基于fMRI圖論網絡探索腦小血管病性輕度認知障礙的虛、實證候拓撲屬性對照研究＊

王建軍，楊衛敏，鄭浩濤，陳建湘，蔡東濱，呂涵青，秦秀德＊＊，劉蘭英，4＊＊

（1.深圳市中醫院 深圳 518033；2.廣州中醫藥大學第四臨床醫學院 深圳 518033；3.上海交通大學醫學院附屬精神衛生中心 上海 200031；4.上海市中醫神志病研究所 上海 201108）

藏象學說中蘊含著豐富的腦信息[1-2]，如五臟虛證可有頭暈、乏力等表現，五臟實證具有急躁、失眠等表現，腦與五臟功能潛在的病理生理聯系是從臟腑證候辨證認識腦疾病的理論依據。fMRI 技術可反映患者的學習、記憶、執行功能、情緒控制等相關腦功能改變，這些變化并非受單一因素調節，而是多種行為、感覺等外在表型相互聯系、相互作用后的中樞效應[3-4]。因此，fMRI 技術符合中醫藥“整體觀念”的學術范式，可作為基于復雜科學范式研究中醫臟腑證候腦機制的新工具[5-6]。本研究旨在初步探討皮質下腦小血管病性輕度認知障礙虛實證候的腦網絡拓撲屬性的中樞差異。

1 研究對象

1.1 招募及入組

收集2016 年12 月-2021 年12 月在深圳市中醫院腦病心理科住院或門診診斷為皮層下小血管病所致輕度血管性認知障礙37 例患者，包括虛證組21 例、虛證組16 例。同時從醫院職工家屬及體檢科招募與患者組性別、年齡、學歷等人口資料匹配的23 名健康受試者作為健康對照組。

1.2 診斷及納入、排除標準

1.2.1 診斷標準

西醫診斷標準符合美國精神病學會（American Psychological Association，APA）2013 年制定的《精神障礙與統計手冊第五版》（DSM-5）輕度血管性神經認知障礙診斷標準[7]，并符合中華醫學會神經病學分會癡呆與認知障礙學組制定的《血管性認知障礙診治指南》（2011年版）診斷標準[8]。

1.2.2 中醫辨證標準

參照2002年田金洲等[9]研制的血管性癡呆的中醫辨證量表進行辨證，每一個證候的積分相加所得為這一證候積分，證候診斷積分≥7 分為該證候診斷成立，滿分為30分。對符合多個單一證候診斷的患者，根據得分最高的證候歸類。符合腎精虧虛證、氣血不足證歸類為虛證，痰濁阻竅證、瘀血阻絡證歸類為實證。

1.2.3 臨床納入標準

①漢族，50-70 歲，具有每周大于4 天陪伴的知情人提供病史[10]。②主訴或家人報告存在包括記憶或其它維度的認知損害至少3 個月。③符合DSM-5 及《血管性認知障礙診治指南》血管性認知障礙診斷標準，至少一個認知亞域的CDR≥0.5 分且總分=0.5 分，蒙特利爾認知評估量表（Montreal Cognitive Assessment，MoCA）<26 分。④Hachinski 缺血量表（Hachinski Ischemic Scale，HIS）>7 分；日常生活能力正?；騼H輕度損害。⑤自愿參加并簽署知情同意書。

1.2.4 腦小血管?。–SVD）影像學納入標準

①≥3 個幕上皮層下小梗死灶（3-20 mm），伴或不伴任何程度的白質高信號；或者是中到重度的白質高信號（Fazekas≥2 分），伴或不伴小梗死灶；或者一個或多個皮層下關鍵位置（尾狀核、蒼白球及丘腦）小梗死灶[10]。②不存在皮層及分水嶺梗死、腦出血、腦積水和特殊原因所致的白質高信號（如多發性硬化）。③無海馬及內嗅皮層萎縮（Scheltens 內側顳葉萎縮視覺評分量表MTA-scale=0分）。④研究對象均為右利手，無任何臨床掃描禁忌。

1.2.5 排除標準

①嚴重失語癥、身體殘疾、或任何其他可能影響神經心理評估的因素。②存在除皮質下血管認知障礙以外的可能影響認知的其它精神疾病。③存在小血管病以外的其他卒中病因，包括顱外或顱內大動脈狹窄>50%，心源性卒中，非腔隙性的皮層下梗死（直徑>1.5 cm）或皮層梗塞。④基線前3 個月內新發中風。⑤遺傳或炎癥性小血管病。⑥有顯著臨床意義的胃腸、腎、肝、呼吸道、感染性、內分泌或心血管系統疾病、癌癥。⑦罹患精神分裂癥、酗酒、藥物成癮等嚴重精神疾病。⑧HAMD-17≥17分。

1.2.6 對照組納入標準

①與試驗組性別、年齡、學歷等人口資料匹配。②身體健康，既往無嚴重軀體疾病。③精神檢查，既往無精神科診斷及相關家族史。④無幽閉恐怖癥等其他MRI 檢查禁忌。⑤自愿參加試驗并簽署知情同意書。

1.3 知情同意與倫理

本研究方案通過深圳市中醫院倫理委員會審批（深中醫倫審（研）【2016】2 號），所有受試者均為自愿參加試驗并手寫簽署入組知情同意書。

2 研究方法

2.1 神經心理學測評

所有受試者均由統一培訓的中級職稱醫師進行入組訪談。采集患者一般情況如：年齡、性別、婚姻狀況、教育水平、職業，血管危險因素如：吸煙、飲酒、高血壓、糖尿病、高脂血癥、卒中、冠心病等病史。同時還包括神經心理學檢查如蒙特利爾認知評估量表北京版（MoCA）、漢密爾頓抑郁量表17 項（17-item Hamilton Depression Rating Scale, HAMD-17）、血管性癡呆的中醫辨證量表。

表1 腦網絡局部拓撲屬性的組間比較

2.2 神經影像學數據采集與數據處理

本試驗采用深圳市中醫院科研磁共振平臺（GE Discovery MR750 3.0T），完全具備本研究掃描序列的硬件條件，由受過系統培訓的同一名中級職稱技師采集全部受試者的磁共振數據。首先對所有受試者先行3D 高分辨率T1WI 結構像檢查，然后行靜息態fMRI掃描。BOLD 參數：重復時間TR=2000 ms，回波時間TE=35 ms，翻轉角FA=90°，層厚=4 mm，層數：38，采集時相：240。3D 高分辨率T1WI 參數：重復時間TR=8.62 ms，回波時間TE=3.22 ms，翻轉角FA=12°，FOV=256×256 mm2，層厚=1 mm，體素=1 mm×1 mm×1 mm。掃描前讓受試者休息30 min 以調整至靜息狀態。掃描過程中囑受試者閉目但保持清醒不能睡著；掃描結束時核實受試者在掃描過程中是否保持清醒狀態。

2.2.1 數據預處理及腦網絡拓撲屬性計算

在MATLAB 2012b（http://www.mathworks.com/products/matlab/）環境下，應用基于SPM 和DPABI中的DPARSF V3.0 Advanced edition（http://rfmri.org）工具進行圖像預處理并計算fALFF。預處理包括格式轉換、去除前10 個時間點、時序校正、頭動校正、空間標準化、平滑及去漂移（計算fALFF 時不做低頻濾波）。采用GRETNA（v2.0https://www.nitrc.org/projects/gretna）進行功能網絡全局及局部拓撲屬性的計算。全局指標包括：小世界屬性（σ）；局部指標包括：節點效率（Ne）及節點強度（Dc）。

2.3 fMRI質量控制

為保證影像數據采集質量，本研究采用經培訓的同一名技師采集全部受試者的腦影像數據，保證數據采集質量。

2.4 統計分析

3 結果

3.1 全局小世界網絡拓撲屬性組間比較

如圖1A 所示，圖中紅色和藍色分別代表患者組和對照組的腦網絡全局屬性。在稀疏度為0.05-0.40，選擇步長為0.01，患者組與對照組腦網絡均具有“小世界”網絡屬性，但其組間比較差異無統計學意義。

圖1 腦網絡全局拓撲屬性的組間比較

如圖1B 所示，圖中紅色、綠色和藍色分別代表虛證組、虛證組和對照組的腦網絡全局屬性。在稀疏度為0.05-0.40，選擇步長為0.01，三組均具有“小世界”網絡屬性。但與對照組比較，實證組在稀疏度為0.05-0.26，小世界屬性δ顯著低于對照組，差異有統計學意義（P<0.05），而虛證組在所有稀疏度范圍內差異無統計學意義。

3.2 節點效率拓撲屬性組間比較

與對照組相比，患者組節點效率在以下腦區均顯著增高：在右側中央前回、左側中央后回、右側中央后回、左側中央旁小葉及右側中央旁小葉；未出現節點效率低于對照組的腦區（表1 和圖2）。實證組節點效率在以下腦區均較對照組顯著增高：右側中央前回、左側中央溝蓋、右側距狀裂、右側楔葉、右側舌回、右側梭狀回、左側中央后回、右側中央后回、左側中央旁小葉、右側小腦上回、右側小腦下回及Vermis_6，在左側顳極中回節點效率低于對照組（表1 和圖2）。相比之下，虛證組患者未出現節點效率顯著高或低于對照組患者的腦區（表1和圖2）。

圖2 腦網絡局部拓撲屬性的組間比較

3.3 節點強度拓撲屬性組間比較

與對照組比，患者組節點強度在以下腦區均顯著增高：右側中央前回、左側中央后回、右側中央后回、左側中央旁小葉、右側中央旁小葉、右側小腦上回、Vermis_6、Vermis_7；在左側后扣帶回、左側顳極中回較對照組顯著降低（表1 和圖2）。實證組節點強度在以下腦區均較對照組顯著增高：右側中央前回、左側中央溝蓋、右側距狀裂、右側楔葉、右側舌回、右側梭狀回、左側中央后回、右側中央后回、左側中央旁小葉、左側小腦上回、右側小腦上回、右側中央旁小葉，未出現節點強度顯著低于對照組的腦區（表1和圖2）。相比之下，虛證組在右側中央后回、右側額極上回及Vermis_6 節點強度顯著高于對照組，未出現比對照組節點強度降低的腦區（表1和圖2）。

4 討論

血管性認知障礙（Vascular cognitive impairment,VCI）在1995年由Bowler 等[11]首次提出，2005年美國國立神經疾病和卒中研究院-加拿大卒中網（The National Institute of Neurological Disorders and Stroke-Canadian Stroke Network, NINDS-CSN）進一步擴大VCI的概念范圍[12]。而AHA/ASA 指南[13]、VASCOG 共識聲明[14]及VICCCS 分類共識[15]均按病程進行分類，涵蓋了從輕度認知損害到重度癡呆的整個發病過程。2019年《中國血管性認知障礙診治指南》[16]將VCI 定義為：由血管因素、顯性或非顯性腦血管病引起的從輕度認知損害到癡呆的一大類臨床綜合征。因此，VCI 是一類強異質性的臨床認知綜合征。但是，但隨著全球人口老齡化以及伴隨的血管性疾病的增多，預計未來30年內VCI 患者數量會大幅度增加，且目前尚無確切有效的治療方法，盡早明確VCI 的生物學亞型意義重大[17]。本研究結合國內賈建平團隊發表的系列研究[10,18-19]，將焦點聚焦于VCI 中皮質下小血管病所致輕度血管性認知障礙（Mild vascular cognitive impairment due to subcortical small vessel disease, mVCI-SSVD）這一亞型，選擇符合國內科研現狀的納入及排除標準，以達到既符合國際研究的標準性，也符合國內實際運用現狀。

八綱辨證是中醫各種辨證的總綱，虛、實證候具有顯著不同的臨床特征，是八綱辨證的重要組成部分。從虛實證候的功能影像學來探討其神經機制已經有了一些有益的嘗試[20-22]。如楊瓊[23]最高采用MRs技術研究VCIND 患者虛證與實證的證候區別，隨后針對多發性硬化的研究則同時采用了DTI 和BOLD 兩種模態探討寒癥與熱癥、虛證與實證的證候區別[24]，一項針對抑郁癥的研究采用了基于種子點的功能連接，研究發現：實證組后扣帶回與顳中回和雙側前葉的功能連接降低，與雙側額上回的功能連接增強，且與虛證組相比，實證組后扣帶回與雙側小腦和左額上回的功能連接降低[25]。另一項同樣針對抑郁癥的研究則利用功能連接探討了陰陽證候在抑郁癥患者中區別[26]。上述研究不僅使用了MRs、BOLD 及DTI 等多種模態，也從節點局部功能和環路功能連接探討了陰、陽、寒、熱、虛、實等中醫證候在認知、抑郁等疾病中的區別，說明fMRI技術能夠很好的用于疾病證候研究，為本探索性研究提供了方法學基礎[27-28]。

本研究引入基于圖論的拓撲結構分析，這種方法從整體大尺度腦網絡的角度研究人腦功能網絡的拓撲屬性，定量刻畫腦區間功能連接特征[29]。已有研究發現，阿爾茲海默癥（Alzheimer’s Disease，AD）是一種腦網絡失連接疾病，患者在結構改變之前即已經出現全腦拓撲屬性的變化[30]。VCI 患者也存在網絡連接功能改變，但只有少量的研究聚焦于血管損害發生在皮層下的類型。國內韓瓔教授團隊的研究發現，皮層下血管性輕度認知障礙（svMCI）患者和對照組均具有小世界屬性，但其組間差異無統計學意義，這與本研究結果相符[31]。但我們的研究結果也有不同發現：實證組患者在稀疏度為0.05-0.26時，表現顯著的小世界屬性降低，而在所有患者組（實證+虛證）及虛證組均無此發現，說明實證與虛證具有小世界屬性的中樞差異，為中醫虛實證候臨床表型實踐提供了科學基礎。

本研究發現：在額頂葉腦區、基底節區、顳葉及小腦的多個部位出現顯著的改變，這符合疾病的發展趨勢，即先出現局部屬性的改變，再出現全局屬性的改變[32]。在右側中央前回、雙側中央后回、雙側中央旁小葉節點效率和節點強度均顯著增高，提示額頂葉腦區在疾病早期階段就出現了自身代償，一項發表在Neurology上針對皮層下血管性認知障礙的研究發現，早發病例更多地出現血管因素，并表現出額葉結構連接受損[33]。本研究中受試者平均年齡與該研究相符，其額頂葉出現節點強度和節點效率的增加是對該研究有益的補充。同時，本研究特異性發現：在局部拓撲屬性上，虛證患者在節點效率比較上無陽性腦區，在節點強度上表現為少數腦區的節點效率增高，而實證患者的節點效率和節點強度均有顯著異常的陽性腦區發現。上述研究結果從兩個層面說明虛證與實證表現出完全不同的變化規律，是兩種完全不同的臨床表型，這將具有實踐意義，對臨床特異性區分皮層下小血管病性輕度認知障礙提供了影像依據，為從中醫證候層面研究疾病生物學亞型提供了方法學基礎。

綜上，本研究以血管性認知障礙疾病異質性為研究話題，將研究對象聚焦于皮質下小血管病所致輕度認知障礙這一亞型，引入中醫藥領域虛、實證候的疾病表型，基于圖論網絡探索性分析虛證、實證的腦網絡拓撲屬性組間差異。研究發現：實證組在節點效率、節點強度及稀疏度為0.05-0.26的小世界屬性均顯著有別于虛證組，說明中醫虛、實證候具有顯著差異的生物學內表型，為進一步探討中醫證候在疾病生物學分型的作用提供研究基礎。