慢性耳鸣患者脑功能网络拓扑特征的重组研究

学术背景介绍

耳鸣是一种在没有外部声源或内部听觉感知的情况下感知到声音的现象，全球患病率在11.9%到30.3%之间。耳鸣患者不仅会经历听觉症状，如听觉过敏和听力困难，还会出现心理症状，如焦虑、抑郁、失眠和注意力不集中。这些症状与耳鸣的严重程度密切相关。根据2014年发布的美国临床实践指南，耳鸣被分为近期发作的耳鸣（持续时间小于6个月）和持续性耳鸣（持续时间大于等于6个月）。近期发作和持续性耳鸣通常表现出不同的临床特征，如响度、频率和与耳鸣相关的情绪障碍的差异。然而，耳鸣慢性化的确切机制仍不清楚。

耳鸣的病理生理学复杂且多因素，涉及外周和中枢系统。最初认为耳鸣起源于外周听觉系统的异常神经活动，但最近的研究表明，耳鸣与广泛分布的脑网络中的异常神经活动有关，这些网络包括听觉网络和额外听觉结构，如额叶皮层、海马旁回、扣带回、岛叶和小脑。这些异常的神经活动跨越多个脑网络。尽管已有大量研究探讨了耳鸣的神经机制，但关于耳鸣从近期发作到持续性发展的神经变化的研究仍然较少。

论文来源

本论文由Shuting Han、Yongcong Shen、Xiaojuan Wu、Hui Dai、Yonggang Li、Jisheng Liu和Duo-Duo Tao共同撰写，分别来自苏州大学第一附属医院放射科和耳鼻喉科。该研究于2025年发表在European Journal of Neuroscience期刊上，题为《Topological features of brain functional networks are reorganized during chronic tinnitus: a graph-theoretical study》。

研究流程

研究对象与分组

研究招募了51名耳鸣患者（分为近期发作耳鸣组和持续性耳鸣组）和27名健康对照组（HC）。所有参与者均接受了静息态功能磁共振成像（rs-fMRI）和听力学评估。研究使用图论（graph theory）来检查脑网络的拓扑结构。

数据采集与预处理

MRI扫描使用Philips 3.0T Ingenia MRI扫描仪进行，采集了T1加权图像和静息态功能磁共振成像（rs-fMRI）数据。数据预处理包括格式转换、去除前10个时间点、切片时间校正、运动校正、配准、空间标准化、去趋势和滤波等步骤。

脑功能网络的构建与分析

研究使用Gretna工具箱和AAL图谱将大脑分割为90个感兴趣区域（ROI），并计算了节点之间的皮尔逊相关系数，构建了90x90的连接矩阵。通过应用稀疏性阈值，确保了所有网络的节点和边数相等。网络分析包括全局参数和节点参数的计算，如特征路径长度（LP）、聚类系数（CP）、归一化聚类系数（gamma）、归一化特征路径长度（lambda）、小世界系数（sigma）和脑网络效率（包括全局效率（Eglob）和局部效率（Eloc））。

模块化分析

研究将90个ROI分为六个子模块：额叶、前额叶、顶叶、颞叶、枕叶和皮层下模块。计算了近期发作耳鸣组、持续性耳鸣组和健康对照组之间的模块内和模块间连接强度。

主要结果

全局参数比较

研究结果显示，近期发作耳鸣组（ROT）的聚类系数（CP）、归一化聚类系数（gamma）和局部效率（Eloc）显著低于健康对照组（HC）和持续性耳鸣组（PT）。这表明近期发作耳鸣患者的脑网络局部连接性较低，但随着耳鸣的持续，这些变化逐渐恢复。

节点参数比较

在节点分析中，近期发作耳鸣组的左侧尾状核和左侧嗅皮层的节点聚类系数（NCP）和局部效率（NLE）显著降低，而左侧眶中额叶和左侧中央后回的节点中心性增加。此外，近期发作耳鸣组的右侧豆状核壳部的节点聚类系数和左侧嗅皮层的节点效率也显著降低。

模块化分析结果

模块化分析显示，近期发作耳鸣组的皮层下模块与枕叶模块之间的连接强度，以及前额叶模块与前额叶模块之间的连接强度，显著强于持续性耳鸣组和健康对照组。而持续性耳鸣组的皮层下模块内部连接强度显著强于健康对照组。

相关性分析

在耳鸣患者组中，耳鸣持续时间与右侧嗅皮层的节点局部效率呈正相关。

结论与意义

本研究通过图论分析揭示了耳鸣患者在疾病不同阶段的脑功能网络拓扑结构的变化。研究发现，近期发作耳鸣患者的脑网络局部连接性和全局信息传递能力下降，但随着耳鸣的持续，这些变化逐渐恢复。此外，研究还发现了一些关键节点的功能异常，如左侧眶中额叶、左侧尾状核和双侧嗅皮层。这些变化可能反映了大脑对耳鸣的中央代偿反应。

研究的科学价值与应用价值

本研究不仅扩展了我们对耳鸣患者脑功能连接重组的理解，还为耳鸣慢性化的脑网络拓扑重组提供了证据。这些发现可能为耳鸣的诊断和治疗提供新的生物标志物和治疗靶点。

研究亮点

1. 新颖的研究方法：本研究首次使用图论方法系统地分析了耳鸣患者在疾病不同阶段的脑功能网络拓扑结构变化。
2. 重要的发现：研究发现近期发作耳鸣患者的脑网络局部连接性和全局信息传递能力下降，但随着耳鸣的持续，这些变化逐渐恢复。
3. 潜在的应用价值：研究结果为耳鸣的诊断和治疗提供了新的思路，特别是通过脑网络拓扑结构的变化来评估耳鸣的慢性化过程。

其他有价值的信息

尽管本研究取得了重要进展，但仍存在一些局限性，如样本量较小、未分析结构MRI数据等。未来的研究可以扩大样本量，并结合结构MRI数据，进一步探讨耳鸣慢性化过程中的脑网络重组机制。