视觉剥夺后前岛叶亚区脑功能连接选择性重塑

摘要

目的： 人脑突显网络可以从众多感觉传入信息中选择出与当前个体最为相关的刺激信息，并将其传输至大脑高级认知脑区，从而指导个体行为。前岛叶作为突显网络的核心节点在该过程中起着至关重要的作用。本研究推测盲人前岛叶静息态固有功能连接在视觉剥夺后发生了选择性重塑，拟从该角度探讨盲人对于非视觉的突显刺激感知能力改变的神经机制。 方法： 对20例先天性盲人(CB)、27例早期盲人(EB)、44例晚期盲人(LB)和50例正常人fMRI数据进行基于感兴趣区（ROI）的功能连接分析。采用突显网络的核心节点，即与一般认知处理相关的双侧背侧前岛叶(dorsal anterior insula，dAI)及与社会情感处理相关的腹侧前岛叶(ventral anterior insula，vAI)亚区[1]作为种子点计算其各自的全脑功能连接。为研究不同失明年龄对前岛叶亚区固有功能连接重塑模式的影响，我们将CB、EB、LB、SC之间的差异作为组间效应，侧别(左侧和右侧AI)差异及亚区(背侧和腹侧AI)差异作为组内效应，对前岛叶功能连接数据在全脑灰质范围内进行基于一般线性模型(general linear model，GLM)的组别×侧别×亚区的混合模型方差分析(mixed-model ANOVA)。研究不同组别与亚区、组别与侧别以及三者之间的交互效应。应用基于体素的错误发现率(voxel-wise false discovery rate，FDR)进行多重比较校正(q＜0.01)。如果以上因素之间存在显著的交互效应，则进行基于体素的post hoc检验，比较各组在以上具有交互效应的脑区不同因素水平四组两两之间功能连接的潜在差异性(q＜0.01，FDR校正)。最后，在两两比较具有显著性统计学差异的观察体素内(q＜0.01，FDR校正)，采用基于体素的回归分析来研究失明年龄与前岛叶亚区功能连接之间的相关性，并控制年龄性别对结果可能造成的影响。 结果： 1.组别×侧别×亚区混合模型方差分析结果显示：功能连接在组别与亚区(背侧和腹侧前岛叶)之间存在显著交互效应(q＜0.01，FDR校正)，提示背腹侧前岛叶静息态固有功能连接在各组间差异具有统计学意义，具有显著交互效应的脑区主要位于双侧的顶内区、距状沟、舌状回、右侧枕中回。 2.背侧前岛叶功能连接的单因素方差分析显示：背侧前岛叶与双侧IPA、CalS、LG及右侧MOG之间的功能连接具有显著的组间差异(q＜0.01,FDR校正)。事后组间两两比较分析显示：与正常人相比较，先盲背侧前岛叶与双侧IPA及CalS功能连接增加，背侧前岛叶与左侧LG及右侧MOG功能连接减低。早盲及晚盲受试者较正常人背侧前岛叶与IPA之间功能连接增加，背侧前岛叶与双侧LG之间功能连接减低。盲人群体不同组别之间比较显示：先盲较早盲和晚盲背侧前岛叶与双侧CalS及右侧IPA之间功能连接增加，背侧前岛叶与左侧LG及右侧MOG之间功能连接减低。早盲较晚盲受试者背侧前岛叶与右侧MOG之间功能连接增加，背侧前岛叶与双侧LG之间功能连接减低。 3.腹侧前岛叶功能连接的单因素方差分析结果显示：不同组间腹侧前岛叶与双侧CalS及LG功能连接差异具有统计学意义(q＜0.01,FDR校正)。事后组间两两比较分析显示：所有盲人组与正常人相比，腹侧前岛叶与双侧LG及CalS之间功能连接增加。盲人受试者各组之间比较结果显示：与LB相比，CB及EB腹侧前岛叶与双侧LG及右侧CalS之间功能连接增加，但是CB与EB之间腹侧前岛叶与以上脑区之间功能连接无差异。 4.基于体素的回归分析结果显示：背侧前岛叶与右侧IPA、腹侧前岛叶与右侧LG之间的功能连接与失明发生年龄呈显著负相关(q＜0.01，FDR校正)。 结论： 1.视觉剥夺后之后，突显网络的核心区前岛叶固有功能连接网络发生了选择性重塑：背、腹侧前岛叶分别与视觉背侧流、腹侧流之间功能连接增加，提示视觉剥夺之后，在盲人视觉皮层及突显网络之间存在两条并行的背侧及腹侧通路，分别用于非视觉突显一般认知及社会情感信息的传输与处理，以提取非视觉环境中相关的突显刺激信息进而指导认知、情感与行为。 2.背侧前岛叶与视觉腹侧、背侧流功能连接重塑模式存在差异。背侧前岛叶与视觉背侧流功能连接增加，而与视觉腹侧流之间功能连接减低。腹侧前岛叶与视觉腹侧流之间功能连接增加，而与背侧流之间功能连接无差异，这种腹背侧流重塑模式的差异可能与盲人特有的空间及物体信息的认知整合模式有关。 3.与正常人相比较所有盲人组背侧前岛叶与双侧IPA功能连接均增加；所有盲人组腹侧前岛叶与双侧LG及CalS之间功能连接均增加；前岛叶与这些核心脑区之间的功能连接的盲人群体内部组间差异很小；仅背侧前岛叶与右侧IPA、腹侧前岛叶与右侧LG之间的功能连接与失明发生年龄呈负相关。这些较一致性的结果提示前岛叶固有功能连接的重塑主要由经验依赖性因素而非发育性因素起主导作用。

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