目的应用基于Stroop任务的功能磁共振(blood oxygen level dependency-functional magnetic resonance imaging, Bold-fMRI)技术探讨血管性认知损害(vascular cognitive impairment, VCI)和老年性认知损害患者注意相关脑区功能变化特点,主要目的包括:1.探讨皮质下缺血性血管性认知损害(subcortical ischemic vascular cognitive impairment, SIVCI)患者注意相关脑区功能变化特点,评价皮质下小血管病变对注意认知环路的影响,促进对血管性认知损害病理机制的认识;2.定量分析皮质下缺血性血管性认知损害非痴呆(subcortical ischemic vascular cognitive impairment no dementia,SIVCIND)和皮质下缺血性血管性痴呆(subcortical ischemic vascular dementia,SIVD)患者脑功能图谱特点,探索fMRI在SIVCI诊断中的价值,期望为早期诊断提出客观评价指标;3.分析阿尔茨海默病(Alzheimer disease, AD)、轻度认知功能损害(mild cognitive impairment, MCI)患者脑功能图谱特点,评价老年性认知损害不同阶段功能区变化特点;并与皮质下缺血性血管性认知损害进行比较,探索两种不同认知损害脑功能区变化机制的不同,以及fMRI在两种不同认知损害鉴别诊断中的意义和指标,促进血管性认知损害诊断水平的提高。对象和方法本研究分为两部分,共纳入研究对象51例。1.对10例SIVCIND患者和10例SIVD患者,运用蒙特利尔认知测评量表(Montreal Cognitive Assessment,MoCA,Beijing Version)和简易精神状态检查量表(mini-mental state examination, MMSE)检测总体认知功能,与10例年龄、性别及教育程度匹配的健康对照者比较,探讨VCI患者认知功能损害特点;采用计算机辅助的Stroop测验,红、绿、蓝色字刺激,字体颜色和字义相冲突并随机呈现,要求受试者判断色字的颜色,分析其错误率、漏报率和反应时间,探讨VCI患者行为学反应特点;采用SIEMENS Magnetom Sonata 1.5 T超导型全身磁共振成像系统和fMRI技术采集脑功能图像数据。FMRI采用单因素单水平组块(block)设计,组块由激活状态(activation state)与控制状态(control state)交替组成。采用快速自旋回波(turbo spin echo, TSE)序列采集横断位20层T1WI结构图像(TE=13 msec, TR=500 msec, field of view=40×40 cm, 256×192 data matrix),EPI(echoplanar imaging)序列采集血氧依赖性功能成像数据(64 x 64 matrix, 220 x 220mm field of view, echo time (TE) 40 ms, volume repetition time (TR)3000 ms, flip angle 90°)。采用MPRAGE序列作失状位薄层扫描采集三维解剖图像。数据的处理和分析采用AFNI(analysis of functional neuroimages)软件。首先进行头动和层面间的校正,以除外受试者轻微头动造成的影响。然后采用半高宽3mm进行三维空间平滑。采用相关分析法,对功能图像的时间进程进行区域内的相关分析,选定刺激任务的时间曲线设定成理想的参考波形(3个方波),将每一像素的时间强度曲线与参考波形进行对照分析,计算每一个体素与理想曲线的相关系数,作为脑组织BOLD信号和目标任务的相关强度,凡相关系数大于或等于设定阈值的像素作为显著活动,得到时间-信号强度动态曲线图和脑功能激活图像。将脑功能激活图像及三维立体解剖图像转入Talairach坐标系,获得标准化后的脑结构和功能图像。统计分析SIVCIND、SIVD患者和正常对照组脑激活功能区的部位、范围和体积的差异,评价SIVCI不同阶段脑功能区变化特点并探索早期诊断的敏感指标。2.对年龄、性别和教育程度相匹配的11例AD和10例MCI患者进行汉语Stroop任务操作和脑功能成像,实验参数和方法与前完全相同。分析测定AD和MCI行为学测验错误率、漏报率、反应时间,评价老年性认知损害与皮质下血管性认知损害行为学反应的异同;分析AD、MCI脑激活功能区的部位、范围和体积改变情况,评价老年性认知损害不同阶段功能区变化特点;并与血管性认知损害进行比较,探索两种不同认知损害脑功能区变化机制的不同,以及fMRI在两种不同认知损害鉴别诊断中的意义和指标,促进认知损害诊断水平的提高。结果1.皮质下缺血性血管性认知损害患者总体认知功能评价SIVD组MOCA各分项评分与年龄、性别和教育程度匹配正常对照组比较发现,执行、注意、延迟回忆、抽象、定向等认知功能水平降低(P<0.05),命名能力等认知功能水平无明显改变(P>0.05)。SIVCIND组与正常对照组比较,执行、注意、语言和延迟回忆等认知功能水平降低(P<0.05),抽象、定向、命名能力等认知功能水平无明显降低(P>0.05)。2.皮质下缺血性血管性认知损害患者行为学测验SIVD组与年龄、性别和教育程度匹配正常对照组比较发现,Stroop操作反应时延长(P<0.05),漏报率增加(P<0.05),错误率增高(P<0.05)。SIVCIND组患者与正常对照组比较,反应时延长(P<0.05),漏报率增加(P<0.05),错误率无明显改变(P>0.05)。3.皮质下缺血性血管性认知损害患者功能区损害情况SIVCI患者主要激活双侧前扣带回、背外侧前额叶(额上回、额中回),腹内侧前额叶(额下回、岛叶)、后顶叶(顶下小叶)、中央前回、基底节区及枕叶视觉区。SIVCIND组脑激活部位计数与对照组无显著差异(χ2检验或Fisher精确检验,P>0.05);SIVD组在右侧基底节区激活计数少于对照组(χ2检验或Fisher精确检验,P<0.05)。脑功能区激活体积定量分析发现,SIVCIND组双侧背外侧前额叶(dosolateral prefrontal cortex, DLPFC),腹内侧前额叶(ventralateral prefrontal cortex, VLPFC)和右侧后顶叶激活体积显著大于对照组(两独立样本Mann-Whitney U检验,P<0.05),左侧后顶叶与对照组无显著差异(两独立样本Mann-Whitney U检验,P>0.05);SIVD组在双侧DLPFC、VLPFC、后顶叶激活体积显著小于对照组(两独立样本Mann-Whitney U检验,P<0.05)。4.侧性化及相关性分析SIVCIND组大脑激活部位计数及功能区激活体积无明显左右侧差异(χ2检验或Fisher精确检验,P>0.05;两独立样本Mann-Whitney U检验,P>0.05);SIVD组脑激活部位计数无明显左右侧差异(χ2检验或Fisher精确检验,P>0.05),左侧后顶叶激活体积显著大于右侧(两独立样本Mann-Whitney U检验,P<0.05),提示SIVD脑功能区存在侧性化。经pearson correlationSpearman等级相关分析,SIVCI组双侧DLPFC、VLPFC和后顶叶激活体积与MoCA总分、视空间与执行、注意分项得分明显相关(P<0.05)。双侧DLPFC和左侧VLPFC激活体积与语言分项评分明显相关(P<0.05);双侧DLPFC、双侧后顶叶激活体积与延迟回忆分项评分明显相关(P<0.05);右侧DLPFC、左侧VLPFC和右侧后顶叶激活体积与定向分项评分明显相关(P<0.05)。5.老年性认知损害患者行为学反应MCI组患者与年龄、性别、教育程度相匹配的对照组比较,反应时延长(P>0.05),漏报率增加(P<0.05);AD组患者与对照组比较,反应时延长(P<0.05),漏报率增加(P<0.05),错误率增高(P<0.05)。SIVCIND和MCI组相比组错误率(P>0.05)、漏报率(P>0.05)、反应时(P>0.05)相比均无显著差异。SIVD和AD相比错误率(P>0.05)、漏报率(P>0.05)、反应时(P>0.05)均无显著差异。6.老年性认知损害患者脑功能区损害情况MCI和AD患者主要激活双侧前扣带回、背外侧前额叶(额上回、额中回),腹内侧前额叶(额下回、岛叶),后顶叶(顶下小叶)、中央前回、基底节区及枕叶视觉区。MCI组脑激活部位计数与对照组无显著差异(χ2检验或Fisher精确检验,P>0.05),AD组在右侧基底节区计数少于对照组(χ2检验或Fisher精确检验,P<0.01)。脑功能区激活体积定量分析发现,MCI组在双侧DLPFC、双侧后顶叶激活体积明显大于对照组(两独立样本Mann-Whitney U检验,P<0.05),双侧VLPFC与对照组无显著差异(两独立样本Mann-Whitney U检验,P>0.05);AD组双侧DLPFC、VLPFC激活体积明显小于对照组(两独立样本Mann-Whitney U检验,P<0.01),双侧后顶叶与对照组无显著差异(两独立样本Mann-Whitney U检验,P>0.05)。侧性化分析表明,MCI、AD组双侧脑功能区激活部位计数无显著性差异(χ2检验或Fisher精确检验,P>0.05);MCI组左侧后顶叶激活体积显著大于右侧(两独立样本Mann-Whitney U检验,P<0.05);双侧DLPFC、VLPFC激活体积无显著差异(两独立样本Mann-Whitney U检验,P>0.05);AD组左侧VLPFC激活体积显著大于右侧(两独立样本Mann-Whitney U检验,P<0.05),双侧DLPFC、后顶叶激活体积无显著差异(两独立样本Mann-Whitney U检验,P>0.05)。7.两种不同认知损害的fMRI比较在大脑激活定位方面, MCI与SIVCIND组相比无显著差异(χ2检验或Fisher精确检验,P>0.05),AD与SIVD组相比无显著差异(χ2检验或Fisher精确检验,P>0.05);脑功能区激活体积定量分析方面,MCI与SIVCIND组相比无显著差异(两独立样本Mann-Whitney U检验,P>0.05),AD组双侧后顶叶激活体积大于SIVD组,有显著差异(两独立样本Mann-Whitney U检验,P<0.05),双侧DLPFC、VLPFC激活体积与SIVD组无显著性差异(两独立样本Mann-Whitney U检验,P>0.05)。提示fMRI对MCI与SIVCIND的鉴别无明显意义,但对AD与SIVD的鉴别有较大价值,主要鉴别指标为双侧后顶叶的激活体积和范围。结论1.总体认知功能评价研究发现皮质下缺血性血管性认知损害早期患者(SIVCIND)以执行、注意、语言、延迟回忆等认知损害较突出,而晚期患者(SIVD)主要表现执行、注意、语言、延迟回忆、抽象和定向等认知水平降低。2.计算机辅助Stroop操作研究发现,皮质下缺血性血管性认知损害早期患者(SIVCIND)和老年性认知损害早期患者(MCI)以漏报率增高、反应时延长为主要表现,而皮质下缺血性血管性认知损害晚期患者(SIVD)和阿尔茨海默病患者以漏报率增高、反应时延长、错误率增高为表现。但老年性认知损害和血管性认知损害配对患者的错误率、漏报率、反应时均无显著差异,提示它们不是鉴别两种不同认知损害的指标。3.注意和执行功能的脑功能区主要包括双侧前扣带回、DLPFC、VLPFC、后顶叶和基底节区。皮质下缺血性血管性认知损害早期(SIVCIND)脑功能区改变主要以双侧DLPFC、VLPFC代偿增加为主;晚期(SIVD)主要以右侧基底节区、双侧DLPFC、VLPFC、后顶叶全方位功能损害为主。SIVCI不同阶段具有不同的fMRI表现,fMRI对SIVCI的早期诊断具有较大的意义。4. SIVCIND大脑注意和执行功能区不存在侧性化;SIVD存在侧性化,右侧损害比左侧更加严重。SIVCI患者双侧DLPFC、VLPFC和后顶叶功能区激活体积与MoCA总分、视空间与执行、注意分项得分显著相关。提示Stroop任务操作中脑功能区的激活体积可较好的反映SIVCI患者的认知功能,功能磁共振是一种评价和反映SIVCI认知功能的良好的方法。5.老年性认知损害早期(MCI)脑功能区改变主要以双侧DLPFC、后顶叶代偿为主;晚期(AD)以右侧基底节区、双侧DLPFC、VLPFC功能损害为主。MCI和AD大脑均存在侧性化,MCI左侧半球代偿明显,AD右侧半球损害明显。6.MCI和SIVCIND脑功能区fMRI表现无显著差异, fMRI不能对两者进行鉴别。AD和SIVD具有不同的脑功能损害特征及fMRI表现,fMRI可以对其进行鉴别诊断,后顶叶的激活体积是两者的鉴别指标。