《Frontiers in Neurology》:Resting-state functional connectivity and local activity differences across bothersome and non-bothersome tinnitus phenotypes
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目的:本研究旨在表征临床定义的恼人耳鸣(bothersome tinnitus,BT)、非恼人耳鸣(non-bothersome tinnitus,NBT)与医院非耳鸣对照组之间静息态功能差异,重点关注与耳鸣表型相关的影像学差异。方法:本病例对照研究纳入61例
目的:本研究旨在表征临床定义的恼人耳鸣(bothersome tinnitus,BT)、非恼人耳鸣(non-bothersome tinnitus,NBT)与医院非耳鸣对照组之间静息态功能差异,重点关注与耳鸣表型相关的影像学差异。方法:本病例对照研究纳入61例BT患者、52例NBT患者和50例医院非耳鸣对照。采集静息态功能磁共振成像(resting-state fMRI)数据,采用分数低频振幅(fractional amplitude of low-frequency fluctuations,fALFF)、局部一致性(regional homogeneity,ReHo)以及基于种子点(seed-based)的功能连接(functional connectivity,FC)分析(以双侧颞叶广泛感兴趣区为种子,评估颞叶相关网络连接,包括颞叶–边缘系统相互作用)。组间比较采用协方差分析(analysis of covariance,ANCOVA)控制人口学、听力学、生理学、睡眠相关及情绪协变量,簇水平错误发现率(false discovery rate,FDR)校正p < 0.05。进一步开展探索性相关分析以检验提取的影像学指标与临床指标之间的关联,以及显著影像学发现之间的潜在关系。结果:静息态fMRI显示双侧颞叶种子与左侧前扣带回(anterior cingulate cortex,ACC)/内侧眶额皮层(medial orbitofrontal cortex,mOFC)簇之间的FC存在显著组间差异。事后分析显示BT组FC强于NBT组,而BT与医院非耳鸣对照无显著差异。内侧额上回ReHo观察到相似模式,NBT值低于BT和对照。fALFF分析显示颞、额、岛叶、枕、缘上回和中央后回存在区域特异性差异,其中最一致的差异见于BT与NBT之间。探索性分析显示BT组内FC与ReHo无显著相关,影像学指标与临床或听力学指标的关联均未通过FDR校正。在保留原始协变量结构并额外调整耳鸣响度视觉模拟量表(Visual Analogue Scale,VAS)的敏感性分析中,多数BT–NBT差异被削弱,表明这些影像学差异可能部分反映耳鸣响度或相关临床负担。结论:静息态FC、fALFF和ReHo指标揭示了BT与NBT之间与表型相关的功能差异。由于若干关键指标在BT与医院非耳鸣对照之间无差异,这些发现应解释为耳鸣表型间的组水平影像学特征,而非BT特异性异常。
该研究发表于《Frontiers in Neurology》。目前耳鸣神经病理机制尚不完全清楚,尤其耳鸣为何在部分患者演变为临床定义的恼人耳鸣(bothersome tinnitus,BT),而在其他患者表现为非恼人耳鸣(non-bothersome tinnitus,NBT)的相关因素仍未明确。既往许多神经影像学研究将耳鸣视为单一疾病实体进行分析,难以区分与耳鸣感知本身相关的功能改变和与耳鸣所致痛苦、认知及情绪负担相关的改变。为此,研究人员通过开展病例对照静息态功能磁共振成像(resting-state fMRI)研究,比较临床定义的BT、NBT与医院非耳鸣对照组之间的颞叶–边缘系统功能连接(functional connectivity,FC)及局部自发活动指标,包括分数低频振幅(fractional amplitude of low-frequency fluctuations,fALFF)、局部一致性(regional homogeneity,ReHo),以刻画不同耳鸣表型的影像学特征,并探讨这些特征是否代表BT特异性神经异常。研究结论为:静息态FC、fALFF和ReHo揭示了BT与NBT之间与表型相关的功能差异;若干关键指标在BT与医院非耳鸣对照之间无显著差异,因此结果应理解为耳鸣表型间的组水平影像学特征,而非BT特异性异常;该区分对理解耳鸣神经机制及未来分层研究具有重要意义。
研究人员主要采用以下关键技术方法:样本队列来源于广西医科大学第二附属医院耳鼻咽喉头颈外科住院部2023年5月至2024年3月连续招募的61例BT患者(耳鸣致残量表THI≥30)、52例NBT患者(THI<30)以及同期同科室招募的50例无耳鸣症状的住院非耳鸣对照(医院基线对照,非社区健康人)。影像数据采集采用3.0 T MRI扫描仪获取静息态fMRI(梯度平面回波序列,TR=3000 ms,TE=35 ms,0.01–0.08 Hz滤波)及高分辨率T1加权结构像。预处理使用SPM12和RESTplus,包括弃除前10个时间点、层时间校正、头动校正、标准化至MNI空间、回归Friston-24头动参数及白质、脑脊液信号、线性去漂移、带通滤波;fALFF计算低频段功率与全频段功率之比;ReHo采用肯德尔和谐系数(Kendall’s coefficient of concordance,KCC)在3×3×3体素邻域计算并经6 mm半高全宽高斯核平滑;FC采用基于种子点(双侧颞叶解剖ROI包括上、中、下颞回,源自AAL图谱)的体素水平相关分析并Fisher r-to-z转换。组比较采用协方差分析(ANCOVA)控制年龄、性别、教育年限、左右耳听阈、体重指数(BMI)、睡眠时长、甘油三酯、血红蛋白、焦虑(SAS)、抑郁(SDS)评分,簇水平FDR校正p<0.05;开展敏感性分析额外调整耳鸣响度VAS,探索性ROC基于逻辑回归合并影像指标区分BT与NBT,探索性相关分析采用Pearson/Spearman与FDR校正。
研究结果如下:
组间颞叶–边缘系统功能连接差异:研究人员通过基于双侧颞叶种子的 voxel-wise ANCOVA发现,左侧前扣带回/内侧眶额皮层(ACC/mOFC)簇的FC存在显著组间差异。事后分析表明BT组该FC显著强于NBT组,医院非耳鸣对照组FC也显著强于NBT组,而BT与对照组之间无显著差异。该FC结果主要表现为NBT相对于其他两组连接降低。
区域特异性fALFF组间差异:研究人员通过voxel-wise ANCOVA识别出七个皮质簇的fALFF显著组间差异,涉及右颞中极、左额上内侧回、右岛叶、左枕中回、右额上回、右缘上回、右中央后回。事后分析显示最一致差异在BT与NBT之间;BT与NC仅在特定区域(右颞中极、左枕中回)有差异;右岛叶仅呈BT–NC趋势级差异而未作为显著BT–NC发现解释。该结果反映不同耳鸣表型间自发低频波动幅度的区域特异性改变。
集中于内侧额上回的ReHo差异:研究人员通过voxel-wise ANCOVA发现双侧内侧额上回ReHo存在显著组间差异。事后分析显示BT组ReHo显著高于NBT组,NC组亦显著高于NBT组,而BT与NC无显著差异。该ReHo结果主要由NBT相对于BT和NC值降低驱动。
探索性脑–行为相关分析:研究人员在总体耳鸣队列及亚组中检验提取影像指标与临床/听力学指标的名义关联,若干名义关联在未FDR校正前可见(主要涉及fALFF指标及左侧ACC/mOFC的FC强度;BT亚组仅左枕中回fALFF与SDS名义相关;NBT亚组右耳听阈与左额上内侧回fALFF、左耳听阈与左侧ACC/mOFC FC强度有名义关联),但所有名义关联均未通过FDR校正,表明识别的影像特征与个体临床、听力学或症状指标无稳健关联。
探索性FC–ReHo相关分析:研究人员在BT组内检验左侧ACC/mOFC簇FC强度与双侧内侧额上回ReHo值的相关性,未观察到显著相关(Pearson r=0.030,p=0.818),提示FC与ReHo发现在个体水平未显著耦合。
敏感性分析:研究人员在耳鸣队列中保留原始ANCOVA协变量结构并额外加入耳鸣响度VAS作为协变量,发现多数BT–NBT影像差异被削弱且不再有统计学显著性,仅左枕中回fALFF差异仍显著。这表明观察的BT–NBT影像差异可能部分受耳鸣响度或相关临床负担影响,不能解释为独立于耳鸣响度的恼人程度的神经相关。
探索性表型区分ROC分析:研究人员通过逻辑回归基于影像指标区分BT与NBT,模型1含左侧ACC/mOFC的FC强度与双侧内侧额上回ReHo值,AUC为0.575(95%CI:0.466–0.681),判别有限;模型2进一步纳入六个选定fALFF指标(右颞中极、左额上内侧回、右岛叶、左枕中回、右额上回、右中央后回),AUC为0.710(95%CI:0.607–0.803),显示中等表观判别力,fALFF指标可提供额外表型相关信息,但属探索性且无外部验证。
讨论部分总结翻译研究结论如下:本研究识别出临床定义的BT、NBT与医院非耳鸣对照组之间的静息态功能差异。最一致差异见于BT与NBT之间,而若干关键FC与ReHo指标在BT与NC之间无差异。这些发现不支持简单的BT特异性异常模式;相反,FC与ReHo结果主要表现为NBT相对于BT和NC值更低,不过此解释受横断面设计与医院对照性质限制。BT与NC的FC/ReHo可比、NBT更低之模式不应解释为BT代表正常化健康神经状态;一种可能解释是NBT涉及颞叶–边缘及内侧前额叶系统参与更低,与其耳鸣感知情感显著性更低一致;同时医院NC非规范性健康基线,可降低BT与NC的表观对比。既往耳鸣fMRI研究不一致可能部分归因于表型、病程、听阈、情绪负担及分析策略异质性;本研究按耳鸣相关功能负担区分BT与NBT有助于解释听觉–边缘、前额–扣带回改变未在各研究一致出现的原因(这些效应随耳鸣痛苦、响度、听力损害、情感卷入而变化,而非仅耳鸣存在)。种子定义系广泛双侧颞叶ROI(含上、中、下颞回)而非原发听觉皮层,故FC结果反映颞叶–边缘连接,而非高度特异的原发听觉皮层–边缘耦合;未来需用精细听觉分区(如Heschl回、颞平面或音调拓扑定义听觉皮层)明确是否为特异听觉相关还是广泛颞叶联合网络参与。BT与NBT区分应在耳鸣严重度连续谱内理解,因为耳鸣负担常与响度、听力相关损害、睡眠紊乱、情感症状重叠;虽在统计中调整这些因素,但调整不能完全解开临床重叠构念,SAS与SDS可能是BT表型组成部分而非单纯混杂变量;因此调整与敏感性分析应视为计入耳鸣响度及一般情感负担后的保守估计,而非证明BT–NBT差异代表独立于耳鸣响度或相关临床负担的恼人程度的神经相关。fALFF结果具区域特异性与方向异质性,涉及颞、额、岛叶、枕、缘上、中央后回,与既往静息态研究报道的分布性功能改变广泛一致,但不应解释为统一全脑机制证据;颞极参与因其与听觉、旁边缘、视觉、默认语义网络的广泛连接需谨慎解释;整体提示耳鸣表型间自发活动具区域差异。内侧额上回ReHo差异可能反映涉及自我参照和高阶认知的内侧前额叶默认模态系统之表型水平变异,其功能意义不确定;类似FC发现,ReHo差异在BT vs NBT及NC vs NBT比较中存在,而BT与NC间无差异。探索性脑–行为分析未发现影像指标与THI、耳鸣响度VAS、SAS、SDS之间有FDR校正后的关联,因此识别的FC、fALFF、ReHo差异应解释为组水平影像学特征,而非耳鸣痛苦的已验证症状水平标记。探索性FC–ReHo分析在BT组内无显著关联,提示颞叶–ACC/mOFC连接与内侧额上回ReHo可能反映部分不同的组水平影像特征。这些发现可为未来纵向或干预研究提供线索(将颞叶–边缘连接及区域fALFF/ReHo差异作为关注指标),但不可解释为已确认的适应不良听觉–边缘耦合、统一机制或确立的治疗靶点;既往耳鸣神经调控研究可为未来试验提供方法参考,但横断面数据不能确定刺激参数或表型特异性治疗指征。探索性ROC显示合并fALFF指标可改善BT与NBT表观判别,但受数据驱动特征选择影响且需独立队列验证。局限包括:NC为医院基线非社区健康对照;BT与NBT在耳鸣响度与听阈上存在差异,虽调整并在敏感性分析检验但残留混杂不能排除;ROC为探索性且无外部验证,不能做临床诊断解释;无FDR校正通过的脑–行为关联,限制症状水平解释;广泛颞叶种子降低听觉亚区特异性。综上,静息态FC、fALFF和ReHo分析识别出BT、NBT与医院非耳鸣对照之间的功能差异;主要差异在BT与NBT之间,而若干关键指标在BT与对照间无差异;这些发现应解释为耳鸣表型间的组水平影像学特征,而非确定性BT特异性神经异常。