0 前言

       阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征（obstructive sleep apnea-hypopnea syndrome, OSAHS）是一种主要与认知功能损害相关的睡眠障碍，影响注意力、记忆力、执行功能和视觉空间能力等多方面。目前全球近10亿人患有OSAHS，我国患病人数位居首位^[1]。最近有研究表明OSAHS是阿尔茨海默病（Alzheimer's disease, AD）的重要危险因素^[2]。此外，由于白天嗜睡和注意力分散，OSAHS患者交通事故发生频次较高^[3]。OSAHS引起的认知功能损害严重影响了患者的生命健康，然而其发生机制尚未得到证实。

       静息态功能磁共振成像（resting-state functional magnetic resonance imaging, rs-fMRI）根据脑血氧水平即可无创且敏感地揭示大脑皮层的异常自发活动，应用前景广阔。既往rs-fMRI研究表明OSAHS患者存在多个脑区功能异常以及中枢神经重组^{[4, 5, 6]}，但关于OSAHS患者认知损害的确切神经机制尚无定论。镜像同伦连接（voxel-mirrored homotopic connectivity, VMHC）是一种基于静息态功能连接（functional connection, FC）技术的新方法，通过量化两半球对称脑区间自发神经活动的同步性，可以反映两半球间信息交流及整合模式。VMHC在AD、抑郁症、精神分裂症等认知疾病和精神疾病中应用广泛^{[7, 8, 9]}，而在OSAHS及其认知障碍中的研究非常少见^[10]。基于此，本研究拟采用VMHC方法探讨OSAHS患者的脑功能改变，并进一步探讨其与认知状态之间的关系，旨在为OSAHS的发生机制及认知损害的神经机制探索提供影像学依据。

1 材料与方法

1.1 研究对象

       前瞻性招募2020年9月至2021年9月于苏州大学附属第二医院睡眠中心行多导睡眠图（polysomnography, PSG）监测的被试135例，其中20例因头动过大或存在颅脑病变而被剔除，最终纳入115例。以AHI=15次/h为界值，将68例中或重度被试归为OSAHS组[AHI=（46.32±21.39）次/h]及47例正常或轻度被试归为对照组[AHI=（5.94±4.07）次/h]。本研究所有被试（包括OSAHS组和对照组）纳入标准：（1）男性，右利手；（2）年龄20～65岁；（3）行整夜多导睡眠监测（AHI＞15次/h归为OSAHS组，AHI≤15次/h归为对照组），且临床资料及磁共振数据完整；（4）所有OSAHS患者均为首次确诊，未接受药物、手术及呼吸机治疗。排除标准：（1）存在其他睡眠障碍性疾病（如失眠）；（2）存在中枢神经系统疾病（如脑肿瘤、脑外伤、脑卒中、癫痫等）；（3）存在神经退行性疾病（如阿尔茨海默病、帕金森病等）及精神疾病（如焦虑、抑郁等）；（4）存在长期烟酒及药物依赖；（5）磁共振扫描期间因头动过大致磁共振图像不符合要求者。本研究经苏州大学附属第二医院伦理委员会批准（批准文号：JD-LK-2018-004-02），且遵守《赫尔辛基宣言》。所有被试均签署知情同意书。

1.2 PSG监测

       采用Sandman Elit多导睡眠监测仪（Compumedice E系列，澳大利亚）。PSG监测均在磁共振扫描前1～2周完成，且监测时间不少于7 h。要求检查前24 h内禁止饮酒、浓茶、咖啡及服用镇静催眠药物。记录AHI、最低SaO2、ODI、SIT90等指标。

1.3 神经认知评估

       采用剑桥神经心理自动化成套测试。这是一种涵盖多个认知领域的自动化评估方法，其在评估成年人的脑行为关系中已经得到了广泛的验证^{[11, 12]}。本研究采用三项子测试，包括：空间再认记忆（spatial recognition memory, SRM）、空间广度（space span, SSP）和空间工作记忆（spatial working memory, SWM），分别评估被试者视觉记忆、工作记忆和执行功能情况。与传统的纸质认知量表相比，它有如下优势：（1）基于非语言性任务操作，不受语言及学历差异的影响；（2）所有测试分数均由计算机自动生成，具有较高的准确性、敏感度及特异度。

1.4 数据采集

       采用3.0 T 磁共振扫描仪（Siemens, Prisma，德国）和配备的64通道头部线圈进行rs-fMRI图像采集。所有被试者均被要求平躺、闭眼，保持放松清醒，避免思考。rs-fMRI采用梯度回波-回波平面成像序列，扫描参数：TR 1240 ms，TE 32 ms，FOV 215 mm×215 mm，翻转角67°，矩阵86×86，层数57，层厚2.5 mm，层间距0 mm，扫描时间6 min 24 s，共采集300个时相。三维矢状面高分辨率结构像采用快速梯度回波序列，扫描参数为：TR 2300 ms，TE 2.34 ms，FOV 256 mm×256 mm，翻转角8°，矩阵256×256，层厚1.0 mm，层间距0 mm，体素1 mm×1 mm×1 mm，扫描时间3 min 54 s，共采集240幅图像。所有被试均行轴位液体衰减反转恢复序列扫描以排除颅脑病变。所有被试在扫描完成后均被询问整个检查过程中是否入睡，本研究仅纳入未入睡的被试。

1.5 rs-fMRI数据预处理及VMHC计算

       基于Statistical Parametric Mapping（SPM12，http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm）的Data Processing & Analysis of Brain Imaging（DPABI_V6.0，http://www.rfmri.org/dpabi）软件包对rs-fMRI数据进行下述预处理：（1）去除前10个时间点；（2）时间层校正；（3）头动校正，剔除三个方向上（x，y和z轴）平移＞2 mm或转动＞2°或平均帧位移（mean frame-wise displacement, FD）＞0.2的被试；（4）配准、空间标准化，先将功能像配准到高分辨T1WI图像上，然后再配准至标准蒙特利尔标准空间坐标系统（montreal neurological institute, MNI）（3×3×3 mm³）；（5）空间平滑，使用6 mm全宽半高高斯核进行空间平滑；（6）去除协变量，回归24个头动参数、脑白质和脑脊液等信号；（7）去线性漂移；（8）滤波，采用0.01～0.08 Hz进行滤波；（9）VMHC计算，计算大脑半球间每对镜像体素时间序列之间的皮尔逊相关系数，然后通过Fisher-z变换得到VMHC的z图谱。

1.6 统计分析

       人口学及临床数据使用SPSS 26.0软件分析，本研究所有资料均为计量资料，满足正态分布的变量采用双样本t检验，以均值±标准差表示，非正态分布的变量采用非参数检验，以中位数（四分位间距）表示。采用DPABI统计模块对两组被试的全脑VMHC图进行双样本t检验，将年龄、受教育年限、BMI及平均FD值作为协变量，统计结果采用GRF校正（体素水平P＜0.001，团块水平P＜0.05，双尾）。最后，提取异常脑区的VMHC值，与PSG指标和剑桥认知指标进行偏相关分析，以年龄、受教育年限及BMI为控制变量。

2 结果

2.1 人口学及临床资料

       OSAHS组与对照组的人口学、PSG结果及剑桥认知结果见表1。

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表1  OSAHS组与对照组人口学及临床资料
Tab. 1  Demographic and clinical characteristics of OSAHS group and control group

2.2 VMHC结果

       与对照组相比，OSAHS组在双侧后扣带回、岛叶和颞上回的VMHC值显著升高（GRF校正，体素水平P＜0.001，团块水平P＜0.05，双尾）（图1，表2），未发现VMHC值显著降低的脑区。

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图1  OSAHS组与对照组VMHC值差异比较图，红色代表VMHC值增高脑区。OSAHS：阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征；VMHC：镜像同伦连接。
Fig. 1  Differences in VMHC values between OSAHS group and control group. Red indicates the significance of higher VMHC values for the group comparisons. OSAHS: obstructive sleep apnea-hypopnea syndrome; VMHC: voxel-mirrored homotopic connectivity.

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表2  OSAHS组较对照组VMHC值增高的脑区
Tab. 2  The brain regions with increased VMHC value in OSAHS group compared with control group

2.3 偏相关分析结果

       后扣带回和岛叶的VMHC值与SRM选择时间呈正相关（r=0.318，P=0.010；r=0.437，P＜0.001）（图2，图3）。未发现任何异常脑区的VMHC值与SRM正确率、SSP、SSP反应时间、SWM总错误数及SWM完成总时间存在相关性。未发现任何异常脑区的VMHC值与PSG指标间存在相关性。

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图2  后扣带回VMHC值与SRM选择时间的偏相关分析。
图3  岛叶VMHC值与SRM选择时间的偏相关分析。VMHC：镜像同伦连接；SRM：空间再认记忆。
Fig. 2  Partial correlation analysis between VMHC value in posterior cingulate cortex and the selection time of SRM.
Fig. 3  Partial correlation analysis between VMHC value in insular and the selection time of SRM. VMHC: voxel-mirrored homotopic connectivity; SRM: spatial recognition memory.

3 讨论

       静息状态下，OSAHS患者存在广泛脑区功能异常，而基于VMHC方法的研究却非常少见。并且，以往研究大多采用的是传统的纸质量表，这对患者认知损害的评估可能不够精确及敏感。本研究基于VMHC分析及先进的剑桥认知评估发现，与对照组相比，OSAHS患者双侧后扣带回、岛叶和颞上回的VMHC值显著增加，并且后扣带回和岛叶的VMHC值均与SRM选择时间呈正相关。以上发现为OSAHS的发生机制及认知损害的神经机制探索提供了影像学依据。

3.1 VMHC增强的适应性代偿机制

       本研究发现OSAHS患者存在多个脑区的VMHC值显著增加，而未发现VMHC值显著降低的脑区。VMHC值增加意味着相应脑区半球间FC增强，连接更加紧密。之前仅有的一项VMHC研究针对29名OSAHS患者和20名正常对照，同样发现了患者部分脑区的VMHC值显著增加^[10]。CABEZA等^[13]提出脑区过度激活是一种补偿机制，且与认知表现呈正相关。再结合既往结构及fMRI研究均有发现OSAHS患者部分脑区的皮层厚度增加或功能活动增强的现象^{[14, 15, 16]}，我们推测VMHC增强可能也是一种适应性代偿反应，即大脑试图通过加强与自身对称脑区的联系以维持正常的功能。事实上，代偿现象在睡眠研究中常有报道，例如，ZHU等^[17]研究证实睡眠剥夺后多个脑区的VMHC值显著增加，该研究同样认为这可能是大脑的一种功能代偿，即大脑通过加强半球间的FC来维持睡眠剥夺后低唤醒时的认知能力。

3.2 OSAHS组在双侧后扣带回同伦连接增强

       本研究通过剑桥神经认知测试发现，OSAHS患者SRM正确率明显减低，SSP反应时间和SWM完成总时间明显增加，这表明OSAHS患者涉及多个领域的认知损害，包括视觉记忆、工作记忆和执行功能方面。此前OSAHS相关的认知损害也频繁被报道，目前认为间歇性缺氧和睡眠片段化可能是主要原因，但其确切神经机制尚不清楚^[18]。本研究发现OSAHS患者双侧后扣带回的VMHC值显著高于对照组，既往多个研究已证实OSAHS患者后扣带回灰质体积减小、白质完整性破坏和功能活动异常^{[19, 20, 21, 22]}，均在一定程度上支持本研究的结果。后扣带回作为默认网络（default mode network, DMN）的关键节点，在支持内部导向认知、调节注意焦点和记忆提取过程中扮演重要作用^[23]。有学者采用种子点FC方法发现OSAHS患者后扣带回与多个脑区间存在FC异常，提示后扣带回的网络枢纽作用被破坏，推测这可能进一步导致疾病加重和认知功能受损^[21]。本研究结果显示双侧后扣带回的VMHC值与SRM选择时间呈正相关，笔者推测后扣带回的半球间协调障碍可能与OSAHS患者的视觉记忆损害密切相关。类似研究也发现OSAHS患者两侧后扣带回的功能活动异常，并且与认知评分显著相关^[22]。遗憾的是，本研究并未发现异常脑区的VMHC值与反映工作记忆（SSP、SSP反映时间）和执行功能（SWM总错误数、SWM完成总时间）的认知指标间存在显著相关性，我们推测样本量相对较小可能是原因之一；另一方面，OSAHS患者的认知功能可能在一定程度上存在代偿空间。众所周知，AD的认知能力下降与tau病理密切相关，最近有文献指出睡眠障碍也与tau病理有关，睡眠异常被认为是AD病理和认知损害的潜在风险因素^[24]。同时以往研究表明以后扣带回为核心的默认网络功能异常被认为是AD的重要发病机制^[25]，我们推测OSAHS可能与AD具有类似的神经机制，双侧后扣带回的功能异常在OSAHS患者认知功能损害的发生过程中可能具有重要意义。

3.3 OSAHS组在双侧岛叶和颞上回同伦连接增强

       最初认为岛叶与情感体验、疼痛和感觉运动有关，作为突显网络的重要区域，近年来越来越多的研究证实岛叶还参与高级认知和决策过程。既往研究报道OSAHS患者表现为岛叶皮层厚度、灰质密度下降^{[19, 26]}，提示岛叶是一个脆弱且敏感的脑区。本研究结果显示双侧岛叶VMHC异常，偏相关分析进一步发现其与SRM选择时间呈正相关，表明岛叶可能参与了OSAHS患者的认知功能损害过程。与本研究结果相似，有学者发现OSAHS患者右岛叶和DMN之间的静息态FC异常，并且与工作记忆显著相关^[6]。此外，还有研究采用磁共振波谱技术发现OSAHS患者存在岛叶代谢产物异常，提示岛叶的神经元损伤，同时指出这可能是OSAHS患者产生焦虑、抑郁的原因^[27]。最后，本研究还发现了颞上回的VMHC异常。颞叶主要负责调控记忆、情感和听觉等高级神经活动，其中颞上回与认知和记忆有关。以往研究发现OSAHS患者存在颞上回ALFF值及Reho值减低，提示颞上回功能受损^{[28, 29]}。LI等^[30]对21名中重度OSAHS患者持续气道正压通气（continuous positive airway pressure, CPAP）治疗前后进行对比研究，发现基线时OSAHS患者颞上回ReHo值较正常对照者减低，经CPAP治疗后这种情况可逆转，表明颞上回在OSAHS的发病机制中可能具有重要作用，这与本研究结果相一致。

3.4 研究的不足及展望

       本研究尚存在以下不足：首先，由于OSAHS在广大人群中较高的发病率，本研究在执行过程中AHI值正常者的招募存在一定困难（共21例），为了增大样本量及统计力度，本研究参照以往文献^[31]将轻度OSAHS患者和AHI值正常者一起纳入了对照组，中重度OSAHS患者归为患者组，尽管如此，两组间AHI仍存在显著差异，因此本研究认为该分组方式能够反映OSAHS的致病机制。其次，本研究中对照组受教育年限略高于OSAHS组，尽管我们将受教育年限作为协变量纳入统计模型，但是受教育年限可能仍对结果存在影响，后续我们将继续扩大AHI值正常者的招募来完善匹配研究。

4 结论

       综上所述，本研究通过VMHC分析发现OSAHS患者表现为特定脑区（后扣带回、岛叶和颞上回）的半球间FC增强，并与认知功能损害存在一定的相关性，这可能有助于了解OSAHS的发生机制及OSAHS导致认知损害的潜在神经影像学机制。