初級聽皮層也能夠處理單純視覺刺激,但這種功能替代的范圍僅局限在右側初級聽皮層的一小塊區域內。大腦皮層可塑性有助于聽力損失患者通過唇語、手語等其他方式與人溝通,也是聽覺干預后聽覺皮層功能重新建立的理論基礎,但有時可塑性引起不恰當的功能改變也會給正常皮層功能的建立帶來不可逆轉的不利影響。

3聽力損失后聽皮層交叉模式重組

過去普遍認為初級感覺皮層只能對某一特定感覺輸入做出反應,并且不同形式的信號會在更高級的次級皮層及聯合區進行整合。然而,有資料顯示初級皮層除了對特定的原始輸入信號外還可對其他感覺信號刺激進行處理。當大腦缺乏聲音的刺激,聽覺皮層會以一種異于常態的方式重新組織功能以便接受來自其他感覺系統的信號輸入,從而減弱了聽覺神經功能,目前研究發現聽覺皮層以接受來自視覺刺激為主,這個過程就稱為交叉模式重組(crossmodalre-organization)。不同于聽力正常兒童表現出的聽覺優勢,耳聾患兒更趨向于依賴視聽混合刺激的視覺部分。Giraud對87名早期耳聾(出生時即存在或在語言學習期之前發生的耳聾)患兒靜息PET統計的腦代謝數據進行重新分析,發現位于顳上回與顳中溝之間顳葉區的代謝呈遞增變化,提示顳葉皮層逐漸參與其他感覺信息處理的重組變化。日本Fujiwara的研究提出,耳聾患兒的顳葉聽皮層在缺乏足夠聽覺刺激的情況下會逐漸開始進行語言視覺信號部分的處理,聽皮層本該接受的聽覺信號被視覺信號所取代。Giraud的研究也提出了聽覺相關皮層具有重新整合信息的功能,他們發現人工耳蝸植入患者雙目緊閉接受聽覺刺激時其初級視皮層區域(V1／V2)活動增強,即單純聽覺任務可以征用視覺皮層來完成特定功能。國內2003年曾有報道,聽力下降可以引起聽皮層代謝活動的相應下降,但與聽力下降頻率相鄰頻率的聲刺激引起的聽皮層代謝顯著增強,而且興奮區域有所擴大。而對全聾患者的研究發現其視覺皮層代謝顯著增強,這些都驗證了中樞系統功能的交叉重組模式。交叉重組模式理論的建立對耳聾患兒臨床干預方案的制定具有十分重要的意義,再次驗證了耳聾早期干預的重要性,在早期干預前,不提倡進行手語及唇語的教學,以防止視覺刺激替代聲刺激激活聽覺中樞;此外,盡早佩戴助聽器無疑有助于患兒聽覺皮層的正常發育,提高人工耳蝸植入的效果,在人工耳蝸植入后康復訓練中,一旦重新獲得聽力,就應盡量減少其他感覺模式的交叉刺激。

人工耳蝸植入術后PET影像學改變

目前,全世界已有超過11萬耳聾患者得益于人工耳蝸植入(cochlearimplant,CI),通過聲電轉換信號直接刺激聽神經獲得聽力。耳聾是一種感覺剝奪,人工耳蝸植入后耳聾患者通過植入設備重新獲得聽覺刺激,因此PET能了解人工耳蝸植入后皮層反應的情況,有效的應用于人工耳蝸植入的效果評估。早期聽覺刺激的相關研究發現,CI術后患者初級聽皮層代謝活動能夠增加至接近正常水平,并且植入對側大腦活動變化更明顯。此外還有研究發現初級聽覺皮層及聽覺相關皮層的代謝活動增加程度與術后聽力言語恢復情況一致,而耳聾病程越短,CI術后聽覺皮層激活增強越明顯。CI術后患者聽覺中樞在重新接收聲信號刺激后發生的功能改變依賴于大腦皮層的可塑性,而由可塑性引起的中樞功能重建直接反映耳聾患者行為認知能力的提高。Kang等[30]對8名語前聾患兒行CI術前及術后PET研究,結果顯示CI術后患兒中央視皮層區、雙側丘腦、后扣帶回區域葡萄糖代謝增加;與正常聽力對照組相比,CI術后患兒在中央視皮層、雙側頂枕葉連接處的大腦活動增強。另有研究發現患者人工耳蝸植入的年齡越小,右側顳上回代謝的增高程度越明顯,從而驗證了早期人工耳蝸植入效果比晚期植入效果好的結論。Kang[30]等也將PET影像變化與患兒術后的言語感知能力(CID)聯系起來,提出言語感知能力強的患兒高級視覺區域(中央頂枕葉聯合hMT／V5及左側顳下回后側BA21／37)代謝活動增強,右側前額葉下段及頂背部(BA40／9／44)代謝活動減弱。這可能是對術后聽覺功能不夠完善的視覺競爭性補償機制,也可能是因為術前長期依賴視覺獲得言語信息的不可逆改變,目前尚需要更多的研究及長時間的隨訪來明確這一問題,從而更好地指導臨床人工耳蝸植入患者術前及術后的康復訓練。目前關于人工耳蝸植入術后患者聽皮層PET研究的開展越來越深入細致。Coez[32]對正常聽力志愿者和人工耳蝸植入患者進行聽皮層PET研究,以H152O為示蹤劑分別觀察靜息及不同聲刺激下相關腦區腦血流量變化,結果提示所有研究組對非語音刺激均能引起位于雙側顳上回的激活,但人工耳蝸組的激活反應明顯比聽力正常組弱;而與語音刺激相比較,語音刺激只能引起正常聽力及人工耳蝸植入術后恢復較好組雙側顳區聽覺相關皮層激活,對于術后效果不佳患者只能引起左側顳上溝中部區域的激活。關于人工耳蝸植入者對音樂感知的神經影像學研究提出,人工耳蝸植入組由語言刺激引起的聽覺中樞腦血流量改變比旋律、節奏刺激引起的血流量增加明顯,提示人工耳蝸植入者對音樂感知更困難。這些研究均提示聽覺中樞對不同聲音刺激的敏感性不同,有意義的語言及音樂刺激需要高級中樞的聯合處理,因此其功能重建較單純聲音刺激更困難,這也為將來人工耳蝸技術的應用和發展提出了更高的要求和挑戰。

聽覺中樞可塑性動態變化的研究

由于PET檢查對人體會產生不可避免的放射性損害,無法進行長期隨訪動態研究,而動物實驗的開展無疑推進了這一領域的發展。Hsu等首次對大鼠聽皮層模型進行PETCT掃描,應用高分辨率動物正電子成像術在無創情況下評估大鼠中樞聽覺通路中的葡萄糖代謝變化,成功顯示了下丘腦及聽皮層等一些腦部結構,并提示單側耳蝸摘除會降低對側下丘及聽皮層區域的放射活性。Ahn等對大鼠進行聽覺通路2脫氧葡萄糖分布變化的研究,結果顯示聽力損失組與正常組比較,軟件分析的低代謝區域以及肉眼可見的密度差異在術后第4至8周時最顯著,而在術后2周前及7月后這種差異不明顯。Park等對5只成年雄性貓進行micro-PET檢查以了解大腦皮層中樞可塑性的縱向變化,實驗貓在耳聾發生4個月后出現雙側初級聽皮層(A1)及顳葉聽覺區域的葡萄糖代謝降低,降低程度在耳聾后9個月最明顯,在24個月時程度減弱,在33個月時差異消失;相反,在耳聾后33個月雙側視皮層出現明顯的代謝增強,提示耳聾后視皮層代償性代謝活躍。這些結果論證了聽皮層發育關鍵期的存在,如果在關鍵期缺乏相應聽覺刺激,之后會造成聽皮層代謝顯著減低,隨著耳聾時間延長低代謝區域縮小的現象則可以用交叉重組模式來解釋。對于人工耳蝸植入患者來說術前聽皮層的低代謝區是一個重要且相對獨立的預后因素,因此這些研究再次強調了將FDGPET應用于評估人工耳蝸植入候選者術后療效的可行性,即人工耳蝸植入術前顳葉呈低代謝的患者術后言語識別能力恢復較高代謝的患者效果好。這些研究清晰地顯示出耳聾后聽覺中樞的發育過程,以及可塑性與交叉重組引發的動態變化,從而論證了對聽力損失患者在聽皮層發育關鍵期前早期實施聽覺干預的重要性。

PET在聽覺研究中的應用前景

由于正電子成像技術(PET)、功能磁共振(fM-RI)、腦電圖(ECG)及腦磁描記法(MCG)等功能影像技術的快速發展,人們對中樞聽覺系統的認識不斷深入。與其他功能影像技術相比,PET在聽覺研究方面具有許多優勢,除了能應用于佩戴人工耳蝸、腦干植入等磁性不兼容植入設備的受試者外,很重要的一點,PET是一項安靜的影像技術,而fMRI會產生相當大的背景噪聲,可達130分貝,在聽力學研究中需要抵消這種噪聲產生的干擾。國外已有一些研究者將PET應用于分析耳聾患者聽覺中樞代謝變化,以及人工耳蝸植入術后的大腦可塑性研究,目前國內相關研究較少,多應用于耳鳴的功能影像分析。將來仍有許多問題有待解答,例如人工耳蝸植入患者對不同聲音刺激的反應區別,不同病因耳聾患者接受人工耳蝸植入術后的效果差異,雙側人工耳蝸植入與單側植入效果的比較,如何改進人工耳蝸技術來提高聽覺中樞對音樂刺激的可塑性,人工耳蝸植入最佳時機的選擇,不同調機模式對聽覺中樞刺激效果的差異等,這些問題都可以通過PET功能影像研究,PET還能應用于腦干植入等其他人工聽覺植入設備的相關研究等。此外,PET技術的發展也會為研究聽皮層可塑性提供更多的方法,將來可能通過注入某種能反應中樞可塑性的特殊示蹤劑來反映某一特定皮層區的特異性功能改變。臨床上,PET也有一定的應用價值,可用于人工耳蝸及其他聽覺植入設備的適應癥選擇,評估蝸神經發育不良等特殊耳聾患者的植入效果,指導人工耳蝸植入患者術后個體化康復方案等。將來隨著PET技術的不斷改進及新型示蹤劑的研發,必定會對聽覺中樞功能學研究帶來新的突破和發展。

作者：吳文瑾 吳皓單位：上海交通大學醫學院附屬新華醫院耳鼻咽喉頭頸外科上海耳科學研究所