急性一氧化碳中毒是一种严重危害人类健康的疾病，常因防护不当或意外泄露而发生。大多数急性CO中毒患者经及时抢救和积极治疗可以痊愈，但也有约13%～50％病例经过2~ 60 d"假愈期"后出现迟发性脑病（delayed encephalopathy after acute carbon monoxide poisoning，DEACMP)^[1,2]，表现为突发精神意识障碍、锥体外系或锥体系异常的神经系统疾病^[3]。该病病程长、预后差、致残率极高，大大降低了患者的生活质量，亦给社会及家庭带来沉重负担，因此DEACMP的早期诊断和及时康复治疗对患者预后十分重要。但至今尚无可靠的指标来预测DEACMP的发生^[4,5] ，DEACMP的发病机制尚不明确，主要病理改变是大脑白质广泛脱髓鞘、双侧对称性苍白球缺血、坏死^[6]。近年来神经成像技术发展迅速为探索DEACMP的病理生理机制提供了新途径，其中血氧水平依赖的fMRI具有无创、重复性强、分辨率高、易操作等特点，成为脑功能研究的热点^[7]。独立成分分析（independent component analysis，ICA)是一种新的基于数据驱动的处理方法，无需先验假设，可从未知源信号的观测混合信号中分离出一系列相互独立的源信号^[8]，能有效去除噪声干扰，尤其适用于静息态功能连接网络分析^[9,10]。本研究拟在静息状态下分析DEACMP患者脑默认网络的功能连接异常变化，探讨迟发性脑病患者的脑损伤特征及可能机制，为急性CO中毒及DEACMP的病情评估和预后判断提供进一步的神经影像依据。

1　材料与方法

1.1　研究对象

       收集2016年1月至2019年1月在本院确诊的急性CO中毒并随后进展为DEACMP的患者22例，男10例，女12例，年龄22~ 70岁，平均年龄（47.23±11.41)岁。所有患者均符合《内科学》^[11]中的DEACMP诊断标准，并经颅脑常规MRI检查排除其他颅内病变。急性CO中毒患者均有不同长短的昏迷史，昏迷时间为2 h至15 d不等，患者意识恢复后，经过约2~ 60 d的"假愈期"，出现程度不一的神经精神症状，主要表现为痴呆谵妄、震颤麻痹、偏瘫癫痫等神经功能损害。另招募22名未接触过CO且无其他疾病的健康志愿者作为对照组。在所有受试者中进行HAMD-24、HAMA、MMSE评分测试。两组年龄、性别、教育年限等无显着差异(P>0.05)，研究对象的基本情况见表1。本研究获所有受试者知情同意。

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表1  受试者临床资料统计表
Tab. 1  General conditions of participants

1.2　检查方法

       采用德国西门子3.0 T磁共振扫描仪（Trio Tim 3.0 T)进行头部扫描，8通道头颅线圈。扫描时受试者保持清醒、闭眼、安静平卧于检查床，不执行特定的认知任务。序列参数如下：(1）首先行常规MR扫描以排除器质性病变；(2）使用自旋回波（spin echo，SE)脉冲序列获取T1解剖结构像；(3）静息态fMRI数据采用单次激发平面回波序列（echo planar imaging，EPI)：TR 2000 ms，TE 30 ms，翻转角90° ，FOV 200 mm×200 mm，矩阵64×64，体素大小3.0 mm×3.0 mm×4.0 mm，连续扫描30层，层距1.2 mm，层厚4 mm，扫描持续时间为8 min 6 s，共采集240个时相。

1.3　数据预处理

       在MATLAB7.8 (R2012)平台上使用静息态fMRI数据处理助手（Data Processing Assistant for Resting-State fMRI，DPARSFA) V2.1 (http://www.restfmri.net）对原始数据进行预处理，包括去除前10个时间点，时间层、头动校正（剔除平移>2.0 mm和旋转>2.0°的数据），配准到蒙特利尔神经学研究所（Montreal neurological institute，MNI）模板后将图像重采样为3 mm×3 mm× 3 mm，运用半高全宽（full width at half maximum，FWHM）为6 mm的高斯核进行空间平滑，以降低空间噪声并减少空间标准化过程所导致的误差。

1.4　独立成分分析

       运用GIFT^[12] (group ICA of fMRI toolbox）软件对预处理后的数据进行独立成分分析。具体步骤包括：首先使用主成分分析（principal component analysis，PCA)对该数据集进行降维；然后选择信息极大化(Infomax)算法，重复运算100次；再根据数据的成分及降维结果重建出被试各个独立成分的空间图谱和时间序列。将每个独立成分的体素强度进行z转化。参考既往研究，选择与文献报道相符合的默认网络为感兴趣静息态网络。

1.5　统计学分析

       采用统计参数图谱（Statistical Parametric Mapping，SPM12）进行统计学分析。对两组被试提取的感兴趣区静息态脑网络进行单样本t检验（FDR，voxel p of 0.001 and cluster p of 0.05.)，得到默认网络模板；然后在上述模板内使用双样本t检验（GRF，voxel p of 0.001 and cluster p of 0.01)，将年龄、性别和受教育年限作为协变量，从而得到DEACMP患者组与健康对照组之间的差异结果。

2　结果

2.1　人口学及量表特征

       DEACMP组和健康对照组在年龄、性别、受教育年限等人口学特征上差异均无统计学意义(P值均> 0.05)；患者组的HAMD-24评分为18.45±4.87，HAMA评分为26.77±4.98，MMSE评分为16.27±3.13 （表1)，表明DEACMP患者存在一定程度的认知功能障碍。

2.2 　ICA分析结果

       观察每个独立成分的空间拓扑图，去除明显的噪声、脑脊液等，选择默认网络为感兴趣静息态网络，提取出的脑区主要分布在前额叶内侧皮质、楔前叶、扣带回、双侧顶叶等（图1)。

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图1  DEACMP组与对照组共同进行ICA分析所分离的默认网络
图2  与对照组相比，DEACMP组默认网络中双侧额上回、双侧楔叶及左侧顶叶角回的功能连接增强
Fig. 1  The DMN separated by the ICA between the DEACMP group and the control group.
Fig. 2  Compared with the control group, the functional connections of DEACMP patients were higher in frontal sup medial, precuneus and angular left.

2.3　脑默认网络组间差异统计分析结果

       对静息态脑默认网络进行功能连接分析，观察两组间存在显著性差异的脑区。经过双样本t检验，与正常对照比较后，发现DEACMP组的默认网络内出现功能连接（functional connectivity，FC）显著增加的区域，主要涉及脑区为：双侧额上回、双侧楔叶及左侧顶叶角回，无明显功能连接减低脑区（表2，图2)。

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表2  DEACMP组与对照组间默认网络功能连接异常脑区
Tab. 2  Brain regions with different functional connections between DEACMP and control group

3　讨论

       大脑是生物结构和功能最复杂的器官，在脑空间上相互远离的两个脑区之间存在一定的时域相关性，且关联紧密，此为功能连接^[13]。DMN是近几年脑功能研究中最受关注和深入的静息态脑网络之一^[14]，目前已广泛应用于神经认知领域。2001年Raichle等^[15]在Mazoyer等^[16]研究的基础上首次提出了静息态脑默认网络概念，即所谓的静息状态下大脑部分脑区的代谢明显高于其他脑区，而在执行特定任务时去激活，这些脑区被认为是一个具有特定功能的高度有序的神经网络。近来研究发现，DMN不仅与内外环境监测、情景记忆的提取有关^[17,18]，还与认知功能的改变、情绪的处理等有密切关系^[19,20]。Greicius等^[21]通过应用功能连接的方法验证了默认网络各个脑区之间的连接关系，也证明了默认网络的存在；随后，Hutchison等^[22]和Dimitrova等^[23]学者借助独立成分分析方法成功获得与DMN最匹配的独立成分。本研究涉及的DMN脑区主要分布于大脑中线区域，包括内侧前额叶皮质、扣带回、楔前叶、双侧顶叶等脑区，与以往的研究基本一致^[22]。

       DEACMP临床特征是中枢神经系统损害为主，以神经精神症状复发为主要表现的广泛性脑功能障碍。常规影像学检查主要表现为侧脑室周围白质及半卵圆中心对称分布的CT低密度影，MR长T1、长T2信号影，FLAIR序列呈高信号，DWI弥散受限，部分皮层受累。有研究表明CO中毒会导致儿茶酚胺、谷氨酸^[24,25]等释放增多，从而导致脑白质脱髓鞘，脑室周围和深部白质尤为明显；同时刺激烟碱乙酰胆碱受体、激活磷脂酰肌醇-3-激酶（phosphatidylinosital-3-kinase，PI-3K)/Akt通路、抑制糖原合成激酶-3，导致海马和皮层神经元发生凋亡^[26]，并通过炎性反应扩张血管，进而低氧产生的自由基使血脑屏障破坏以及氧化代谢的损害引起脑细胞水肿。由此可见，大脑皮层灰质的损伤可能DEACMP患者临床症状的发生密切相关。

       本文基于fMRI数据，采用ICA方法对比探究了DEACMP患者静息状态下脑默认网络功能连接存在异常的脑区。结果发现，与正常者相比，ICA提取的DEACMP患者默认网络存在显著差异，主要表现为双侧额上回、双侧楔叶及左侧顶叶角回的功能连接增强。额叶是大脑进化最高级的部分，参与人类的社会认知活动并可动态调节情绪加工过程^[27]。额上回属于前额叶，前额叶皮层在人体大脑发育中成熟较晚，与焦虑等负面情绪调节和重新评价等高级功能密切相关；以往有研究认为在抑郁症等精神疾病中其活动也会发生异常^[28,29]。楔前叶是脑默认网络中静息态代谢率最高的去激活脑区，静息态时较其他脑皮层多消耗35％的葡萄糖，对缺氧较敏感^[30]。Dardo等^[31]证实了脑默认网络区域的葡萄糖摄取量和脑功能连接度呈指数关系，从侧面证实了高压氧治疗能够明显降低DEACMP的发病率、局部改善神经功能缺损症状。角回由围绕颞上沟末端的顶下小叶后部构成，顶下小叶作为默认网络中重要的组成部分，其功能涉及语义加工处理^[32]以及片段记忆提取等多个领域^[33]。角回是视觉性语言中枢（阅读中枢），与视觉记忆有密切关系，可以实现视觉和听觉跨通道联合。DEACMP患者由于大脑皮层变性坏死、脑白质髓鞘脱失，致使皮层传入信息减少，而产生的神经细胞继发性变性。上述脑区异常功能连接可能与代偿性有氧代谢增强有关，说明其在脑功能网络中的重要性增加，同时表示这些区域在脑损伤后神经康复一定时间内发挥积极作用。

       本研究存在一定的局限性。首先，本研究仅进行了横向研究，未来纵向研究应该更进一步对不同时期的CO中毒患者的数据进行分析，这将利于揭示疾病的病理生理进展。其次，本研究样本量相对较小，统计结果可能存在偏差。最后，CO主要引起白质脱髓鞘性改变，白质纤维束完整性损伤不能完全通过功能指标变化来反映，需要结合其他磁共振序列如弥散张量成像进行互补研究。

       综上所述，DEACMP患者的默认网络发生了较大的变化，功能连接增强的脑区涉及额叶、楔叶和顶叶，推测这些脑区脑功能发生了代偿，会依据客观环境变化而作出适应性的调节，最终引起静息态脑默认模式功能连接的异常。本研究为进一步认识DEACMP患者情感、认知障碍的神经影像学机制提供了新的视角，关于静息态默认脑功能网络的更确切的生理意义以及疾病状态下异常网络功能连接与病理相关性需要进一步探索。