文摘

以前的功能性磁共振成像(fMRI)分析表明,背侧注意网络(丹)是参与耳鸣的病理生理变化,但很少有相关研究进行,迄今为止的结论并不统一。本研究的目的是为了测试是否有变化之间的内在功能连通性(FC)模式丹和其他耳鸣患者的大脑区域。31持续性耳鸣患者和33健康对照组都参加这项研究。一群独立分量分析(ICA),学位中心(DC)分析,和seed-based FC进行了分析。集团ICA,耳鸣患者显示增加了连接在左顶叶回丹比健康对照组。耳鸣患者与健康对照组相比,显示增加直流在左顶叶下回和减少直流在左楔前叶内丹。集群内丹与ICA的显著差异或直流分析耳鸣患者和健康对照组之间被选为感兴趣的区域(roi)种子。耳鸣患者表现出显著增加FC从左侧顶叶回一些大脑区域,包括左顶叶下回,左边际上回,右侧额上回、减少FC正确的前扣带皮层。耳鸣患者表现出降低了FC从左边楔前叶左枕下回,左距状皮层,和左额上回与健康对照组相比。本研究的发现表明,与健康对照组相比,耳鸣患者不仅改变了功能连接之间的内丹还丹和其他大脑区域。 These results suggest that it may be possible to improve the disturbance and influence of tinnitus by regulating the DAN.

1。介绍

耳鸣是指连续和意识知觉异常的非语言声音的耳朵或大脑没有声刺激。因此,它是一种主观的感觉(1- - - - - -3]。耳鸣发生在所有年龄和在全世界影响10 - 25%的人1,4]。持续耳鸣患者同时伴有问题,如焦虑、听力损失、失眠、抑郁、注意力下降,认知障碍,有一些对他们生活的影响(5,6]。

到目前为止,还没有最终的结论对于机制耳鸣,但作为一个深入研究的结果,人们普遍认为持续耳鸣涉及多系统参与和影响(1,6,7]。基于这一理论,情感,注意,内存,和控制网络导致的不正常声音感知耳鸣和相关功能的生成和发展。Kapolowicz和汤普森[8,9)发现耳鸣可能密切相关的中枢神经系统的可塑性变化。他们的研究表明,塑性中枢听觉系统的变化是由不均匀引起的听觉神经元兴奋性和抑制。当这种不平等的输入超过其调整范围,它在多个神经系统异常刺激神经活动,包括神经同步(10,11]。因此,不闻系统相关的研究耳鸣也收到关注。

以前的电生理学的研究(12)表明,耳鸣患者表现出不同的神经活动,与正常对照组相比神经连接。许多研究基于功能磁共振成像(fMRI) (13- - - - - -16)也报道与耳鸣相关的神经系统的变化。以前,一些研究者认为耳鸣可能是一个听觉神经系统的适应不良的结果(17]。然而,研究基于功能磁共振成像(6,18)报道,耳鸣患者的听觉神经网络不显著改变。这个发现表明神经活动的听觉网络可能不参与耳鸣。几项研究[19)发现,神经网络的不闻的地区,如默认模式网络(静),背侧注意网络(丹),和边缘系统,耳鸣患者显示功能连接异常的变化。然而,这种神经功能的改变是否耳鸣的原因或其后果尚未确定。丹主要包括双边顶叶和额视觉区域,负责自上而下的注意方向和参与外源性注意定向(20.,21]。耳鸣患者可能经历的变化函数的丹他们注意和克服耳鸣和幻觉,但到目前为止,很少有相关研究进行,他们的结论是不同的。侯赛因et al。22)发现激活的丹耳鸣患者明显减少。然而,施密特等人的研究(23)表明,耳鸣患者增加neurofunctional连接在丹,耳鸣的严重程度显著相关。因此,我们应用功能磁共振成像的分析方法和使用独立分量分析(ICA),学位中心(DC)分析,和seed-based功能连通性(FC)分析探讨丹和其他脑区之间的功能连接耳鸣患者从多个角度进一步探索的可能作用丹在耳鸣的发生和发展。

2。材料和方法

2.1。参与者

31例(24男性,7个女性,平均年龄38.58岁)与持续性耳鸣和33健康对照组(23岁男性,十个女性,平均年龄38.24岁)为横断面研究。健康对照组是与患者的年龄和性别。所有受试者右手和年龄在18岁和75岁。节奏耳鸣患者如血管性耳鸣、耳炎或periauricular肿瘤疾病被排除在外。主题为磁共振成像(MRI)禁忌症,禁用听力障碍(听力 ,听力水平为0.5,1,2,4 kHz) [24),酒精或药物滥用,精神疾病或遗传性神经系统疾病的家族史,和有机病变常规MRI扫描被排除在外。所有患者完成了耳鸣残疾库存(THI)接受MRI之前评估耳鸣的严重程度。这包括25项最高分为100分。更高的分数表明更严重的耳鸣。根据这个分数,耳鸣的严重程度分为5个等级如下(25]:一级(轻微,THI约)、二级(温和,THI 18-36),三级(温和,THI 38-56),第四等级(严重,这58 - 76),和年级V(灾难性的,这78 - 100)。伦理委员会批准的实验(上海华东医院,复旦大学2020 k135)。所有受试者签署知情同意表格。

2.2。图像采集

在这项研究中,所有的MRI图像上获得3.0 T磁共振扫描仪(Magnetom棱镜,西门子Healthineers)使用20-channel相控阵头线圈。MRI扫描头执行固定以防止头部运动和棉花塞被用来降低噪音的效果。病人需要安静坐着,闭上眼睛,保持清醒,避免任何思维活动到最大限度。首先,常规MRI序列(t1加权成像(T1WI), t2加权成像(T2WI) diffusion-weighted成像(驾车),和t2加权液体衰减反转恢复(T2-FLAIR))的头部进行高级成像诊断后,医生认为没有明显异常的脑实质,结构和功能的下一个序列扫描图像。结构由T1WI图像得到三维磁化准备收购快速梯度回波序列(T1WI-3D-MPRAGE)使用以下参数: , , , ,和 。总共192张图片。静息状态功能磁共振成像(rs-fMRI)获得的图像是一个多层同时采集技术(同时多层螺旋,SMS)使用以下参数: , , , , , , ,和 。总共8640张图片。每个测量静息状态包含120卷,导致总收购时间为5.15分钟。图像序列都是由相同的我们部门的高级技术人员。

2.3。图像处理

2.3.1。图像预处理

图形理论网络分析工具包(格雷特纳2.0;http://www.nitrc.org/projects/gretna/)工具箱2612)和统计参数映射(SPM12http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm)软件包用于预处理rs-fMRI图像。首先,前五个扫描被移除,防止信号干扰,可能是由于机器的不稳定。然后,数据被切时间和重新纠正消除错误由于收购时间差异或头部运动。标准化和重采样后的体素的大小 ,归一化图像是由各向同性高斯平滑检查6毫米半宽度(应用)来呈现数据更符合高斯场模型和便于统计推断。头部运动分析后,研究对象的平移运动大于2毫米或超过2°旋转被排除在进一步的统计分析。

2.3.2。独立分量分析(ICA)

fMRI的组进行ICA使用组ICA工具箱V4.0a (V4.0a礼物,http://mialab.mrn.org/software/gift)。分析了两组一起使用预处理数据的每个主题。根据最小描述长度(MDL),独立的组件的数量被设置为15 (27]。ICA是由infomax算法和导致15个独立空间分布激活图和相应的时间序列。15个组件之间的识别,最类似于丹是视觉选择。支持这种选择,我们应用最好的空间匹配算法来识别丹,结果符合前面的方法。丹模板从礼物的网站下载(http://mialab.mrn.org)。一个一个示例 - - - - - -测试是用来推导出丹FC地图的两组使用SPM12 (familywise错误,FWE-corrected )(图1)。然后,我们使用这个结果作为丹的面具。

2.3.3。学位中心(DC)分析

直流voxelwise测量,主要计算体素之间的功能连接强度和其他所有体素在整个大脑。直流测量给定的体素的重要性在整个大脑区域通过描述单一的体素的信息传输到其他大脑区域。连续预处理前使用格雷特纳V2.0 DC执行计算。线性趋势分离和时间过滤(0.01 - -0.08赫兹)应用于未平滑预处理图像减少低频漂移和高频生理噪声。不相关的信号,如白质信号,脑脊液信号,和Friston 24-parameter模型头部运动参数,是退化的时间序列各体素。加权计算直流都使用了静息状态功能磁共振成像数据分析工具箱+ V1.2(休息+ V1.2,http://www.restfmri.net/forum)。我们计算的直流压在整个大脑皮尔逊相关系数大于0.25,转换成一个 - - - - - -分数使用费舍尔的地图转换。随后,所有 - - - - - -分数地图空间平滑( )。

2.3.4。Seed-Based功能连通性(FC)分析

集群内的丹在ICA(参考部分显著差异2。4和3所示。2)或直流分析(参考章节2。4和3所示。3耳鸣组和健康对照组之间)被选为感兴趣的区域(roi)种子。平滑预处理图像受到消除趋势,带通滤波,讨厌的协方差回归节中描述2.3。3。然后,我们计算ROI和大脑中的每个立体像素之间的相关性在每个主题和转换成一个 - - - - - -分数提高正常使用REST + V1.2地图。

2.4。统计分析

卡方检验是用来评估的差异分类变量(性别和教育水平)在两组之间。年龄是比较使用一个独立的两个示例 - - - - - -测试。之间的差异的统计意义被设置为一个组值< 0.05。统计分析使用SPSS 17.0版(美国IBM)。

ICA,独立的两个示例 - - - - - -测试是用来测试组的区别在FC使用丹的丹FC地图(部分中描述2.3。2的面具。分析直流丹内的差异,我们进行独立的两个示例 - - - - - -测试之间的耳鸣患者和健康对照组使用丹模板的面具。在seed-based FC的分析中,我们使用独立的两个示例 - - - - - -测试和整个大脑灰质的面具在FC测试组的区别。所有这些使用SPM12 voxelwise分析。所有的结果都在统计裸voxelwise阈 加上FWE-corrected clusterwise阈值的 (28]。

3所示。结果

3.1。人口统计学和临床特点

在这项研究中,31日持续耳鸣患者和健康对照组33都包括在内。两组的人口和临床数据如表所示1。年龄没有显著差异(两个示例 - - - - - -测试中, ),性(皮尔逊卡方检验, ),或教育水平(卡方检验, )在两组之间。耳鸣患者的平均THI得分 。根据这个分数,耳鸣患者有不同程度的耳鸣严重程度。年级有6例,9例II级,4个病人在三级,7病人四年级,5例诉年级平均耳鸣持续时间 4个月,有急性耳鸣患者(小于3个月),4例亚急性耳鸣(超过3个月,但不超过6个月),慢性耳鸣患者和23个(6个月或更长时间)。

3.2。ICA

ICA是一组应用于观察的不同功能连接在两组之间的丹。使用丹FC地图作为面具,耳鸣患者显示增加了连接左顶叶脑回( , , , , ,voxelwise 加上FWE-corrected clusterwise )在丹与健康对照组相比,如图2。

3.3。直流分析

耳鸣患者与健康对照组相比,显示增加直流在左顶叶下回( , , , , ,voxelwise 加上FWE-corrected clusterwise )和减少直流在左楔前叶(体元= 25日 , , , ,voxelwise 加上FWE-corrected clusterwise )内丹(图3)。

3.4。Seed-Based FC分析

基于ICA的结果,左顶叶回被定义为一个种子来分析两者之间的差异,大脑网络组。与健康对照组相比,耳鸣患者表现出显著增加FC从左侧顶叶回一些大脑区域,包括左顶叶下回/左边际上回( , , , , ,voxelwise 加上FWE-corrected clusterwise )和右侧额上回( , , , , ,voxelwise 加上FWE-corrected clusterwise )和减少FC右边前扣带皮层(ACC) ( , , , , ,voxelwise 加上FWE-corrected clusterwise )(图4)。

两个具有明显不同的集群DCs之间的两组被选为种子检测不同的大脑网络通过seed-based FC分析。耳鸣组,左枕下回/左距状皮层( , , , , ,voxelwise 加上FWE-corrected clusterwise )和左额上回(体元= 78, , , , ,voxelwise 加上FWE-corrected clusterwise )显示减少FC左楔前叶与健康对照组相比(图5)。当左顶叶下回被用作种子,有在FC两组之间没有显著差异。

4所示。讨论

在这项研究中,rs-fMRI被用来研究神经网络的差异之间的丹耳鸣组和健康对照组。集团ICA、直流分析、seed-based FC进行了分析和揭示差异耳鸣患者和健康对照组的内在FC丹的模式。我们还发现,一些地区的丹耳鸣患者不同在他们的贡献整个大脑的神经活动,以及这些区域之间的功能连接和其他脑区也改变了。

通过分析地图的功能连接丹两组,我们发现左顶叶脑回的连通性增强耳鸣组,表明此集群在丹更激活耳鸣患者比健康对照组。顶叶回执行复杂的功能;例如,它参与的自发调节注意力和其他功能(29日]。这项研究由Mantini et al。30.)还透露,顶叶的活动回提高静息状态。他们认为这是大脑活动相关,这表明大脑的注意力系统徘徊在在静止状态。因此,激活的神经活动在左顶叶回可能表明耳鸣患者的注意力系统可能会更积极的休息比对照组。

当使用左顶叶回作为种子区域在整个大脑FC的分析中,我们发现,在耳鸣患者,左顶叶下回,左边际上回、右侧额上回显示增加FC左顶叶回与健康对照组相比。左顶叶下回和左边际上回属于顶叶小叶和参与的功能调节网络的关注。施密特的研究等。31日]还显示变化的功能连接左顶叶下回和右优越的边际回。额上回属于额眼领域(FEF)和视觉注意力起着重要的作用。布拉加et al。32)发现FEF参与听觉的注意力。局域网et al。33)和Shahsavarani et al。6)发现的功能连接的变化额上回耳鸣患者。我们的研究结果表明,FC大脑的几个区域内丹的可能性增加,证实了猜想,耳鸣,视觉注意力,和听觉注意力相互影响,呼应Shahsavarani et al。(6)的研究。

与健康对照组相比,之间的FC左顶叶脑回和右ACC中减少耳鸣患者。ACC属于边缘系统和边缘系统的核心结构5,34]。ACC与感情,反应,情感的表达,记忆(特别是记忆与情感),等等。34,35]。先前的研究[16,36,37]报道耳鸣的边缘系统的影响。这些研究表明,边缘系统损伤可能在耳鸣的发生中发挥作用。Kapolowicz和汤普森等。9)认为,边缘系统的异常功能可能出现在在耳鸣耳鸣的早期阶段和持续。很长一段时间,耳鸣的负面影响已经指出,连接到边缘系统(38]。我们的结果表明,丹和边缘系统之间的FC耳鸣患者增加。这一发现可能与造成的负面情绪患者注意恼人的声音。

我们发现左顶叶下回的直流是耳鸣患者显著增加,而左楔前叶的内丹被抑制。的顶叶下回注意网络中起着重要的作用。顶叶下回的功能是复杂多样的39]。例如,它参与感官功能的规定,认知功能,语言,和其他功能和躯体感觉感觉密切相关。舒尔曼et al。40)发现左顶叶下回激活听觉刺激。耳鸣患者总觉得他们是在异常的声音环境中,即使在休息的时候。因此,他们无法避免听觉刺激。因此,我们认为增加左顶叶下回的功能活动可能与这一事实有关耳鸣患者不断被迫经历时耳鸣的听觉刺激。可能的结果患者对耳鸣的声音和他们试图理解和认识其意义或可能导致耳鸣的原因。具体的因果关系需要进一步研究。

楔前叶,关注系统的一个重要节点,参与许多高级认知功能的规定,包括自身信息的处理、认知和意识。先前的研究[30.,41,42]表明,楔前叶是减少正常功能活动的人在休息;因此,在静息状态,人们不必要的投入更高级认知的神经活动。我们的研究被Shahsavarani类似et al。6和施密特et al。23]。我们发现,楔前叶的机能活动的耳鸣患者低于健康对照组。我们推测,这种变化表明,耳鸣患者减少耳鸣声音信息的集合。这种变化可能有助于减少耳鸣的感觉,可以减少不必要的信息处理和分散注意力从听觉刺激,可能与耳鸣患者的努力克服和适应耳鸣。

的功能活动的变化左顶叶下回和楔前叶耳鸣患者表示关注系统的参与耳鸣。一方面,因为耳鸣的声音刺激是连续的,注意系统必须接受和应对这种刺激;这种接受的特点是增加左顶叶下回的直流。另一方面,为了应对这种令人不安的听觉刺激,相关的大脑区域的神经活动减弱或抑制,这表现为减少直流在左楔前叶。这种变化可能有助于减少的影响或帮助大脑忽略听觉刺激,从而减少耳鸣。我们推测,结果,楔前叶和听觉之间的功能连接网络耳鸣组可能会降低。

然而,与我们的假设,我们发现没有明显的功能连接楔前叶和听觉网络之间的变化,而左枕下回,左距状皮层,和左额上回显示更少的功能连接左楔前叶耳鸣组比对照组。左侧额上回属于FEF,在眼球运动的规定,涉及视觉定位,和其他功能。左枕下回和左边距状皮层位于视觉皮层和发挥作用的感知和处理视觉刺激。施密特et al。23]发现FEF之间的连接性,楔前叶是耳鸣患者的减少,这种减少是不负责听力损失,这可能是由于耳鸣声音异常的影响。这种变化表明,耳鸣患者的神经网络连接是不够通畅,这阻碍影响他们处理视觉信息。布拉加et al。32)发现了一个眼球运动之间的相关性和听觉的注意力。即使没有视觉刺激,减少眼球运动在处理听觉刺激。我们推测,之间的功能连通性下降离开楔前叶,左侧额上回将耳鸣。为波顿等人的研究表明7),有听觉和视觉网络活动之间的关系。当大脑被迫过程耳鸣的听觉刺激,视觉网络的活动受到抑制。我们的结果显示减少楔前叶和视觉之间的功能连接网络。没有显著改变听觉网络有关,这可能是耳鸣患者试图压制的结果注意幻听。

本研究也有一些局限性。首先,样本容量不够大,因此,只有实验的结果。然而,最后的结果仍然是可靠的,因为他们通过多重比较修正。第二,我们没有组患者根据时间或耳鸣的严重程度。因此,丹耳鸣患者的FC变化是否因时间或耳鸣的严重程度需要进一步研究。第三,大多数结果都位于左半球。这是否与这样一个事实:我们所有的受试者右手还有待进一步研究。第四,本研究是横断面研究。虽然我们结果显示功能的变化关系与丹•耳鸣患者的因果关系还有待研究。因此,一个更大的样本量和纵向随访研究从多个角度应在未来。

5。结论

我们的研究主要发现左顶叶小叶显示异常功能连接内丹,而左顶叶小叶和左楔前叶丹显示异常激活与整个大脑的神经活动。我们还发现耳鸣患者表现出不同的FC左顶叶回或左楔前叶几个脑区属于丹,边缘系统,或者一些vision-related大脑区域。这些结果可以用来揭示神经活动的变化耳鸣患者的大脑中,可能表明丹在生产中起着重要作用,对耳鸣的看法。治疗耳鸣,上述结果也提供一些灵感如下:它可能会改善耳鸣的干扰和影响通过调节关注系统的功能,如通过减少耳鸣或转移注意力到其他领域。

数据可用性

在当前的研究中使用的数据集和分析可从相应的作者在合理的请求。

的利益冲突

没有利益冲突有关的出版。

作者的贡献

Guangwu林和赵韩设计实验。伊宁律、Haimeng胡、赵韩收集数据。Haimeng胡锦涛,伊宁律、李Shihong Chuntao你们分析数据。Haimeng胡,伊宁律,郑元,Guangwu林准备手稿。Haimeng胡锦涛和伊宁律的贡献同样这项工作。

确认

我们想感谢美国耳鼻喉科的技术人员的积极参与听证会的研究参与者。我们也想感谢病人和志愿者参与这项研究。本研究支持由中国国家自然科学基金(8177070421)和上海市科学技术委员会(20 y11902300)。