聽皮層的PET影像學(xué)研討范文
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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(xué)信息與解剖信息的檢查手段,能同時了解靶器官的結(jié)構(gòu)與功能變化。近年來關(guān)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(yīng)。人類初級聽皮層區(qū)位于顳橫回,又稱Heschl''''s回,次級聽皮層區(qū)位于初級聽皮層的周圍。初級聽覺中樞結(jié)構(gòu)功能上存在頻率特異性區(qū)域排列,識別頻率自后外側(cè)向內(nèi)側(cè)呈低頻向高頻分布。有研究發(fā)現(xiàn)聽覺中樞的激活與刺激頻率、強度、表現(xiàn)形式等多種因素有關(guān)。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(cè)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(xiàn)在左側(cè)聽皮層,而識別音樂需要的音調(diào)分辨能力與情感分析有關(guān),在右側(cè)聽皮層優(yōu)勢明。這種左側(cè)大腦半球在聽覺語言功能上表現(xiàn)出的偏利性與功能磁共振的研究結(jié)果相一致。Ruytijens對20名聽力正常志愿者進(jìn)行聲刺激的H152OPET研究發(fā)現(xiàn),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(xiàn)為聽力的喪失,更會對兒童及成人的言語發(fā)育、語言交流,甚至認(rèn)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(dǎo)致大腦聽皮層難以建立正常的聽覺中樞功能,從而產(chǎn)生可塑性變化。Lee等對耳聾患兒進(jìn)行的靜息狀態(tài)下腦PETFDG成像發(fā)現(xiàn)先天性聾患者顳葉皮層呈低代謝活動,年紀(jì)越小的患者低代謝區(qū)域越大,隨著年齡增加,低代謝區(qū)域相應(yīng)縮小。Lee等對語后聾成人的大腦研究同樣發(fā)現(xiàn)聽覺缺失可一過性降低初級聽皮層及聽覺相關(guān)皮層的神經(jīng)活動,而隨著時間延長,聽覺相關(guān)區(qū)域因發(fā)生功能重組而逐漸出現(xiàn)皮層代謝率增高。此外,他們還發(fā)現(xiàn)人工耳蝸植入術(shù)前顳葉呈低代謝的患者術(shù)后聽皮層代謝增高的趨勢明顯,并且通常預(yù)示術(shù)后較好的言語識別能力;而術(shù)前顳葉皮層代謝接近正常聽皮層代謝水平的患者術(shù)后顳葉代謝率往往沒有顯著變化,并預(yù)示較差的植入效果。這一結(jié)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(xiàn)象限制在處理聽覺及語言的次級聽皮層區(qū)域內(nèi),即顳上回或稱為外側(cè)裂周區(qū),也有文獻(xiàn)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(cè)初級聽皮層的一小塊區(qū)域內(nèi)。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(yù)后聽覺皮層功能重新建立的理論基礎(chǔ),但有時可塑性引起不恰當(dāng)?shù)墓δ芨淖円矔o正常皮層功能的建立帶來不可逆轉(zhuǎn)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(rèn)為初級感覺皮層只能對某一特定感覺輸入做出反應(yīng),并且不同形式的信號會在更高級的次級皮層及聯(lián)合區(qū)進(jìn)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(jìn)行處理。當(dāng)大腦缺乏聲音的刺激,聽覺皮層會以一種異于常態(tài)的方式重新組織功能以便接受來自其他感覺系統(tǒng)的信號輸入,從而減弱了聽覺神經(jīng)功能,目前研究發(fā)現(xiàn)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(xiàn)出的聽覺優(yōu)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(xué)習(xí)期之前發(fā)生的耳聾)患兒靜息PET統(tǒng)計的腦代謝數(shù)據(jù)進(jìn)行重新分析,發(fā)現(xiàn)位于顳上回與顳中溝之間顳葉區(qū)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(jìn)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(guān)皮層具有重新整合信息的功能,他們發(fā)現(xiàn)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(qū)域(V1／V2)活動增強,即單純聽覺任務(wù)可以征用視覺皮層來完成特定功能。國內(nèi)2003年曾有報道,聽力下降可以引起聽皮層代謝活動的相應(yīng)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(qū)域有所擴(kuò)大。而對全聾患者的研究發(fā)現(xiàn)其視覺皮層代謝顯著增強,這些都驗證了中樞系統(tǒng)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(yù)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(yù)的重要性,在早期干預(yù)前,不提倡進(jìn)行手語及唇語的教學(xué),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(fā)育,提高人工耳蝸植入的效果,在人工耳蝸植入后康復(fù)訓(xùn)練中,一旦重新獲得聽力,就應(yīng)盡量減少其他感覺模式的交叉刺激。
人工耳蝸植入術(shù)后PET影像學(xué)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(zhuǎn)換信號直接刺激聽神經(jīng)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(shè)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(yīng)的情況,有效的應(yīng)用于人工耳蝸植入的效果評估。早期聽覺刺激的相關(guān)研究發(fā)現(xiàn),CI術(shù)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(cè)大腦活動變化更明顯。此外還有研究發(fā)現(xiàn)初級聽覺皮層及聽覺相關(guān)皮層的代謝活動增加程度與術(shù)后聽力言語恢復(fù)情況一致,而耳聾病程越短,CI術(shù)后聽覺皮層激活增強越明顯。CI術(shù)后患者聽覺中樞在重新接收聲信號刺激后發(fā)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(rèn)知能力的提高。Kang等[30]對8名語前聾患兒行CI術(shù)前及術(shù)后PET研究,結(jié)果顯示CI術(shù)后患兒中央視皮層區(qū)、雙側(cè)丘腦、后扣帶回區(qū)域葡萄糖代謝增加;與正常聽力對照組相比,CI術(shù)后患兒在中央視皮層、雙側(cè)頂枕葉連接處的大腦活動增強。另有研究發(fā)現(xiàn)患者人工耳蝸植入的年齡越小,右側(cè)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(jié)論。Kang[30]等也將PET影像變化與患兒術(shù)后的言語感知能力(CID)聯(lián)系起來,提出言語感知能力強的患兒高級視覺區(qū)域(中央頂枕葉聯(lián)合hMT／V5及左側(cè)顳下回后側(cè)BA21／37)代謝活動增強,右側(cè)前額葉下段及頂背部(BA40／9／44)代謝活動減弱。這可能是對術(shù)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(shù)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(dǎo)臨床人工耳蝸植入患者術(shù)前及術(shù)后的康復(fù)訓(xùn)練。目前關(guān)于人工耳蝸植入術(shù)后患者聽皮層PET研究的開展越來越深入細(xì)致。Coez[32]對正常聽力志愿者和人工耳蝸植入患者進(jìn)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(guān)腦區(qū)腦血流量變化,結(jié)果提示所有研究組對非語音刺激均能引起位于雙側(cè)顳上回的激活,但人工耳蝸組的激活反應(yīng)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(shù)后恢復(fù)較好組雙側(cè)顳區(qū)聽覺相關(guān)皮層激活,對于術(shù)后效果不佳患者只能引起左側(cè)顳上溝中部區(qū)域的激活。關(guān)于人工耳蝸植入者對音樂感知的神經(jīng)影像學(xué)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(jié)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(lián)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(shù)的應(yīng)用和發(fā)展提出了更高的要求和挑戰(zhàn)。
聽覺中樞可塑性動態(tài)變化的研究
由于PET檢查對人體會產(chǎn)生不可避免的放射性損害,無法進(jìn)行長期隨訪動態(tài)研究,而動物實驗的開展無疑推進(jìn)了這一領(lǐng)域的發(fā)展。Hsu等首次對大鼠聽皮層模型進(jìn)行PETCT掃描,應(yīng)用高分辨率動物正電子成像術(shù)在無創(chuàng)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(jié)構(gòu),并提示單側(cè)耳蝸摘除會降低對側(cè)下丘及聽皮層區(qū)域的放射活性。Ahn等對大鼠進(jìn)行聽覺通路2脫氧葡萄糖分布變化的研究,結(jié)果顯示聽力損失組與正常組比較,軟件分析的低代謝區(qū)域以及肉眼可見的密度差異在術(shù)后第4至8周時最顯著,而在術(shù)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(jìn)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(fā)生4個月后出現(xiàn)雙側(cè)初級聽皮層(A1)及顳葉聽覺區(qū)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(cè)視皮層出現(xiàn)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(jié)果論證了聽皮層發(fā)育關(guān)鍵期的存在,如果在關(guān)鍵期缺乏相應(yīng)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(qū)域縮小的現(xiàn)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(shù)前聽皮層的低代謝區(qū)是一個重要且相對獨立的預(yù)后因素,因此這些研究再次強調(diào)了將FDGPET應(yīng)用于評估人工耳蝸植入候選者術(shù)后療效的可行性,即人工耳蝸植入術(shù)前顳葉呈低代謝的患者術(shù)后言語識別能力恢復(fù)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(fā)育過程,以及可塑性與交叉重組引發(fā)的動態(tài)變化,從而論證了對聽力損失患者在聽皮層發(fā)育關(guān)鍵期前早期實施聽覺干預(yù)的重要性。
PET在聽覺研究中的應(yīng)用前景
由于正電子成像技術(shù)(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(shù)的快速發(fā)展,人們對中樞聽覺系統(tǒng)的認(rèn)識不斷深入。與其他功能影像技術(shù)相比,PET在聽覺研究方面具有許多優(yōu)勢,除了能應(yīng)用于佩戴人工耳蝸、腦干植入等磁性不兼容植入設(shè)備的受試者外,很重要的一點,PET是一項安靜的影像技術(shù),而fMRI會產(chǎn)生相當(dāng)大的背景噪聲,可達(dá)130分貝,在聽力學(xué)研究中需要抵消這種噪聲產(chǎn)生的干擾。國外已有一些研究者將PET應(yīng)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(shù)后的大腦可塑性研究,目前國內(nèi)相關(guān)研究較少,多應(yīng)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(yīng)區(qū)別,不同病因耳聾患者接受人工耳蝸植入術(shù)后的效果差異,雙側(cè)人工耳蝸植入與單側(cè)植入效果的比較,如何改進(jìn)人工耳蝸技術(shù)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(diào)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(yīng)用于腦干植入等其他人工聽覺植入設(shè)備的相關(guān)研究等。此外,PET技術(shù)的發(fā)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(yīng)中樞可塑性的特殊示蹤劑來反映某一特定皮層區(qū)的特異性功能改變。臨床上,PET也有一定的應(yīng)用價值,可用于人工耳蝸及其他聽覺植入設(shè)備的適應(yīng)癥選擇,評估蝸神經(jīng)發(fā)育不良等特殊耳聾患者的植入效果,指導(dǎo)人工耳蝸植入患者術(shù)后個體化康復(fù)方案等。將來隨著PET技術(shù)的不斷改進(jìn)及新型示蹤劑的研發(fā),必定會對聽覺中樞功能學(xué)研究帶來新的突破和發(fā)展。
作者：吳文瑾 吳皓單位：上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬新華醫(yī)院耳鼻咽喉頭頸外科上海耳科學(xué)研究所