儿童孤独症脑影像学研究进展

1、综述Progress of brain imaging in childhood autismSUN W en1, 2, J IA Shao -wei1*, H U Shu1(1. D ep artment of N uclear M edicine, P ek ing Univer sity Shenz hen H os p ital, Shenz hen 518036, China;2. M edical Colleg e of Shantou Univ er s ity , Shantou 515041, ChinaAbstract Childho od autism (CA is a

2、kind of refr acto riness disease. T he character istics o f brain imag ing of CA w ere re -v iew ed in this art icle. Cer ebr al blo od flo w perfusion tomo gr aphy revealed abno rmalities of r egional cerebral blood flow and functio n in left (o r both frontal lo bes, left Bro ca ar ea and left Wer

3、 nicke area. G lucose metabo lism imag ing show ed an de -cr ease o f local cerebral metabolic r ate of g lucose (LCM RG lu in t he fro ntal lobe, tempo ral lobe and thalamus. DA T SP ECT imag ing indicated the dopamine tr ansport er (DA T level in the br ains of the childr en with autism w as hig h

4、er co mpar ed with that in no rmal co ntro ls, but there was no differ ence in distr ibution. T he ser otonin transpo rter (SERT imaging pr oved de -clined r euptake capacity in medial pr efro ntal co rtex. Reduced 5-H T 2r eceptor density and impaired sy nthetical capacity of 5-HT wer e obser ved i

5、n autistic childr en. fM RI sho wed neural pathw ay abno rmalities in co rtex -limbic sy stem, and illust rated the w hite matter integr ity disconnected in many brain reg ions in childr en w ith autism, sig nificant reductions in NA A and less ratio of N A A /Cr, and so o n.Key words A ut istic dis

6、order; Diag no stic imag ing; Child儿童孤独症脑影像学研究进展孙 雯 1, 2综述 , 贾少微 1*, 胡 疏 1审校(1. 北京大学深圳医院核医学科 , 广 东 深圳 518036; 2. 汕头大学医学院 , 广东 汕头 515041摘 要 儿童孤独症 (CA 是一种难治性疾病。本文综述其脑影 像学显像特点。脑血流灌注显像示 CA 患儿左侧 (或 双 侧 额叶前部、 左侧 Broca 区和左侧 Wernicke 区局部脑血流灌注和功 能异常 ; 葡萄糖代 谢显像示 额叶、 颞 叶及丘 脑等局 部 脑葡萄糖代谢率 (L CM RG lu 减低 ; 多巴胺转运体

7、 (DA T 显像示 CA 患儿脑内 D AT 水平高于对 照组 , 但两者分布 无差异 ; 5-羟色胺转运体 (SER T 显像示 SER T 再摄 取能力 在大 脑内 侧额叶 皮质 下降 ; 5-H T 2受体 显像 提示 , 5-H T 2受体 密度 减 低。 CA 患儿脑内 5-H T 合成能力减低 ; fM RI 示 CA 患儿皮层 -边缘系统神经 通路异常 , 脑内多 个部位白 质纤维 的完整 性 受到破坏 , 脑内 NA A 浓度减低、 N AA /Cr 比值降低等。 关键词 孤独性障碍 ; 诊断显像 ; 儿童中图分类号 R749 94; R445 文献标识码 A 文章编号 10

8、03-3289(2011 06-1303-04作者简介 孙雯 (1982 , 女 , 陕西咸阳人 , 在读硕士。研究方向 :神经 系统核医学。 E -mail:zhizh u326sina. com通讯作者 贾少微 , 北京大学深圳医院核医学科 , 518036。 E -mail:jiaoshaow ei2003yahoo. com. cn 2011-03 儿童孤独症 (childhood autism, CA 是儿童早期 的一种广泛性发育障碍 , 以社会交往、 言语发育、 智力发育障碍 , 兴趣范围狭窄和重复刻板行为为典型临床 特征。 流 行 病 学 调 查 CA 在 我 国 的 发 病 率

9、 为 0 281, 国外为 1 892。将功能、 代谢和 CT 解剖信息 相融 合的 SPECT/CT 、 PET /CT 和 fMRI 等 设 备 , 从分子水平上揭示了 CA 病理和病理生理及代谢异常 , 加深了对 CA 的认识。 1 脑血流灌注断层显像SPECT/CT 脑血流灌注断层显像示 CA 患儿脑 内不同区域存在局部脑血流灌注和功能异常 , 以左侧 (或双侧 额叶前部、 左侧语言运动 (Bro ca 区和左侧颞 叶听 语 言 (Wernicke 区 较 为 常 见 , 占 患 儿 总 数 的 82 35%3。舒明跃等 4-6也报道了 CA 患儿额叶、 颞1303 中国医学影像技术

10、2011年第 27卷第 6期 C hin J M ed Imagin g T echnol, 2011, Vol 27, No 6额叶特别是前额叶 (pr efrontal cortex, PF 异常 影响高级认知功能 , 如注意、 思考、 推理、 决策、 执行任 务等。 CA 患儿的社交能力和认知障碍等都与额叶发 育缺陷有关 7。 Gupta 等 8研究发现 , CA 患儿 PF 血 流灌注和功能低下尤为明显 , 这与认知功能缺陷相关 联。也有研究指出 PF 血流灌注和功能低下可引起词 汇识别和语言技能异常 9。邓红珠等 5应用 SPECT 脑血流灌注断层显像检查 56例 CA 患儿 , 发

11、现 75%的 CA 患儿存在局 部脑血流灌注减低和功能低下 , 32%涉及额叶。对 CA 患儿及其直系亲属的脑 SPECT 显 像研究发现两者均存在不同程度额叶局部脑血流灌注 减低和功能低下区 10。 Br oca 区位于额下回后部 , 是 运动性语言中枢 , 参与整合语言、 词汇及理解过程 , 如 句法、 语义的处 理以及工作记忆功能。 Broca 区功能 异常是 CA 患儿语言损害的基础 11。颞叶的颞上回是初级和次级听觉皮层所在地 , 为 处理听觉信息的中枢。颞叶 Wernicke 区和额叶 Bro -ca 区通过大量联络 纤维相联系 , 与听、 说和理解语言 有重要关系。该部位损伤可导

12、致失语症。颞叶内侧的 海马是边缘系统的一部分 , 与记忆储存、 空间定位和情 感有关。 Gendry 等 12研究 45例 CA 患儿安静时的局 部脑血流量 (regional cerebr al bloo d flow , rCBF , 发 现左侧颞上回 rCBF 与 CA 患儿社会认知及语言受损 严重程度呈正相关。 Burro ni 等 13的研究显示 , CA 患 儿全脑血流灌注低于正常对照组 , 两侧大脑半球血流 灌注不对称 , 存在左侧半球功能障碍 , 尤其是在左侧颞 顶区 , 这一区域对于文字、 音乐、 声音的理解起主要作 用 , 而 CA 患儿语言、 认知、 感知觉障碍均与此区域

13、异 常有 关。 Boddaer t 等 14应 用 PET 测 定 CA 患 儿 rCBF, 发现 77%患儿双侧颞叶血流灌注及功能低下 , 进一步印证了颞叶发育缺陷将导致孤独症的感知、 认 知和情感发育障 碍等特征性病 变。程木华等 7研究 72例 CA 患儿 , 共发现 96处局部脑血流灌注减低区 , 其中 71处病灶涉及颞叶。 Boddaert 等 15应用 PET/ CT 研究测定 CA 患儿安静时和倾听语言类似声音时 的 rCBF, 发现颞叶皮层 rCBF 及功能异常 , 与研究成 人孤独症所得结果类似。2 葡萄糖代谢显像应用 18F -FDG PET/CT 研究 CA 患儿局部脑葡

14、萄 糖代 谢 率 (local cerebral metabo lic rate of g lucose, LCM RGlu 和功能定位价值肯定。 Galuska 等 16对照 PET 和 SPECT 显像发现 CA 患儿额叶 18F -FDG 代谢 注代谢不匹配现象。 DeLong 等 17发现 CA 患儿双侧 颞叶前部 LCMRGlu 减低 , 早期双侧海马功能缺失和 之后的认知能力缺陷有关 , 包括语言学习、 复杂的社会 交流和适应日常生活技巧。 M u o z -Yunta 等 18对 CA 患儿行 18F -FDG PET 显像 , 发现双侧丘脑、 额叶和颞 叶 LCM RGlu 减

15、低 , 表明发育缺陷与丘脑神经功能回 路以及皮层 连接和 联络 区域 成熟 障碍有 关。 A sano 等 19研究显示 CA 患儿双 侧颞横回脑 LCM RGlu 减 低、 双侧小脑核深部 LCM RGlu 增加 , 与刻板行为、 社 交障碍有关。3 转运体和受体显像多巴胺 (dopam ine, DA 是一种中枢神经递质 , 由 DA 能神经元合成并储存在囊泡中 , DA 通过多巴胺转 运体 (dopam ine transpo rter, DAT 作用于多 巴胺受 体 (dopam ine receptors, DR , 在认知、 情感等中枢神 经系统功能过程中发挥作用 20。 DAT

16、位于 DA 能神 经元突触前膜中 , 重摄取 DA, 终止其生理效 应。 DR 包括 D1受体家族和 D2受体家族 , 可位于突触前膜或 突触后膜 , 突触前膜 DR 的作用为调节神经元放电 , 调 节 DA 的合成、 释放 ; 突触后膜的 DR 主要调节运动和 精神活动。 Makko nen 等 21应用 SPECT 研究 25例 CA 患儿与对照组脑内 DAT 分布情况 , 两者无显著差 异 ; 孙晓勉等 22的研究也得出了类似的结论 , 但指出 CA 患儿脑内 DAT 水平高于对照组 , 与囊泡中 DA 递 质增多有关。过多的 DA 通过机体的反馈机制产生较 多的 DA T, 周而复始

17、, 突触间隙过多的 DA 与后膜上 的 DR 结合 , 产生过强的生 理效应。 CA 患儿的刻板 行为、 情绪障碍等与此有关。目前应用于 CA 患儿的 DA 能神经元的研究仍较少 , DA 能神经元的改变与疾 病的发生、 发展之间究竟有怎样的关系 , 还需要更多、 更深入的研究。5-羟色胺 (5-hydro xy tr yptamine, 5-H T 与 DA 同 属单胺类中枢神经 递质 , 5-H T 能神经元通过受体介 导调节情绪、 食欲、 睡眠、 痛觉等 , 在发挥生理作用后通 过 5-羟色胺转运体 (serotonin transporter , SERT 再 摄取至细 胞内灭活。 M

18、akko nen 等 21进行 SERT 的 PET 研究 , 发现 CA 患儿大脑内侧额叶皮质 SERT 再 摄取能力下降 (P=0 002 , 考虑与 CA 患儿脑中成熟 的 5-H T 能神经末梢减少有关 , 导致 CA 患儿的情绪 冲动、 攻击行为等。 Go ldber g 等 23应用 PET 行皮层 5-H T 2受体显像 , 发现 CA 患儿皮层 5-H T 2受体密度 减低。 Chandana 等 24的研 究指出 , CA 患儿脑 内 5-,1304中国医学影像技术 2011年第 27卷第 6期 Chin J M ed Imaging Technol, 2011, Vol 2

19、7, No 6减少和皮层不对称合成减少三种类型 , 其中左侧皮层 5-H T 合成减少患儿表现为严重的语言缺陷。4 fMRIfM RI 是反 映脑的结构和功能状态的重 要手段。 fM RI 对 CA 患儿的研究主要集中在注意力、 运动、 语 言和面部识别等方面。 BOLD -fMRI 示 CA 患儿前额 叶皮层和左侧颞上回信号增强 , 与 CA 患儿的过度持 续动作和重复行为有关 25。 CA 患儿皮层 -边缘系统 神经通路异常 , 从而导致其面部识别异常而与人交流 困难 26。 M eng otti 等 27研究 指出 CA 患儿额叶、 顶 叶大脑连接功能失调与早期白质成熟障碍相匹配 , 这

20、 一发育障碍导致其认知和社会功能缺陷。DTI 是 利用 脑组 织内 水分 子扩 散 的各 向 异性 (fractional aniso tr ophy, FA 的 程度 , 无 创性地 观察 脑白质纤维束的分子影像学方法。 Cheung 等 28研究 发现 CA 患儿双侧额前和颞叶区域 FA 值较对照组显 著降低 , 尤其在颞叶内侧邻近梭状回处 , 右侧额下回和 左侧枕叶 FA 值增高 ; 提示 CA 患儿的社会交往障碍 与额 -纹状体 -颞叶通路的 FA 值减低有关 , 重复行为与 大脑后部的 FA 值增高相关联。 Groen 等 29发现 CA 患儿脑白质纤维减少并伴有细胞间隙增 大 ,

21、表明 CA 患儿存在脑白质连接异常。胼胝体是联系两侧大脑半 球的主要横向纤维 , 作用为维持两侧大脑半球信息传 导及功能的对称。 CA 患儿胼胝体微细结构异常导致 非语言性认知能力障碍 30, 这也进一步证实了 CA 患 儿存在脑白质连接异常。M RS 利用化学位移现象检测脑内代谢产 物 , 如 N -乙酰天门冬氨酸 (N -acety-l aspar tic acid, NAA 、 胆 碱 (choline, Cho 、 肌酸 (creatine, Cr 等。 NAA 是神 经元数量和活性的标志 , NAA 水平下降 提示神经元 丧失或死亡以及代谢率下降。 MRS 研究显示 CA 患 儿的脑

22、代谢异常主要位于颞叶、 额叶、 丘脑、 杏仁核 -海 马及小脑 31。 CA 患儿 左侧杏仁核 -海马及左侧小脑 半球的 NAA 浓度减低 , 对其认知和情感障碍起重要 作用 32。 CA 患儿颞中回 NAA/Cr 比 值降低与其社 会功能损害相关 33。额叶、 枕叶 N AA 降低 , 提示 CA 患儿存在额叶、 枕叶神经传递异常和神经功能完整性 受损 34。 CA 患 儿 感 知觉 缺 陷 与 丘 脑 代谢 异 常 相 关 35。医学影像学的发展为研究 CA 患儿脑功能开拓了 广阔的前景。大量研究指出 , CA 患儿存在以额叶、 颞 叶为主的多个脑区的脑血流灌注、 代谢及功能异常 , 这

23、, 导致 CA 患儿社会交往、 言语发育、 智力发育障碍 , 兴 趣范围狭窄和重复刻板行为等。尽早实施脑影像学检 查有助于实行干预措施 , 以利用早期大脑的可塑性达 到临床改善的目的。参考文献 1 罗维武 , 林力 , 陈榕 , 等 . 福建省儿童孤独症流行 病学调查 . 上海 精 神医学 , 2000, 12(1 :3-52 Ch ak rabarti S, Fomb on ne E. Pervasive developmen tal dis orders in preschool ch ildren :confirmation of high p revalence. Am J Psy -

24、ch iatry, 2005, 162(6 :1133-11413 贾少微 , 孙涛涛 , 樊 蓉 , 等 . 针刺治 疗儿童孤 独症单 光子 发射计 算 机断层成像术可视化研 究 . 中国 中西医 结合杂 志 , 2008, 28(10 : 886-8894 舒明跃 , 贾少微 , 张繁新 , 等 . 儿童孤独症的临 床及脑影像学研 究 . 中国心理卫生杂志 , 2001, 15(1 :39-415 邓红珠 , 邹小兵 , 唐 春 , 等 . 孤独症 儿童脑单 光子发 射型 电子计 算 机断层显像的研究 . 中国行为医学科学 , 2006, 15(10 :885-887 6 S ugihar

25、a G, Ouch i Y, Nakamura K, et al. Advances in n euroim -aging research on As perger syndr om e. Nipp on Rin sho, 2007, 65 (3 :449-4527 程木华 , 邹小兵 , 邓红珠 , 等 . 脑 rCBF 显像评价孤独症脑灌注功 能 变化 . 第四军医大学学报 , 2008, 29(5 :450-4528 Gupta S K, Ratnam BV. Cereb ral perfu sion abn orm alities in chil -dren w ith autism

26、 an d mental retardation:a segm ental quantitative S PEC T study. In dian Pediatr, 2009, 46(2 :161-1649 Wilcox J, Tsu ang M T, Ledger E, et al. Brain perfu sion in autism varies w ith ag e. Neurops ychobiology, 2002, 46(1 :13-1610 Degirm enci B, M iral S , Kaya GC, et al. Techn etium -99m HM -PAO br

27、ain S PECT in autistic children and their families. Psych-i atry Res , 2008, 162(3 :236-24311 Verhoeven JS, De Cock P, Lagae L, et al. Neur oim aging of au -tism. Neuroradiology, 2010, 52(1 :3-1412 Gendry M eresse I, Zilb ovicius M , Boddaert N, et al. Autism se -verity and temporal lobe fun ctional

28、 abn ormalities. Ann Neur ol, 2005, 58(3 :466-46913 Bur ron i L, Orsi A, M onti L, et al. Regional cereb ral blood flow in childhood autis m:a S PE T study w ith SPM evaluation. Nucl M ed Commun, 2008, 29(2 :150-15614 Boddaert N, Chab an e N, Barth lemy C, et al. Bitemporal lobe dys fun ction in inf

29、antile autis m:positron emiss ion tom ograph y s tu dy. J Radiol, 2002, 83(12Pt 1 :1829-183315 Boddaert N, Ch abane N, Belin P, et al. Perception of com plex s ounds in autis m:abn ormal auditory cortical proces sing in chil -dren. Am J Psychiatry, 2004, 161(11 :2117-212016 Galusk a L, S zak ll S J

30、r, Emri M , et al. PET and SPECT scans in autistic child ren. Orv H etil, 2002, 143(21Suppl 3 :1302-1304 on bilat - 1305中国医学影像技术 2011年第 27卷第 6期 C hin J M ed Imagin g T echnol, 2011, Vol 27, No 6eral hippocam pal s clerosis. Ann Neur ol, 1997, 42(1 :11-1718 M u oz -Yunta JA, Freixas A, Valls -S antas

31、us ana A, et al. Ster -eotyp es, developmen tal disorders and neuroimaging s tu dies. Rev Neurol, 1999, 28(Suppl 2 :124-13019 Asano E , Chu gani DC, M uz ik O, et al. Autis m in tub erouss clerosis complex is related to both cortical and s ubcortical dys -function. Neu rology, 2001, 57(7 :1269-12772

32、0 Iver sen SD, Iversen L L. Dopamin e:50y ears in pers pective.T rends Neur os ci, 2007, 30(5 :188-19321 M akk on en I, Riikonen R, Kokki H, et al. Serotonin and dopa -min e trans porter bindin g in children w ith autism determined b y S PE CT. Dev M ed Child Neur ol, 2008, 50(8 :593-59722 孙晓勉 , 岳静

33、, 郑崇勋 . 孤独症儿童多巴胺转 运体脑内显像研 究 .生物医学工程学杂志 , 2008, 25(2 :327-33023 Goldberg J, An ders on GM , Zw aigenb aum L, et al. Cortical se -rotonin type -2receptor d ensity in parents of children w ith autism s pectru m disorders. J Autism Dev Dis or d, 2009, 39(1 :97-10424 Chan dana SR, Behen M E, Juhasz C , e

34、t al. Significance of ab -norm alities in developmental trajectory and asymmetry of cortical s erotonin synthesis in autism. Int J Dev Neurosci, 2005, 23(2-3 :171-18225 Goldberg M C, S pinelli S, J oel S , et al. Children w ith HighFun ctioning Au tism show in creased p refrontal and temporal cor -t

35、ex activity du ring error monitoring. Dev Cogn Neu rosci, 2011, 1(1 :47-5626 Ogai M , M ats umoto H, S uzuk i K, et al. fM RI study of recogn-ition of facial expr ess ion s in high -functioning autistic patients. Neuroreport, 2003, 14(4 :559-56327 M engotti P, D' Agos tin i S, Terlevic R, et al.

36、 Altered w hite mat -ter in tegrity and developmen t in ch ildren w ith autism:a com -bin ed voxe-l based m orphometry and diffusion imagin g s tu dy. Brain Res Bull, 2010, 84(2 :189-19528 C heun g C, Chua S E, Cheu ng V, et al. W hite matter fractionalanis otrophy differen ces and correlates of dia

37、gn ostic symptoms in autism. J Child Psychol Ps ychiatry, 2009, 50(9 :1102-111229 Groen W B, Buitelaar JK, van der Gaag RJ, et al. Pervasive m-icrostructural abn orm alities in autism:a DT I study. J Psy chiatry Neurosci, 2011, 36(1 :32-4030 Alexander A L, Lee J E, Laz ar M , et al. Diffusion ten sor ima -ging of the corpu s callosum in Au tis m. Neuroimage, 2007, 34(1 :61-7331 Kleinhans NM , S chw einsburg BC, Cohen DN, et al. N -acetylaspartate in autism s pectru m disorders:regional effects and rela -tionsh ip