目的:人腦頂葉是高度進化相關(guān)的區(qū)域,與其他非人靈長類動物的解剖差異較大,在人類學(xué)習(xí)記憶、空間感知、語言聽力等高級認知功能中發(fā)揮重要作用。人腦高級功能的執(zhí)行并不是由某個腦區(qū)獨立完成,而是需要幾個功能不同的腦區(qū)相互協(xié)作。各個腦區(qū)之間能夠相互協(xié)作的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)是白質(zhì)纖維束,它由神經(jīng)細胞軸突組成,將不同腦區(qū)的信息進行傳輸、整合,被譽為人腦中的“高速公路”。纖維束示蹤技術(shù)是目前腦白質(zhì)研究的“金標(biāo)準(zhǔn)”,研究者在活體非人高等靈長類動物中應(yīng)用該技術(shù)能準(zhǔn)確判斷纖維束的方向和皮層的終止區(qū)域。不過由于倫理問題,纖維束示蹤技術(shù)并不能應(yīng)用于人類大腦的研究,研究者們根據(jù)其他高等靈長類動物的研究結(jié)果通過類比推測人腦中對應(yīng)纖維束的解剖信息。既往研究結(jié)果表明,隨著進化的發(fā)展,與其他高等靈長類動物相比,人腦發(fā)生了較大的變化,尤其是與語言、情感相關(guān)的纖維束,因此,繼續(xù)根據(jù)猴腦的研究結(jié)果類比可能會導(dǎo)致錯誤的結(jié)果。近年來彌散張量成像(Diffusion Tensor Imaging,DTI)技術(shù)的應(yīng)用使在體研究人腦白質(zhì)纖維束成為可能。不過受到數(shù)據(jù)采集方式、分辨率以及追蹤算法的限制,DTI技術(shù)不能解決纖維交叉、纖維束起止點的問題,并且容易產(chǎn)生虛假連接。最近新發(fā)明的高清纖維束成像(High Definition Fiber Tracking,HDFT)技術(shù)結(jié)合了彌散譜成像(Diffusion Spectrum Imaging,DSI)數(shù)據(jù)采集、廣義Q空間(General Q-sampling Imaging,GQI)數(shù)據(jù)重建以及特定參數(shù)下的確定性纖維束追蹤,該技術(shù)將分辨率提高到了亞毫米級別,能有效克服DTI技術(shù)的局限性。既往研究表明,高清纖維束成像技術(shù)的追蹤結(jié)果與人腦已知的白質(zhì)纖維束高度吻合。目前,在已知的頂葉相關(guān)長聯(lián)絡(luò)纖維中,上額枕束(Superior Fronto-Occipital Fasciculus,SFOF)和中縱束(Middle Longitudinal Fasciculus,MdLF)是存在爭論較大的兩條纖維束。既往研究表明,SFOF在猴腦中確定存在,但其是否存在于人類大腦、具體的走行和皮層連接方式還存有爭論;MdLF是近年來才被發(fā)現(xiàn)的纖維束,其在人腦頂葉和枕葉的皮層終止區(qū)域、分段方式以及潛在功能還存有爭論。本研究應(yīng)用先進的HDFT技術(shù)和Klingler纖維束解剖技術(shù)對SFOF是否存在于人類大腦及其可能的走行和皮層連接方式進行探索;應(yīng)用HDFT技術(shù)研究人腦MdLF的走行、皮層連接方式和左右大腦半球的偏側(cè)性,并根據(jù)MdLF的走行方式和連接的功能區(qū)對其進行分段。我們的研究結(jié)果為今后進一步研究上述纖維束的功能提供了解剖基礎(chǔ),在臨床中為術(shù)前手術(shù)入路設(shè)計、精準(zhǔn)切除腫瘤、保護神經(jīng)纖維束提供幫助。研究方法:第一部分:首先應(yīng)用Klingler纖維束解剖技術(shù)對4例尸腦進行由外至內(nèi)和由內(nèi)至外的逐層解剖,探索人腦中上額枕束的解剖位置。然后進行高清纖維束追蹤成像實驗,該實驗共包含健康受試者852例,其中個體研究包含10例,來源于招募的健康志愿者;模板研究包含842例,來源于人腦連接組計劃大樣本量模板(Human Connectome Project,HCP-842),以上受試者均接受3.0T磁共振DSI序列掃描,GQI重建,之后根據(jù)纖維束解剖研究結(jié)果采用全腦種子點與多個感興趣區(qū)(Region of Interest,ROI)結(jié)合的確定性追蹤方法追蹤人腦的SFOF。第二部分:高清纖維束成像實驗共包含健康受試者852例,其中10例是招募的健康志愿者,用于個體間差異的研究;842例來源于HCP-842大樣本量模板,用于研究纖維束在人群中的普遍存在方式。852例受試者均接受3.0T磁共振DSI序列掃描,GQI重建,應(yīng)用確定性追蹤方法對人腦MdLF進行重建,觀察其走行方式。應(yīng)用DSI-studio軟件將Brodmann模板和改良的自動解剖模板(Automated Anatomical Labeling,AAL2)通過線性轉(zhuǎn)換配準(zhǔn)到每個受試者的QA彌散空間上,用來明確MdLF的功能區(qū)和大腦皮層的連接方式,并以此對MdLF進行解剖分段。應(yīng)用統(tǒng)計學(xué)軟件SPSS 22.0對左、右大腦半球MdLF及其亞分段的體積和長度進行定量分析。結(jié)果:第一部分:在纖維束解剖研究中,我們在尾狀核頭上方、放射冠內(nèi)側(cè)發(fā)現(xiàn)了一部分與丘腦上腳伴行疑似上額枕束的纖維;在丘腦尾部也發(fā)了部分向頂葉方向走行疑似SFOF的纖維,但由于受到丘腦背側(cè)交叉纖維的影響,未能對目標(biāo)纖維進行完整追蹤。根據(jù)解剖結(jié)果我們定位了三個ROI,為高清纖維束成像追蹤SFOF提供了幫助。在高清纖維束追蹤實驗中,我們成功的在10名健康志愿者的20個大腦半球中和HCP-842大樣本量模板中追蹤到了SFOF。結(jié)合皮層分割技術(shù)明確了SFOF的皮層終止區(qū)域,我們認為人腦的SFOF與猴腦不同,其主要起始于額上回和額中回,在側(cè)腦室前角水平匯聚成一束緊密的纖維,走行于尾狀核頭上方、丘腦背側(cè)上方、胼胝體下方和內(nèi)囊內(nèi)側(cè),之后向后上方走行主要終止于頂上小葉和楔前葉。第二部分:我們應(yīng)用高清纖維束成像技術(shù)對10名健康志愿者的20個大腦半球和HCP-842大樣本量模板中的MdLF進行定性和定量的研究。我們發(fā)現(xiàn)人腦MdLF主要起始于顳極、顳上回和顳橫回,主要終止區(qū)域是頂上小葉、楔前葉、楔葉和外側(cè)枕葉皮質(zhì)。根據(jù)MdLF的皮層連接方式,我們將MdLF分成MdLF-I、MdLF-II和MdLF-III三個亞段,其中MdLF-I起始于顳上回中部(BA 22),終止于頂上小葉(BA 7)和外側(cè)枕葉(BA 19);MdLF-II起始于顳橫回(BA 42),終止于頂上小葉(BA 7);MdLF-III起始于顳極和顳上回前部(BA 38),終止于外側(cè)枕葉皮質(zhì)(BA19)。應(yīng)用獨立樣本t檢驗對人腦左、右半球MdLF及其亞段的體積和長度進行定量分析,結(jié)果顯示,在體積方面,人腦的MdLF和MdLF-III存在偏側(cè)性(左側(cè)右側(cè)),P0.05,有統(tǒng)計學(xué)意義,MdLF-I和MdLF-II不存在偏側(cè)性,P0.05,無統(tǒng)計學(xué)意義;在長度方面,人腦兩側(cè)MdLF在總長度上有側(cè)偏性(左側(cè)右側(cè)),P0.05,有統(tǒng)計學(xué)意義,MdLF的三個亞段在長度上沒有偏側(cè)性,P0.05,無統(tǒng)計學(xué)意義。結(jié)論:第一部分:1、我們認為SFOF存在于人類大腦,但仍需應(yīng)用其他技術(shù)進一步驗證。2、人腦中SFOF主要連接額葉與頂葉。3、人腦SFOF可能具有視覺處理、空間感覺和認知處理的功能。第二部分:1、人腦MdLF在頂葉和枕葉的終止區(qū)域主要是頂上小葉、楔前葉、楔葉和外側(cè)枕葉皮質(zhì)。2、根據(jù)解剖與功能區(qū)的連接情況,人腦MdLF可以分為MdLF-I、MdLF-II和MdLF-III三個亞段。3、人腦MdLF參與視覺-空間、視覺-聽覺以及語言功能的調(diào)控。
【學(xué)位單位】：中國醫(yī)科大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：R322.8
【部分圖文】：

圖 1 追蹤 SFOF 時 ROI 的設(shè)計以追蹤左側(cè)大腦半球的 SFOF 為例，（A）在矢狀位上，側(cè)方觀察 3 個 ROI 所處的區(qū)域，其所處區(qū)域由前至后（紅、綠、藍）分別對應(yīng)前連合水平、丘腦水平以及松果體水平。（B～D）在冠狀位的 QA 圖上，所有 3 個 ROI 都位于胼胝體下方、側(cè)腦室外側(cè)以及內(nèi)囊內(nèi)側(cè)。

圖 2 SLF、IFOF 和 CB 的重建方法（A）重建 SLF 時，我們將 SMG、AG、PCN 和 SPL 設(shè)置為種子點，在冠狀位平中央前回水平畫 1 個矩形 ROI，在軸位平顳上回水平畫 1 個矩形覆蓋枕葉的 ROA。SMG，緣上回；AG，角回；PCN，楔前葉；SPL，頂上小葉。（B）在重加 IFOF 時，我們將整個枕葉設(shè)置為種子點，在冠狀位上分別在外囊水平和中央后回水平畫各畫一個 ROI。SFG，額上回；MFG，額中回；Por，額下回眶部；Ptr，額下回三角部；Pop，額下回島蓋部；FP，額極；OFC，眶額皮質(zhì)。（C）重加 CB 時，CB 分為前、中前、中后、后背側(cè)和后腹側(cè) 5 部分，分別將他們設(shè)置為種子區(qū)域進行分段合成。

圖 3 大腦半球由外向內(nèi)的逐層解剖對右側(cè)大腦半球的由外向內(nèi)的逐層解剖。（A）逐層去掉大腦表面的額灰質(zhì)結(jié)構(gòu)、U 形纖維、狀束、上縱束和殼核，我們暴露出了內(nèi)囊和放射冠。（B）切除內(nèi)囊前部的纖維，我們可以看到尾狀核頭、丘腦、丘腦前腳和丘腦上腳。（C）進一步切除內(nèi)囊結(jié)構(gòu)我們的暴露出了丘腦及其投射纖維。（D）切除部分丘腦我們可以進一步觀察丘腦腳，有部分纖維與丘腦上腳伴行走行于丘腦背側(cè)。（E）為了進一步追蹤這部分纖維，我們應(yīng)用內(nèi)鏡由下至上觀察（D）中藍色矩形虛線框丘腦背側(cè)的纖維，發(fā)現(xiàn)該部分纖維結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。（F）完全切除丘腦及部分投射纖維之后，我們發(fā)現(xiàn)丘腦尾部上方有部分纖維向頂葉方向走行，如白色箭頭所示。Cor. Rad, 放射冠；Int. Cap,內(nèi)囊；Thal, 丘腦；Caud，尾狀核；STP，丘腦上腳；ATP，丘腦前腳；PTP，丘腦后腳。
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本文編號：2883909