帕金森病（Parkinson's disease，PD）是一种常见的中枢神经系统退行性疾病。其主要临床症状与运动缺陷有关，包括静止性震颤、肌张力增高、运动迟缓和姿势反射障碍；PD的非运动症状主要包括认知障碍、精神心理症状（焦虑、抑郁）、嗅觉减退、睡眠障碍和自主神经功能紊乱等^[1]。PD的主要病理改变是黑质多巴胺能神经元进行性变性、缺失，黑质纹状体环路变性，而致纹状体直接通路抑制，间接通路去抑制，从而导致纹状体-丘脑-皮质环路功能异常。基于该主要病理机制，对PD的影像学研究多集中于对黑质致密带的测量、黑质体积测量以及黑质铁沉积的相关测定^[2]。有相关病理研究证实，PD病变并不局限在黑质，而是随着疾病进展逐渐向边缘系统以及广泛新皮层等多个脑区发展，局部神经元内路易小体形成、聚积，神经元坏死、缺失，继而导致相应脑区功能异常^[3]。十余年来，随着脑功能成像技术的发展，血氧水平依赖的功能MRI（BOLD-fMRI）被广泛应用于PD脑功能的研究中。以往对PD的fMRI研究多集中于任务态^[4,5,6]。近年来，对PD的静息态脑功能研究逐渐成为热点。笔者应用BOLD-fMRI技术，通过较大样本量的研究，探索静息状态下PD患者脑功能可能存在的异常。

1　材料与方法

1.1　研究对象

       选取2012年12月至2014年3月在北京医院就诊的符合英国帕金森病学会脑库帕金森病临床诊断标准的原发性帕金森病患者。共入组68名PD患者，均为右利手，其中男34例，女34例，年龄48~81岁，平均（64.63±9.43）岁。2013年4月至2014年3月从社区招募健康志愿者。共入组36名正常受试者，均为右利手，其中男18例，女18例，年龄50~80岁，平均（62.50±7.15）岁。PD组与正常对照组两组间年龄、性别无统计学差异（P>0.05）。

       在实验前对所有参与本研究的受试者进行告知，讲解本研究的目的、流程以及参加本研究的获益、风险和可能造成的不适等，并签署知情同意书。

1.2　成像设备及方法

       采用Philips Achieva TX 3.0 T MR成像系统，8通道高分辨头颅线圈。所有受试者均行矢状面3D高分辨率T1WI结构像（TR 7.4 ms，TE 3.0 ms，层厚1.2 mm，间隔0，层数140层）以及轴面静息态功能像（采用FE-EPI序列，TR 3000 ms，TE 35 ms，反转角90°，FOV 240 mm×240 mm，矩阵64×64，层厚4 mm，间隔0，层数33层，时间点：210）扫描。PD患者在MR扫描前停用所有抗帕金森病药物12 h以上。

1.3　数据后处理及统计分析方法

       应用基于Matlab2012平台的静息态MRI数据处理助手（data processing assistant for resting-state fMRI，DPARSF V2.0）和静息态功能MRI数据分析处理工具包（resting-state fMRI data analysis Toolkit V1.8，REST V1.8）对图像数据进行处理和分析。经过图像格式转换、时间层校正、头动校正、空间标准化、空间平滑、去漂移、滤波、傅里叶变换等一系列图像后处理步骤，得到脑功能低频振荡幅度（ALFF）值，为了减少受试者的个体差异，将每个体素的ALFF值除以相应受试者全脑ALFF均值，从而获得标准化的ALFF值（mALFF）以及基于mALFF值的统计参数图。

       采用基于Matlab2012平台的REST工具包中独立样本t检验方法，以正常对照组与PD组受试者年龄、性别、灰质体积作为协变量，用回归的方法去除上述因素可能造成的影响，并以3D高分辨率T1WI结构像的灰白质分割创建全脑灰质mask，只在灰质范围内分析正常对照组与PD组mALFF统计图的差异。统计结果运用AlphaSim校正方法，与相应t检验的显著性匹配，生成相应独立样本t检验结果统计图，再利用REST工具包里Viewer软件显示结果。

2　结果

2.1　PD组与正常对照组静息态mALFF统计图的差异

       在P<0.05水平，与正常对照组比较，PD组在双侧辅助运动区、中后扣带回、楔前叶、海马、海马旁回、外侧苍白球、背侧丘脑、小脑前叶以及右侧局部初级运动皮层、岛叶、尾状核、壳核、小脑后叶等广泛区域mALFF值显著减低；与正常对照组比较，PD组在双侧前额叶、顶叶及颞叶的广泛外侧皮层、左侧枕叶初级视觉皮层等区域mALFF值显著增高（表1，图1）。在P<0.01水平，与正常对照组比较，PD组在双侧辅助运动区、中后扣带回、楔前叶、海马、背侧丘脑、小脑前叶以及右侧岛叶、海马旁回等区域mALFF值非常显著地减低；与正常对照组比较，PD组在左侧额中回、额下回、颞上回、颞中回、颞下回等区域mALFF值非常显著地增高（表2，图2）。

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图1  PD组与正常对照组静息态mALFF统计差异图（簇体积>121，P<0.05（AlphaSim校正），红色区域代表PD组mALFF较正常对照组减低区域，蓝色代表增高区域）
图2  PD组与正常对照组静息态mALFF统计差异图(簇体积>157，P<0.01(AlphaSim校正)，红色区域代表PD组mALFF较正常对照组减低区域，蓝色代表增高区域)
Fig. 1  Resting-state mALFF statistical difference between PD group and normal control group (cluster volume >121, P<0.05(AlphaSim correction), red represents the mALFF is lower in PD group than in normal control group, blue represents the mALFF is higher in PD group than in normal control group).
Fig. 2  Resting-state mALFF statistical difference between PD group and normal control group (cluster volume >157, P<0.01 (AlphaSim correction), red represents the mALFF is lower in PD group than in normal control group, blue represents the mALFF is higher in PD group than in normal control group)

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表1  PD组与正常对照组静息态mALFF统计差异图的簇体积>121时的统计结果
Tab. 1  Statistical results of resting-state mALFF statistical difference between PD group and normal control group when cluster volume is more than 121

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表2  PD组与正常对照组静息态mALFF统计差异图的簇体积>157时的统计结果
Tab. 2  Statistical results of resting-state mALFF statistical difference between PD group and normal control group when cluster volume is more than 157

3　讨论

       静息态是指受试者保持不动、闭眼、不进行任何主动思维的平静的觉醒状态。BOLD-fMRI的基本原理是：血液中的氧合血红蛋白具有轻度反磁性，可延长相应组织的T2或T2^*值；而脱氧血红蛋白具有顺磁性，可缩短相应组织的T2或T2^*值。当大脑某区域神经元活动增强时，邻近血管床的血流量和血容量增加，相应区域氧合血红蛋白含量增加，并超过该区域因脑组织耗氧量增加所致脱氧血红蛋白含量增加的程度，导致氧合血红蛋白与脱氧血红蛋白的比例增高，相应区域组织在T2WI或T2^*WI上信号强度增高，从而获得相应激活脑区的数据及影像^[7]。

       低频振幅(ALFF)作为BOLD信号，由Biswal等^[8]于1995年首次发现，其频率位于0.01~0.08 Hz，可以排除心跳、呼吸等干扰，反映脑静息态神经活动。标准化的ALFF值（mALFF），是将每个体素的ALFF值除以相应受试者全脑ALFF均值而得出的值，用其代表脑组织活动的BOLD信号，能减少受试者的个体差异所带来的影响，被证明是评估PD的有效工具^[9,10]。ALFF、mALFF值的增加代表相应脑区神经元活动增强；反之，则代表相应脑区神经元活动减弱。

       辅助运动区（SMA）位于大脑半球内侧面、初级运动皮层前方，与运动的计划和学习、认知功能密切相关^[11]。SMA通过丘脑连接基底节，形成纹状体-丘脑-皮质环路(STC loop)。研究表明，PD的主要发病机制是该环路的损害^[12]。具体而言，纹状体-丘脑-皮质环路中又包括纹状体直接通路与间接通路。直接通路是指从大脑皮层的广泛区域到新纹状体（尾状核和壳核），兴奋新纹状体，再由新纹状体发出纤维经苍白球内侧部接替后，到达丘脑腹前核和腹外侧核，最后返回SMA的通路。因为从新纹状体到苍白球内侧部以及从苍白球内侧部再到丘脑的纤维都是抑制性的，从丘脑投射到SMA的纤维是兴奋性的。所以，当新纹状体活动增加时，丘脑和SMA的活动增加，这种现象称为去抑制。间接通路是指在上述直接通路中的新纹状体与苍白球内侧部之间插入苍白球外侧部和丘脑底核两个中间接替过程的通路。由于在间接通路中，新纹状体到苍白球外侧部和苍白球外侧部到丘脑底核的纤维都是抑制性的。所以，当新纹状体活动增加时，丘脑底核的活动增加，即去抑制。而丘脑底核到达苍白球内侧部的纤维则为兴奋性的，最终导致丘脑腹前核和腹外侧核以及SMA的活动减少。综上所述，间接通路可拮抗直接通路对丘脑和SMA的兴奋作用。PD患者黑质多巴胺能神经元缺失，黑质-纹状体通路变性，新纹状体多巴胺D2受体激活减弱，从而使直接通路活动减弱，间接通路活动增强，导致丘脑腹前核和腹外侧核以及SMA的激活减低，出现PD相关运动症状。

       SMA与运动的计划和学习、认知功能关系密切。笔者在本研究中发现，静息态PD患者在双侧SMA、外侧苍白球、背侧丘脑以及右侧尾状核、壳核这些区域神经元活动较正常对照组显著减低(P<0.05)，其中，在双侧SMA和背侧丘脑尤为显著(P<0.01)。这与Wu等^[13]的PD静息态研究结果具有很好的一致性。如前所述，在纹状体-丘脑-皮质环路中，外侧苍白球神经元活动减弱，能最终导致丘脑腹前核和腹外侧核以及SMA的神经元活动减弱。而尾状核、壳核神经元活动减弱，经直接通路至内侧苍白球的刺激减少，亦能减少对内侧苍白球的抑制作用，内侧苍白球过度抑制丘脑腹前核和腹外侧核，导致丘脑腹前核和腹外侧核以及SMA的神经元活动减弱。在这方面，本研究结果与该理论基本吻合。SMA活动的减弱亦能对PD患者运动相关症状和认知障碍做出很好的解释。

       Raichle等^[14]于2001年研究发现人脑在静息态下存在一系列自发的、有组织的脑功能活动，从而提出了脑静息态默认网络的概念，并认为该网络与机体对周围环境和自身内部状态的监测、情景记忆的提取、情绪的加工以及认知过程相关。研究发现，脑静息态默认网络损害可能会导致认知障碍与一些精神神经症状，许多神经精神疾病，如精神分裂症、自闭症等，与脑静息态默认网络紊乱有关^[15]。在脑默认网络中，有研究证实后扣带回与楔前叶是该网络的关键节点^{[14, 16,17]}。本研究结果显示，静息态PD患者在双侧后扣带回与楔前叶这两个脑默认网络关键节点的神经元活动较正常对照组均有非常显著的减低(P<0.01)。这与先前国内外的一些研究结果具有较好的一致性^[18,19]。He等^[20]对阿尔茨海默病（Alzheimer's disease, AD）的fMRI研究发现，AD患者后扣带回与楔前叶的神经元活动局部一致性(ReHo)以及后扣带回的ALFF值均较正常对照组显著减低，提示认知功能的改变能引起相应默认网络关键节点的脑功能改变。本研究发现PD患者静息态默认网络关键节点——后扣带回和楔前叶的神经元活动减弱，能对PD患者可能存在的非运动症状——认知障碍和精神神经症状做出一定的解释。

       边缘系统与嗅觉、内脏活动的调节以及情绪反应密切相关，它由边缘叶（包括隔区、扣带回、海马、海马旁回和齿状回等）及其他有关的皮质和皮质下结构如杏仁体、下丘脑、上丘脑、背侧丘脑和中脑背盖等共同组成^[21]。海马和海马旁回还与学习和记忆功能相关。Han等^[22]的静息态fMRI研究结果表明，轻度认知功能障碍的患者，其海马与海马旁回ALFF值就已较正常对照组显著减低。另外，岛叶亦与内脏感觉等自主神经功能有关^[21]。笔者发现，PD患者双侧海马、中后扣带回、背侧丘脑与右侧海马旁回等边缘系统结构以及右侧岛叶的mALFF值较正常对照组减低，并具有非常显著的统计学意义(P<0.01)。这可能成为PD患者存在一定程度的认知障碍、嗅觉减退、精神心理症状（焦虑、抑郁）以及自主神经功能紊乱的神经影像学证据。

       在本研究中笔者发现，与正常对照组比较，PD组在双侧前额叶、顶叶及颞叶的广泛外侧皮层等区域mALFF值显著增高(P<0.05)，提示PD患者在静息态下这些脑区神经元活动兴奋性增高。这不但与先前一些学者的静息态fMRI研究结果相似^[23]，还与不少学者对PD患者执行简单的运动任务、感觉-运动整合任务等任务态fMRI研究的结果具有较好的一致性^[24,25]。大多数学者将这种现象解释为PD患者相应脑组织对其他神经功能缺陷脑区的代偿。Wu等^[26]认为PD患者纹状体-丘脑-皮质通路损害需要更多的运动功能区脑组织活动来代偿，以减轻自主活动障碍。刘波等^[23]指出，由于PD患者纹状体-额叶投射功能减低，由前额叶、顶叶和颞叶等区域代偿将功能减低的纹状体-丘脑-SMA环路转到相对完好的颞叶一侧运动前区环路，进而帮助患者完成复杂的运动。笔者认为，PD患者存在双侧前额叶、顶叶及颞叶的广泛神经元兴奋性增高，有可能是对纹状体-丘脑-SMA通路活性减低的一种代偿。因为皮质-纹状体-丘脑-皮质环路虽然最终是激活SMA达到对运动的调节和整合作用，但最初发出指令的不仅仅是SMA，还包括中央前回、前额叶、顶叶的一些运动和感觉分区。所以，SMA激活降低将导致这些运动和感觉分区不断对新纹状体发出指令，从而导致这些区域神经元活动性增高。这与Wu等^[26]的观点一致。

       另外，笔者还发现，与正常对照组比较，PD组在左侧枕叶初级视觉皮层的mALFF值显著增高(P<0.05)。枕叶视觉皮层是人脑的视觉中枢，与视觉信息的整合处理相关^[26]。Helmich等^[27]对PD患者的图像-运动整合任务的任务态fMRI研究结果显示，PD患者产生运动计划时，其枕叶初级视觉皮层神经元兴奋性显著高于正常对照组，意味着PD患者在产生运动计划时需要增加对视觉的依赖，即代偿表现。我们虽然研究的是静息态PD患者脑fMRI表现，但亦发现PD患者枕叶初级视觉皮层神经元活动兴奋性增高这一现象。这不排除是因为部分受试者（包括PD患者和正常对照组）没有严格遵守医嘱，在扫描过程中睁眼，可能因PD患者产生了视觉区的代偿，所以导致PD组视觉区神经元兴奋性显著高于正常对照组。但考虑到本研究样本量较大，笔者认为这种原因可能性较低。即更倾向于认为静息态PD患者就可能存在枕叶视觉区的代偿现象。

       众所周知，小脑的功能包括维持身体平衡、调节运动、调节肌张力以及对肢体精细运动的起始、计划和协调^[21]。大脑皮层运动和感觉分区发出纤维经脑桥核中继进入对侧小脑新皮质，经信息接收整合后，传出纤维经小脑齿状核接替后，经小脑上脚交叉到对侧，终止于对侧丘脑腹外侧核，再投射到大脑皮质运动区，形成小脑-丘脑-皮质环路（CTC loop）^[28]。SMA是该环路的关键节点。有一些研究显示，PD患者静息态或任务态小脑活动性较正常对照组显著增高^[4,18]，并认为是对纹状体-丘脑-皮质环路功能减退的代偿。本研究结果显示，与正常对照组比较，PD患者双侧小脑前叶以及右侧小脑后叶的活动性显著减低(P<0.05)，而在双侧小脑前叶的活动性减低甚至有非常显著的统计学意义(P<0.01)，与这些先前研究结果存在较大分歧。刘虎等^[18]对静息态PD患者的研究结果显示，虽然PD患者在双侧小脑前叶神经元活动性显著高于正常对照组，但在左侧小脑后叶却显著低于正常对照组，提出PD患者运动功能受损有可能与新小脑受累有关的解释。除此之外，考虑到样本量为68的PD组里，有45例中后期PD患者，部分患者经过长期的病程，小脑-丘脑-皮质环路可能存在一定的失代偿，导致在静息态下小脑神经元活动性减低，从而得出上述研究结果。

       总之，本研究应用BOLD-fMRI技术对较大样本量的PD患者的静息态脑功能进行探索，发现了较多有价值的结果，找到了一些PD患者运动、非运动症状的静息态fMRI影像学依据，对未来进一步研究做出了一些启示。