Annals of Neurology：新生儿卒中后发展性传导性失语的多模态脑成像研究

目的:语言的背侧通路损伤后出现的言语重复障碍是传导性失语症的一个典型特征，这是一种常见的成人失语症。在婴儿期持续的类似病变的影响尚未确定。

研究方法：作者比较了新生儿脑中风(新生儿脑卒中（neonatal stroke）又称围产期动脉缺血性卒中（perinatal arterial ischemic stroke， PAIS），是指发生于胎儿或生后28 天内的由血栓形成或栓子脱落引起阻塞的脑血管病变。新生儿脑卒中发病隐匿不易被察觉，急性期临床症状不明显易被遗漏，等到儿童期出现脑性瘫痪（简称脑瘫）和/或智力障碍等严重神经系统后遗症才被注意到，但已失去最佳治疗时机。n=30,age=7–18 years, left-sided lesions in 21 cases)和年龄、性别匹配的对照组（n=40）的T1、T2结构图和通过弥散张量成像概率追踪方法得到的背侧和腹侧语言通路的结构受损情况以及基于fMRI的语言偏侧化情况，并且基于语言测量量表比较了两组的语言产出。

     研究结果：在组水平上，左侧背侧语言通路损伤与非词选择性言语重复损伤(p=0.021)和句子选择性言语重复损伤(p<0.0001)相关。大多数有明显重复障碍的儿童保留了左半球语言表征，但右半球优势与最小化重复缺陷相关。对重复受损组的事后分析显示，他们还存在与语言相关的其他缺陷，但这些缺陷更微妙、更多变。本研究发表在Annals of Neurology杂志。

研究结论:

     （1）尽管婴儿大脑具有相当大的可塑性，但早期背侧语言流损伤可导致特定的、长期的言语重复问题，类似于成人出现的传导性失语症;

     （2）语言重组对对侧半球有保护作用。

研究背景：     传导性失语症最早由Carl Wernicke发现并给出描述，其特征是相对完整的理解但伴有错误的语法表达和找词困难问题。这类失语症病人存在单词重复受损是由Lichtheim提出的，现在是该失语症现代诊断标准的核心部分。传导型失语症被Geschwind认为是一种“断开综合征”，表示语言前区（往往指Broca区）和语言后区（往往是负责语言感知的Wernicke区）之间连接的中断。这个早期的连接主义模型被最近的神经影像学研究扩展为语言的双流模型（也称作双通路模型，包括背侧流和腹侧流。腹侧流被认为参与将听觉语音映射到意义，或处理不太复杂的句法结构的过程。目前已提出的腹侧通路的纤维束有钩状束(UF)、极囊束(EmC)、中纵束(MdLF)、下纵束(ILF)和枕下纵束(IFOF)。在背侧通路中，前额叶-顶叶区域被认为参与将听觉语音映射到发音(运动)表征，以及处理复杂的句法结构。连接这些区域的主要纤维通路是SLF（上纵束）和AF（弓状束）。SLF将支持表达性语言的侧额叶皮层(包括布洛卡区)与支持接受性语言功能的顶叶和颞叶皮层(包括韦尼克区)连接起来。AF通常被认为是SLF的一个分支，在岛叶周围形成一个大弧形并投射到颞叶）。

虽然这些语言通路研究已经受到了大量的讨论，但是这两种流在语言发展中的作用仍在争论中，背侧流和腹侧流在发育早期损伤的不同影响尚不清楚。尽管如此，人们普遍认为，在大脑可塑性的作用下，在婴儿期或儿童期对外侧裂周区（perisylvian）语言区域的损害可能不会导致类似于成人的失语症症状。一个关键的问题是，左背侧流，尤其是AF，是否具有腹侧流或右脑半球无法补偿的特殊功能（这个问题之所以关键是因为，如果AF的受损无法由其他通路或者对侧补偿，那么大脑可塑性的作用对于由AF引起的语言功能受损将是不可恢复的）。

考虑到新生儿期中风的发生率相对较高，这个问题具有直接的临床意义。中风通常发生在大脑左中动脉区域，这一区域支持大部分的背侧流区域。考虑到成人背流损伤和传导性失语症之间的联系，作者试图确定在出生时中风的一组足月出生的儿童中是否存在类似损伤后出现单词重复缺陷。本文选择了一系列重复任务，包括数字串、非单词和越来越复杂的句子，将参与者分为背侧和非背侧(包括腹侧流)损伤组。

在语言实践中，重复问题被认为会影响语言学习，是儿童读写能力受损和语言发展的预测因素。此外，考虑到背侧流在语言学习中的基于各种证据假设的功能作用，本文在词汇、理解、阅读和拼写等其他能力的背景下评估了语音重复。考虑到重复的缺陷可以通过大脑半球间的重组来改善，还使用功能磁共振成像(fMRI)对这些被试的语言功能的偏侧性进行了评估。

研究方法：

被试：

本研究招募了30名在新生儿期经MRI确诊为缺血性/出血性中风的英语母语青年(年龄= 7-18岁)组成实验组。这些被试是从一群有神经症状的婴儿中挑选出来的，他们出生在伦敦的哈默史密斯医院，或被转诊到这家医院。所有患者均接受了早期MRI检查，并定期随访。另外还招募了同一时期出生的在各方面对应匹配的对照组(n=40)，这一组在年龄(6 - 18岁)、性别和母亲教育程度上与实验组相匹配（人口学信息见表1）。

表1 人口学信息及量表测试得分

所有卒中病例均可独立活动，9例出现轻度的部分偏瘫，4例出现新生儿后癫痫，但仅有2例目前正在使用抗癫痫药物。脑卒中以缺血性为主，影响左侧大脑中动脉。除2名儿童外，所有儿童都接受主流教育，12名(40%)接受额外的教育支持。

影像学图像采集和预处理

结构像采集

所有被试均使用1.5T西门子磁共振机器采集结构像，T1采集参数如下：repetition time [TR] = 11 milliseconds, echo time [TE] = 4.94 milliseconds, flip angle = 15^o, field of view = 256mm², matrix size = 256 * 256, voxel size = 1 * 1 * 1mm³ （这里没有翻译为中文，因为如果你要参考，中文反而引起误解，虽然这是1.5T的机器采集的，但是在这些参数方面，处理TR、TE和flip angle 方面，其他都是同样适用的）。

T2采集参数如下：TR = 6,000 milliseconds, TE = 353 milliseconds, flip angle= 150^o, field of view = 256mm², matrix = 256 * 256, voxel size =1 * 1 * 1mm³

DWI使用了高b值，采集参数如下：b值=3000s/mm²,TE = 128毫秒，60个扩散加权方向，平面分辨率= 2.1 * 2.1mm²，层厚3mm。本文的功能像采集参数作者未给出，是和作者给出的参考文献中一致的，前面给出结构像的采集参数，完全是因为小编不仅专业，而且敬业。
  功能像处理：

作者采用了一个很成熟的被多次使用过的动词生成任务来进行任务态实验，主要目的是为了探测被试在动词阶段中的语言激活区的偏侧化情况。共有两个run，每个run有10个Bolck，采取Block设计，Block间的间隔随机。使用SPM8进行数据处理，包括时间层校正、头动校正，然后在个体层面进行一阶建模，确定激活区域。作者将Broca区和小脑反向配准至个体空间，进行了ROI wise的激活偏侧化指数的计算。

病灶定位和量化：

所有随访扫描均由儿科神经放射学家(W.K. C)进行评估，使用病灶范围的标准化方案，包括评估每个半球的皮层和皮层下结构，其次，对于损伤的灰质和白质部位进行假定的背侧通路和腹侧通路判定。病变区域的锚定(由K.C.J.E.专家操作，对其他临床信息不可见)在个体空间中进行，在T1加权图像的引导下，利用从T2加权图像中获得的附加组织对比度图像来勾画(示例案例如图1A所示)。然后使用VBM工具箱(http://dbm.neuro.uni-jena.de/vbm/)对病灶图进行空间标准化，并使用MRIcroGL创建覆盖图。

定量对语言通路的损伤影响：

左半球病变患者按病变部位分为三组:1、背侧病变;2、腹侧病变;3、背、腹联合病变。第四组为其他病变组，包括右半球损伤。以神经放射学回顾和灰质损伤定量分析为指导。使用基于脑脊髓炎诊断的脑脊髓束造影方法来确定语言损伤的程度。

对皮质区域的参与程度的定量分析：

使用基于fMRI研究的灰质ROI以及推测在AF（弓状束）或者UF（钩状束）连接中出现的中断（termi-nation） 区域作为研究对象。背侧流区包括额下回、顶叶下部、颞上回后部(韦尼克区)、颞中回中部和后部。腹侧流包括额下回和前颞叶(颞上回、颞中回、颞下回、颞回前)的三角部和眶部。首先，基于AAL图谱创建ROI mask。利用颞横回的侧位投影将颞区ROI分为前后两部分。然后将各个归一化的病变mask覆盖到每个ROI上，从而计算重叠体素的数量。计算各病变在这些皮层ROI内的重叠百分率和各语言流内皮层病变的总重叠百分率。

白质概率追踪：

       使用概率追踪技术(见图1B)重构属于背侧和腹侧流的白色纤维束。使用2个ROI来追踪确定AF（弓状束）解剖白质束及其各部分（其实就是两点确定一条纤维束这种思路来进行追踪的，作者这里为了能够更加精确的追踪到AF和UF（钩状束），是对不同分段进行了ROI的选择和追踪，这种方法可以使得追踪距离更短，追踪方向更加确定，结果会更稳定）。额叶种子感兴趣区位于锥体束外侧，而颞叶目标感兴趣区由颞横回后方的单个冠状切面确定。顶叶ROI是通过顶下小叶的边界来确定的。AF的直接节段连接额颞ROI，而前连接节段连接额顶叶ROI。通过追踪顶叶和颞叶间的roi，建立了后部的AF连接。

       对腹侧流的追踪，鉴于有限的分辨率，将UF和极囊束合并成一个大的纤维束。通过在前颞叶白质的4个相邻轴向切片上放置一个种子ROI来确定UF。从颞上回至颞回前的白质中收集到末端囊的纤维。两个区域的目标ROI均为末端白质纤维通过的区域，在4个轴向切片上进行了识别。总表观体积和平均FA在每个纤维束的二值mask中确定。

图1 病灶的定位和ROI的确定

神经心理评估：

所有患者和对照组都接受了语言和智力能力的综合评估。使用韦氏智力简表(Wechsler Scale of Intelligence)对智力进行评估，并计算出独立的语言、非语言和全量表智商(FSIQ)分数。

语言能力测量：

《语言基础临床评估》(CIF - 3^UK)中的表达能力和接受能力量表评估了一系列的表达能力和接受能力。接受能力的测试范围包括:概念和方向(解释、召回和执行口头命令,其本质是要求被试进行概念的逻辑操作),字类(通过选择和重复2个3个或4个口语词汇来识别两个词之间的语义关系),和语义关系(使用多项选择题解释句子中的语义关系)。其余的子测试构成了表达性得分:形成句子的能力(根据图片使用特定的单词构造语法和语法正确的句子)、重复句子(见下文口语重复测试)和句子组合(从一组单词中生成2个准确的句子)。
  口语重复测试：

使用语音处理综合测试(CTOPP)的语音记忆成分来评估非单词重复。句子重复是使用来自CELF-3^UK的重复句子子测验来评估的，该测验包括增加句子长度和句法复杂性的逐字重复。使用CTOPP的数字记忆测试和相应年龄的韦氏量表的数字广度测试来评估数字串的重复。

额外的评估包括表达和接受单词图片词汇测试,语法测试(测试的理解越来越难的语法对比),韦氏客观阅读维度测试(评估拼写、阅读和理解能力),以及语音意识的要件测试（CTOPP，测试口语词汇的感知能力和声音操作)。

统计分析：

采用独立样本t检验、卡方检验、方差分析和曼惠特尼检验(作者后续的比较中涉及到很多次小样本检验，有组别人数甚至于小于10人，使用t检验已不合适，但其实个人觉得即使采用U型检验，也不太好，但本文的被试确实不好收集，这也是此类问题普遍遇见的困难之一)检验人口统计学、临床和认知数据的组间差异。采用单变量方差分析（作者使用了协方差检验来进一步加强方差分析的可靠性）来检验语言流损伤对神经心理评分和脑测量的影响。考虑到一般认知能力的差异(反映在全面的FSIQ分数中)时，语言特异性的影响更容易被发现。同样地，当考虑到语言的偏侧化的改变，尤其是在有发育性脑损伤的人群中，损伤对认知的影响也可以被揭示。

因此，作者还测试了FSIQ和语言的偏侧化作为协变量时对协方差分析的影响。多次比较采用Bonferroni校正(共10次比较:p<0.005)。使用2个固定因素来分析病变差异(背侧病变和腹侧病变)，分别表示这些区域内是否存在病变。 

研究结果：

背侧流和腹侧流损伤

在30例患者中，有20例发现了背侧或腹侧语言流(左大脑半球)的病变。单纯背侧损伤8例，单纯腹侧损伤4例，双侧不同程度损伤8例。10名参与者在这些区域之外存在损伤。典型的案例示例如图1A所示。在背侧流损伤的患者中，最常见的损伤部位是下顶叶(16例中的11例)和颞上回后部(16例中的12例)。在腹侧病变组中，最常见的损伤部位是前颞叶(11例中有6例)。

另一组病例为右半球损伤，病变局限于左侧躯体运动区，如图1C覆盖图所示。白质纤维追踪发现，涉及背侧语言流区域的损伤影响了左AF体积(p=0.001)。左侧腹侧血流区域的病变最常影响极囊/UF纤维体积(p=0.010)。背侧和腹侧孤立病灶与其他病灶组大小相似(分别为14.8、16.7、11.3ml);仅合并腹侧和背侧组病变体积更大(83.8ml, F3, 2656.1, p=0.003)。

语言测试结果

在患者组中，总表达和接受性语言得分(CELF-3UK)显著低于对照组，FSIQ得分也显著较低(见表1)。左半球背侧和腹侧病变组成的组别，从他们的认知功能水平来看，他们实际的语言任务得分要比预期的总体水平更差(CELF总分数低于非语言智商10分)，与其他相同认知功能水平的病变组相比，也显著更差(t=2.24， p=0.033)。

对CELF-3^UK和CTOPP语言亚测试分数的分析显示，背侧流损伤(在组水平上)在非单词重复(F1, 27=5.87, p=0.023)和句子重复上的存在显著的特定缺陷(F1, 27=7.19, p=0.013;作者这里使用的是协方差分析来检验组别和不同语言技能得分之间的关系。表2、图2；图3为各实例的剖面图）。表2 语言技能得分的统计结果

这种效应在腹侧流损伤中没有观察到(p>0.154)。所有病变组在重复数字串、表达/接受性语言总分、接受性语法、语音意识或读写能力方面无差异(p>0.245)。腹侧和背侧合并病变组的句子重复评分与对照组无差异(p=0.465)。

为了探索在语言重复方面的个体差异是否可以由语言的脑偏侧化的变化来解释，作者对Broca’s区域的fMRI激活的侧化指数进行了统计（偏侧化指数比较简单，就是左侧平均激活值减去右侧平均激活值除以两侧平均激活值），然后将其加入了上述的协方差分析的协变量矩阵中;结果发现，背侧病变组的语音重复效应仍然显著(p<0.0001)(见表2)。有趣的是，发现腹侧病变组在理解口头指令方面存在缺陷(CELF-3^UK的概念和方向子测试，p=0.002)。将病变体积加入协变量不改变以上的统计发现。

图2 表达性语言技能和接受性语言技能测试得分比较

在背侧受损组中发现的重复错误的错误类型有很大的差异(即使是在个体中)，包括句子的重新措辞、简单的省略、替换和单个单词的增加或颠倒/调换。受影响最严重的被试甚至会立刻忘记整句话。虽然通常情况下，这些患者可以保留语义要点（即能理解语义并表达部分），但有部分句子的意义也会被改变。举个例子，对于目标句——“ The girl who lives upstairs in my block of flats is in my class”, 患者1的重复是 (图3的第一个)——“The girl that lives in the block of flats upstairs is in the same school as me’’ (分数为0，满分3).”再来看一个不同被试的错误例子, 目标句是——“ The computers and printers were donated by the school governors”,  图三中的患者3 的重复是——“ The school computers were donated by the government last year (分数为0，满分3)”.所有的病例都没有发现自己的语法错误或进行自发的自我纠正。这说明，他们的产出问题明显。

在背侧病变组中，句子重复缺陷的严重程度各不相同。根据IQ-corrected分数，7例无明显或存在较轻的句子重复问题(均在1个标准差范围内[SD])， 6例为中度(低于平均水平1 2 SDs)， 3例为重度重复问题(>2 SDs)。这些评分为将背侧病变组分为重复正常组(n=7)和重复受损组(n=9)提供了依据。

图3 受损部分和不同语言技能得分的个案表型注释：上图中展示了4个存在背侧通路损伤的被试的病灶、语言得分和激活偏侧化情况，可以发现case 4的重复能力较好，虽然病灶位置和重复能力特差的case3相似，但其是右偏激活，但前三个被试都是左偏激活，重复能力表现很差，都比平均语言得分大于一个标准差以上。虽然是个案分析，但已经能说明一定问题，后面有相关分析的的量化分析的证据。

重复缺陷和语言功能的脑偏侧化

随后对有重复损伤和无重复损伤的背侧损伤病例进行了组间比较，未发现任何语言ROI检查中损伤的大小或皮质区域重叠程度的差异(均p>0.211)，两半球的AF体积(均p>0.310)也无差异。同样，病变覆盖图检查也未见明显的质性差异(图4A为左侧颞顶叶交界处最大重叠)，但重复组中有2例额颞顶叶病变较大(图1的被试3和被试4)。

对个别病例的fMRI偏侧侧化模式的检查(见图3)表明，右半球语言优势的个体(病例4)的语言重复更好，尽管病变位置与严重缺陷的个体相似(病例3)。作者进一步通过比较重复损伤组之间的fMRI偏侧性指数来验证这一假设(见图4)。

与未受损组相比，言语重复受损组在Broca s区域的激活(左偏)值更高，而未受损组在语言任务中更容易激活右半球，即右半球相对激活更高(Mann Whitney: p=0.005)。所有患者的小脑功能磁共振成像(Mann Whitney: p<0.001)证实了这一点，所有患者的小脑功能磁共振成像在结构上是完整的，相对于额叶，显示出更可靠的交叉侧化。研究发现，小脑偏侧化(rho=0.80, p=0.001)与背侧受损的被试保留重复功能显著相关(见图4)。

图4 语言重复能力损伤和病灶及语言功能脑偏侧化的关系 

最后，为了确定语言重复损伤是否与其他语言缺陷相关，重复受损组与剩余的中风样本进行了比较。在对FSIQ进行调整后，这一组在(1)CELF-3^UK接受性语言(Cohen d=1.55, p=0.001)、(2)阅读(d=0.95, p=0.011)、(3)拼写(d=0.89, p=0.018)、(4)接受性词汇和表达性词汇(d=1.52/1.05, p=0.001/0.013)和(5)接受性语法(d=0.84, p= 0.047)方面的得分也较低。这些缺陷在不同的个体之间更加微妙和多变，但对语言能力来说是特定的，因为两组被试非语言智商分数上没有区别。值得注意的是，这些相关的语言缺陷与句子重复损伤的程度是直接相关的，甚至在FSIQ加入协变量后也是如此(r =0.67 - 0.42, p均<0.05)。 

总结：

本文通过使用多种影像学手段（包括T1加权结构像、T2加权结构像、弥散张量成像和任务态功能磁共振成像）对足月但出现脑卒中胎儿在7-18岁时的神经发育状况进行了定量分析，并结合多种语言量表衡量了这些被试在受到脑中风导致的腹侧、背侧或其他部分脑区受损后的语言能力和神经发育状况之间的关系。

结果发现，左侧背侧语言通路损伤与非词选择性言语重复损伤(p=0.021)和句子选择性言语重复损伤(p<0.0001)相关。大多数有明显重复障碍的儿童保留了左半球语言表征，但右半球优势与最小化重复缺陷相关。对重复受损组的事后分析显示，他们还存在与语言相关的其他缺陷，但这些缺陷更微妙、更多变。这篇文章的发现表明，尽管婴儿大脑具有相当大的可塑性，但早期背语言流损伤可导致特定的、长期的言语重复问题，类似于成人出现的传导性失语症。并且，语言功能的偏侧化重组有利于对对侧半球功能的保护。

本文是多模态成像技术使用的典范文章，研究问题相当中心化，不同技术手段的使用都朝向同一个问题的解决，没有受到多种技术使用的影响从而造成研究问题解决过程中逻辑不连贯或者分支太多的问题。但尽管作者对文中的多次比较进行了校正，作者在很小样本情况下发现的结果可重复性可能存在一定问题，从文中汇报的效应量（cohens’d）值较小也能看出这一问题。所以，如果能够收集更多样本，结合当前不同技术的进一步深化，相信对这个问题可以做出更有价值的探索。

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