屈光参差性弱视儿童眼运动区脑活动减弱的灰质体积增强补偿

摘要

目的。屈光参差性弱视通常幼儿和单眼视觉缺陷的结果中出现。最近的神经影像学研究已经证明，在儿童屈光参差性弱视（PAA）患者的结构和功能的改变。然而，结构和功能的改变之间的关系在很大程度上仍然未知。这项研究的目的是调查在PAA患者结构和功能变化之间的关系。材料和方法。十八PAA患者和14名健康儿童进行了多MRI扫描，包括T1WI和功能性磁共振成像（fMRI）。基于体素的形态学是用来评估PAA患者与健康儿童之间的结构改变。区域同质性（ReHo值）用于研究在就读科目当地自发大脑活动的变化。结构，功能的改变，和临床信息之间的相关性的PAA组中进行了分析。结果。与健康的儿童相比，PAA患者表现显著在右颞上回（STG）和右额中回（MFG）减小自发ReHo值大脑活动的和增加的在正确的小叶4和小脑的5灰质体积。右小叶4和小脑5的灰质体积呈负权MFG的ReHo值值相关联。结论。我们的研究结果可能表明，PAA患者经历了与眼动和视觉空间信息相关的大脑区域的结构和功能异常。此外，灰质体积的增加可能弥补了眼动区脑活动的减少，反映了PAA患者的代偿性或神经可塑性。

1.介绍

弱视是视觉系统的在不存在任何可检测的病理的或眼睛的结构异常的病症[1，2]。它是儿童单眼视觉缺陷的常见原因，全世界约有1%至5%的儿童受其影响[3，4]。弱视是根据负责破坏视觉发育[眼睛异常临床上分为不同类型五]。间不同的类别，屈光参差弱视是一种常见的2只型对侧眼[之间在屈光力，其特征在于差大于2.5屈光度五，6]。屈光参差性弱视是一种公认的儿童致盲因素，具有重要的临床意义[3，7]。发育成熟过程中，致盲因子干扰视觉通路的正常发育[1，8]。其结果是视觉皮层的结构和功能障碍和中枢神经系统[8]。

虽然以前在视觉系统视为一个障碍，屈光参差弱视与中枢神经系统更神经异常[相关五]，和屈光参差弱视的神经机制仍然不完全清楚[1]。在神经影像学技术的最新进展已启用与小儿屈光参差性弱视（PAA）的患者有关的大脑区域的探索。静息态功能性磁共振成像（RS-fMRI）技术已广泛用于探索弱视患者脑功能改变[血氧水平依赖性成像技术9-12]。rs-fMRI研究显示，弱视儿童和成人的大脑皮层、中央后回和楔前脑回的活动都发生了改变[2，9]。将RS-fMRI的功能连通研究已经揭示了可视面积和小脑和顶下小叶[之间的功能连接的变化10]. 任务fMRI提供了弱视患者运动皮层处理异常的证据[11-13]。

结构MRI作为一种常规的临床MRI技术，可以直接进入大脑的解剖结构[6]。弱视儿童形态研究一贯表现出参与视觉处理灰质区变化[6]。基于体素的分析检测到弱视儿童的初级视觉皮层、额中回、颞下回和其他与视觉功能相关的区域的灰质体积变化[14-16]。基于表面的形态学研究表明在初级视觉皮层和儿童弱视的更高的视觉皮质降低皮质厚度和改变的大脑皮层的平均曲率[五]。

虽然许多神经成像研究发现异常的大脑活动和脑形态弱视儿童，很少有研究侧重于多模式技术。单模态MRI研究只证明在形态，结构和功能的大脑改变且具有低重复性[17]。多式联运MRI研究，不仅可以表现出不同的前景大脑的改变，但也从不同的MRI方式揭示联合信息[18]。因此，我们有理由认为，如果屈光参差性弱视的儿童在结构和功能测量上都有变化，那么我们假设少量的关节信息能够最好地捕捉到患者和对照组之间的差异。本研究以区域均匀性(ReHo)为功能测量指标，以灰质体积为结构MRI测量指标，以期发现可能提示神经共变或神经代偿机制的关节信息。

2。材料和方法

2.1条。参与者

根据赫尔辛基宣言，德州市立医院机构评审委员会和山东第一医科大学批准了这项横断面研究。所有受试者或其法定监护人均书面知情同意。

PAA患者的入组标准为（1）6-12岁，（2）右手，（3）屈光参差性弱视，其特征是弱视眼视力≤0.8（十进制表示），同眼视力≥0.8，屈光参差≥2.5球面等效屈光度，左眼弱视者。在这项研究中，如果患者有（1）视力下降的眼部原因，（2）之前配戴眼镜或其他弱视治疗，（3）近视超过弱视眼-6.00屈光度的球面当量，（4）精神或神经疾病史，（5）植入胸骨、心脏起搏器等MRI禁忌症。健康儿童的入学标准是（1）6-12岁，（2）右手，（3）没有眼部病理或视觉发育异常，（4）没有精神或神经疾病史，以及（5）没有磁共振禁忌症。

总体而言，18名PAA患者和14名健康儿童参加了学习。两名患者的fMRI扫描过程中有过多的头部运动而被排除，剩下16名PAA患者和统计分析14点健康的孩子。所有参与者接收的详细眼科检查，包括视力和光学相干断层成像的评估。

2.2。多式联运MRI检查

所有入组儿童均使用1.5特斯拉MR扫描仪(GE Optima MR360)进行多模态MRI扫描。首先采用矢状位自旋回波序列获得结构MRI图像。扫描参数如下: ， ， ， ， ， ， ， ，和176个矢状切片无缝隙覆盖了整个大脑。

静息态功能磁共振成像扫描，然后使用回波平面成像序列与以下参数: ， ， ， ， ， ， ， ，和 (128卷)。

2.3。多模态MRI数据处理

对于每个孩子，fMRI数据预处理遵循以下常见步骤[19]：（1）DICOM到NIFTI转换;（2）的功能性的时间序列的前10个体积丢弃fMRI的信号达到稳态磁化;（3）片定时;(4) head motion correction (to eliminate the effect of head motion, exclusion thresholds were set at maximum translation >2 mm or maximum head rotation >2 degree; two PAA patients was excluded); (5) fMRI data were then normalized to the Chinese pediatric templates using a two-step normalization process with the help of structural images [20]。（6）的功能性的时间过程的线性消除趋势;（7）6头运动参数，白质和脑脊液信号被认为是协变量滋扰和倒退出来;和(8) a band-pass filter (0.01-0.08 Hz) was performed on the fMRI time series.

物对预处理fMRI数据进行计算ReHo值以生成地图ReHo值。在地图ReHo值，每个体素的值等于该体素的Kendall的系数一致性（KCC）与其相邻的体素27 [19，21]。该n the ReHo map was smoothed using a Gaussian kernel of 6 mm FWHM.

结构图像预处理步骤如下:(1)通过非线性配准将结构图像在空间上注册到中国儿童模板中。(2)利用SPM8的segment模块，按照模板将图像分割为灰质、白质和脑脊液。(3)用各向同性高斯核FWHM对灰度图像进行平滑处理。

2.4。统计分析

采用SPSS 20.0进行的PAA组和健康儿童之间的人口统计学和临床​​资料统计分析。年龄，visus匝dextri（VOD），visus匝sinistri（VOS），和屈光参差的量是由独立评估 -测试和性别是由卡方检验评估。值< 0.001为有统计学意义。

被申请的PAA和健康儿童年龄和性别视为滋扰协变量之间的多式联运MRI措施（ReHo值和灰质体积）的统计分析，一般线性模型。统计学差异设为 。科恩的价值被用来描述显著簇的效应大小（ES）。

2.5。相关分析

首先，我们通过偏相关分析探讨了患者组的平均ReHo值、功能、结构改变的平均灰质体积和临床信息之间的相关性，以排除年龄和性别因素。其次，我们利用Pearson相关分析评估了功能改变的ReHo值与结构改变的灰质体积之间的关系。 被认为是统计上显著。

3.结果

3.1条。人口统计学和临床信息

表格1列出了PAA组和健康儿童的人口和临床信息。两组在年龄上匹配良好（ ）和性别( ).然而，在视频点播方面存在显著差异( ),VOS（ ),和屈光参差的量（ ）在两组之间。

3.2条。ReHo和VBM分析

与健康儿童相比，PAA患者表现在右颞上回的ReHo值较低值（STG），右中央前回（MFG）（ ）如图1和表2。

VBM证明在右小叶4和小脑（小脑4和5），并在PAA脑右侧梭状回（FG）与健康儿童相比，5增加的灰质体积。的VBM分析结果显示在图中所示2。有显著VBM差异的脑区表标识3。

3.3。相关分析

PAA组的临床信息与多模态MRI测量之间没有显著相关性。而右侧MFG的ReHo值与小脑右小叶4、5的灰质体积呈负相关( ， ),如示于图3。

4.讨论

在先前的研究中，我们分析了在高眼压性青光眼患者功能的改变和ReHo值值在高眼压性青光眼大脑中发现的变化[19]。在目前的研究中，我们采用了相同的功能性措施，以儿童屈光参差性弱视。此外，我们还分析了用灰质体积的结构性量度屈光参差性弱视儿童的结构改变。

弱视是存在于左眼睛在这项研究中招收PAA患者。据了解，从左眼视觉信息进入大脑，反之亦然右半球。与脑区ReHo值降低值和增加的灰质体积都在右半球（弱视眼侧），这表明弱视相关的脑的改变。此外，我们找到了正确的MFG的右侧小叶4和小脑的5和ReHo值的值的灰质体积之间的负相关。其结果将表明下降屈光参差性弱视的自发活动是次要的视力障碍和增加的灰质体积可以起到与屈光参差性弱视儿童有益的作用。

在屈光参差性弱视儿童中，我们发现右眼(弱视眼侧)的ReHo值较低。ReHo值的降低被认为反映了大脑自发活动的减少[21]。所述MFG是前眼字段（FEF）的一部分，其负责扫视眼睛运动和自愿眼球运动[22]。对于PAA的患者在本研究中，视力障碍和异常的双眼视觉干扰视觉功能的正常发育中FEF，这可能导致在FEF降低自发性活动。状态的最先进的几项研究表明患者屈光参差性弱视具有延长的扫视延迟和精度下降[23，24]大脑自发活动的减少可能是眼球运动异常的潜在原因。此外，MFG被认为有助于工作记忆、抑制和更高的认知功能[25]。以前的fMRI研究显示，弱视患者的MFG的脑自发活动减少[2，26]。与以前的研究结果[行2，26， ReHo指数的下降可能反映屈光参差性弱视的综合能力下降。

本研究还发现PAA患者右侧STG（弱视眼侧）的脑自发活动减少。STG与颞中部视区（V5/MT+）一起是背侧视路的重要组成部分[27]。背视觉通路参与视觉空间信息，诸如运动感和空间识别[28]。以前的fMRI研究的患者在这方面弱视归结到异常的视觉空间功能，功能受损[29]。此外，STG是听觉皮层中负责听觉信息处理的网站[三十]. 这一区域的脑活动减少可能反映了PAA患者的视听整合受损。

在PAA的病人，增加的在右边的小叶4和小脑和右FG（弱视眼侧）的5灰质体积找到。此外，右侧的灰质体积小叶4和小脑的5与在右大脑MFG自发性活动呈负相关。该FG是与更高的视觉功能，例如面部识别[31]。在PAA的患者，视觉缺陷和降低的对比敏感度可以添加在面部处理视觉噪声，这可能会导致在FG噪声引起的神经元活动，并最终导致增加的灰质体积在FG [31]。

如上面所讨论的，MFG是有关扫视眼运动的动眼神经途径[32]。小脑，其在功能上与FEF相互作用，也参与了眼球运动的就像MFG [控制2，33]。有结构和功能之间在人脑中[密切的关系34]。任何特定的区域的完整性可能是重要的双边，而事实上，一个半球可以“补偿”在相反的半球损害[34]。

如已知的，没有在动眼神经系统中的特定三个层级负责眼跳[35]。最低层负责扫视的执行。小脑位于眼动系统的第二级，负责选择目标。最高水平的是FEF，顶叶视野和辅助视野[35]。在屈光参差性弱视中，位置不确定和注视偏心是常见的视觉缺陷[36]。这些视觉缺陷可能导致在FEF减少自发活动。然而，需要对眼睛调整以减少这些视觉缺陷导致的后果可能是导致灰质体积和可塑性在第二级和第三级的动眼神经处理区域的代偿性增加作出了贡献。因此，在右侧的MFG ReHo值降低值可以通过在正确的小脑的增加的灰质体积，这可能反映了神经可塑性[被补偿32，37]。从逻辑上讲，增加灰质体积可能受益PAA患者的视力缺陷。然而，PAA患者是否可以从增加的灰质体积受益尚不清楚。还需要进一步的研究来解决这一问题。

上弱视以往的研究表明减少脑自发性活动和灰质体积在视觉皮层[9，14，15]，这与我们的发现不一致。这种差异可能是由以下原因来解释。首先，本研究样品屈光参差弱视儿童的窄范围内，而在以前的研究中登记与儿童和成人[广泛的类型弱视患者（斜视性弱视，屈光参差性弱视）9，14，15]。不同类型弱视有不同的病理机制和颞空间特征，这可能导致不同类型弱视的神经生理机制存在差异[38]。年龄的差异也会导致MRI测量的差异[39]。视觉皮层内二，先前的研究表明神经可塑性代偿[2]。在本研究队列中，视觉皮质可能发生神经可塑性。

5.限制

在这项研究中，我们没有收集足够的临床数据来研究弱视信息和诸如眼球运动等MRI测量之间的联系。此外，本研究中报告的大多数统计分析经多次比较校正后均未达到统计显著性。这可能是因为样本量小。为了验证我们目前的发现，还需要更大样本量和更多临床数据的进一步研究。

6。结论

总之，本研究采用的结构和功能磁共振成像研究中PAA患者大脑的变化。结果表明，有在动眼神经处理区域的结构和功能的改变，背视觉通路，和在PAA患者更高的视觉区域。在动眼神经区域增强灰质体积可能反映了从FEF的功能障碍导致视觉缺陷补偿机制。需要用更大的样本量和扫视任务实验进一步的研究，以巩固目前的研究结果，并在PAA患者探索动眼神经地区。

数据可用性

支持本研究结果的MRI数据可根据要求从相应作者处获得。

的利益冲突

作者没有与本文相关的财务关系需要披露。

致谢

这项工作得到了山东省的中国传统医学科学和山东省科技发展计划重点研究发展计划（批准号：2017GGX201010），山东第一医科大学学术推广计划（批准号：2019QL009），（2019-支持0359）。J. Q.被山东省泰山学者奖励计划（项目批准号。TS201712065）的支持。

参考文献

1. Y.周，黄C.，P徐等人，“知觉学习提高与屈光参差性弱视成年人对比敏感度和视力，”视觉研究卷。46，没有。5，第739-750，2006年。查看位置：出版商网站|谷歌学术搜索
2. 十，林，丁K.，Y.刘，X.燕，宋S.和T.江“在屈光参差性弱视科目改变的自发活动：由静止状态的功能磁共振成像表明，”公共科学图书馆·一，第7卷，第8期，第e43373条，2012年。查看位置：出版商网站|谷歌学术搜索
3. D. Kaphle与儿童眼病调研组，“屈光矫正儿童屈光参差性弱视的治疗”眼科，第113卷，第895-903页，2006。查看位置：出版商网站|谷歌学术搜索
4. Y、 李文华，周文华，福斯特等，“中南地区学龄前儿童弱视患病率研究”国际眼科杂志卷。12，第130-135，2019。查看位置：出版商网站|谷歌学术搜索
5. M、 梁，肖，谢，尹，王，杨，“屈光参差性弱视患者视皮层的形态学变化：一项基于表面的形态学研究，”BMC神经科学卷。20，没有。1，P。39，2019。查看位置：出版商网站|谷歌学术搜索
6. C. B.菲利普斯，T. C.普拉格，G麦克莱伦和H. A.明茨-Hittner，“准分子激光原位角膜磨镶术中清醒，autofixating儿童和青少年患者治疗屈光参差性弱视”白内障与屈光手术杂志卷。30，没有。12，页。2522年至2528年，2004年。查看位置：出版商网站|谷歌学术搜索
7. C. W.李，S. Y.方，D. C. Tsai等人的“流行与年轻学龄儿童附近工作习惯屈光屈光参差的关联：从基于人群的研究证据，”公共科学图书馆·一，第12卷，no。3、文章e0173519, 2017。查看位置：出版商网站|谷歌学术搜索
8. 弱视和双眼视力，"在视网膜和眼睛研究进展卷。33，第67-84，2013。查看位置：出版商网站|谷歌学术搜索
9. M.亮，谢B.，H杨等人，“儿童和屈光参差性弱视成年人之间自发的脑部活动截然不同的模式：一个静息态功能磁共振成像研究”格雷夫的存档临床与实验眼科，第254卷，第3期，第569-5762016页。查看位置：出版商网站|谷歌学术搜索
10. K.丁，刘Y.，X.燕，林X.和T.江，“改变弱视科目初级视觉皮层的功能连接，”神经可塑性， 2013年卷，文章ID 612086, 8页，2013年。查看位置：出版商网站|谷歌学术搜索
11. B.汤普森，M. Y.维纶，C.卡萨诺瓦和R. F.赫斯，“在弱视图案运动的异常皮质处理：从功能磁共振成像证据，”神经成像卷。60，没有。2，第1307年至1315年，2012。查看位置：出版商网站|谷歌学术搜索
12. r.f. Hess, X. Li, G. Lu, B. Thompson，和B. C. Hansen，“弱视中皮层fMRI缺陷的对比依赖性研究”;高对比度的选择性损失，"人类大脑图谱，第31卷第1期8，第1233-1248页，2010。查看位置：出版商网站|谷歌学术搜索
13. “弱视的两种皮质缺陷:多焦点功能磁共振成像分析，”神经影像，第190卷，第232-241199页。查看位置：出版商网站|谷歌学术搜索
14. J. X.肖，S.谢，J. T. Ye等人，“与由基于体素的形态学弱视儿童异常视觉皮层的检测，”美国眼科杂志第143卷第1期3、第489-493页，2007。查看位置：出版商网站|谷歌学术搜索
15. J. D.门多拉，I. P.康纳，A罗伊等人，“基于体素的MRI的分析检测儿童和成人弱视的异常视觉皮层”人类大脑图谱卷。25，没有。2，第222-236，2005。查看位置：出版商网站|谷歌学术搜索
16. 问：李，江问，M.郭，李问，蔡C.和X贤，“格雷和与单眼弱视儿童的白质的变化：基于体素的形态学和扩散张量成像研究”英国眼科学杂志，第97卷，no。4，第524-529，2013。查看位置：出版商网站|谷歌学术搜索
17. J.随，S.齐，T. M. G.面包车的Erp等人，“通过认知引导MRI融合多峰neuromarkers在精神分裂症，”自然通讯卷。9，没有。1，文章3028，2018。查看位置：出版商网站|谷歌学术搜索
18. V. D.卡尔霍恩，T.阿达利，N. R.朱利安尼，J. J. PEKAR，K. A.契尔，和G. D.皮尔逊，为“Method for精神分裂症独立源的差异多峰分析：将灰质结构和听觉古怪功能数据，”人类大脑图谱，第27卷，no。1，第47-62页，2010。查看位置：出版商网站|谷歌学术搜索
19. “功能性核磁共振成像显示高眼压对高血压青光眼患者中枢神经系统的影响。”眼科学报，第97卷，no。3、第E341-E348页，2019。查看位置：出版商网站|谷歌学术搜索
20. T.赵，X.辽，V. S. Fonov等人，“特定年龄结构偏脑图谱为中国儿童群体，”神经影像卷。189，第55-70，2019。查看位置：出版商网站|谷歌学术搜索
21. Y.臧，T.江，Y.卢，Y.他和L.田，“区域同质化的方法来fMRI数据分析，”神经成像卷。22，没有。1，第394-400，2004。查看位置：出版商网站|谷歌学术搜索
22. T. PAUS“位置和人前眼场的功能：选择性审查，”神经心理学，第34卷，no。6，第475-483页，1996。查看位置：出版商网站|谷歌学术搜索
23. E、 Niechwiej Szwedo，S.A.Kennedy，L.Colpa，M.Chandrakumar，H.C.Goltz和A.M.F.Wong，“诱导性单眼模糊与屈光参差性弱视对眼跳、伸手和眼手协调的影响，”调查眼科及视觉科学卷。53，没有。8，第4354-4362，2012。查看位置：出版商网站|谷歌学术搜索
24. E. Niechwiej-Szwedo，H. C.戈尔茨，M. Chandrakumar，Z. A. Hirji，和A. M. F.黄，“上视觉运动行为屈光参差性弱视的影响，I：眼跳”调查眼科及视觉科学卷。51，没有。12，第6348-6354，2010。查看位置：出版商网站|谷歌学术搜索
25. S. G. Potkin，J.A.特纳，G. G. Brown等人，“工作存储器和DLPFC低效精神分裂症：所述FBIRN研究，”。精神分裂症通报卷。35，没有。1期，第19-31，2009年。查看位置：出版商网站|谷歌学术搜索
26. Y、 刘敏，苏永清，舒等，“利用低频波动幅度改变弱视患者斜视自发脑活动模式：静息态功能磁共振成像研究”神经精神疾病和治疗，第14卷，第2351-2359页，2018年。查看位置：出版商网站|谷歌学术搜索
27. 基于体素的原发性开角型青光眼视皮质形态测量，目前眼科研究卷。37，没有。9，第794-802，2012。查看位置：出版商网站|谷歌学术搜索
28. J.王，李吨，B. A.萨贝尔等人，“原发性开角型青光眼的脑结构改变：一个3T磁共振成像研究”科学报告卷。6，没有。1，文章18969年，2016年。查看位置：出版商网站|谷歌学术搜索
29. 唐安，陈，张，龚，刘，“应用静态功能磁共振成像观察屈光参差性弱视患者异常的自发脑活动”小儿眼科与斜视杂志卷。54，没有。5，第303-310，2017。查看位置：出版商网站|谷歌学术搜索
30. M. P.诺特、M. M.汉克、M. M.默里和E.盖瑟，“听觉时间完形在人脑中的编码”，大脑皮层，第29卷，第2期，第475-4842019页。查看位置：出版商网站|谷歌学术搜索
31. 梁，谢，杨等，“屈光参差性弱视患者大脑半球间功能连接的改变:一项静息态fMRI研究，”神经放射学卷。59，没有。5，第517-524，2017。查看位置：出版商网站|谷歌学术搜索
32. S. T.陈，K. W.汤，K. C.榄，L. K.陈，J.D.门多拉和K. K.广，“成人斜视的神经解剖学：磁共振结构扫描的基于体素的形态测定分析，”神经影像卷。22，没有。2，第986-994，2004。查看位置：出版商网站|谷歌学术搜索
33. Y、 Hayakawa，T.Nakajima，M.Takagi，N.Fukuhara和H.Abe，“与囊状眼球运动相关的人类小脑激活：功能性磁共振成像研究”Ophthalmologica，第216卷，不6，第399-405页，2002。查看位置：出版商网站|谷歌学术搜索
34. J. S. Damoiseaux和M. D. Greicius，“大于它的部分的总和：研究结合结构的连通性和静息状态的功能连接的审查，”脑结构与功能卷。213，没有。6，第525-533，2009。查看位置：出版商网站|谷歌学术搜索
35. M. Perdziak，D. Witkowska，W. Gryncewicz，A Przekoracka-Krawczyk，和J.奥伯，“与屈光参差显示科目弱视眼增加的延迟扫视任务扫视延迟，”中西医结合神经科学前沿卷。8，P。77，2014年查看位置：出版商网站|谷歌学术搜索
36. R. F.赫斯和R. Demanins，“在屈光参差性弱视轮廓一体化”视觉研究，第38卷，第6期，第889-8941998页。查看位置：出版商网站|谷歌学术搜索
37. J. Liu, W. Qin, J. Zhang, X. Zhang，和C. Yu，“大脑半球间功能连接的增强弥补了皮质下卒中的解剖连接损伤，”中风卷。46，没有。4，第1045至1051年，2015年。查看位置：出版商网站|谷歌学术搜索
38. M. Y.彩，K. M.李，J.M。Hwang等人，“使用功能性磁共振成像和屈光参差斜视性弱视的比较，”英国眼科学杂志卷。85，没有。9，第1052-1056，2001年。查看位置：出版商网站|谷歌学术搜索
39. J. J.陈，“在衰老和神经退行性疾病的脑生理功能磁共振成像”神经成像，第187卷，第209-225页，2019年。查看位置：出版商网站|谷歌学术搜索

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