夏忠芳张杰王智楠徐忠强胡艳玲陈欣邵剑波

1北京儿童医院集团武汉市儿童医院耳鼻咽喉科 430016

2首都医科大学附属北京儿童医院耳鼻咽喉头颈外科 100045

3北京儿童医院集团武汉市儿童医院CT/MRI室

fMRI在感音神经性听力损失听觉皮层评估中的应用

夏忠芳1张杰2王智楠1徐忠强1胡艳玲1陈欣1邵剑波3

1北京儿童医院集团武汉市儿童医院耳鼻咽喉科 430016

2首都医科大学附属北京儿童医院耳鼻咽喉头颈外科 100045

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功能性磁共振成像（functionalmagnetic resonance imaging，fMRI）是通过检验血流进入脑细胞的磁场变化而实现脑功能成像的一项新技术，它能给出更精确的结构与功能关系。目前对感音神经性听力损失的听觉皮层的研究已成热点，fMRI在一定程度上可作为有效的手段评估听觉皮层的功能。本文查阅资料，就fMRI在感音神经性听力损失听觉皮层评估中的作用做一综述。

功能性磁共振成像；感音神经性听力损失；听觉皮层

目前对感音神经性听力损失患者听神经通路的完整性充分评估，包括听神经通路的结构、功能状态的评估［1］。但对其听觉皮层功能评估缺乏有效的手段，MRI在一定程度上可作为有效的手段评估听觉皮层的功能。

近年来，一种新兴的神经影像学检测--功能性磁共振成像应运而生，功能性磁共振成像（functional magnetic resonance imaging，fMRI）是通过检验血流进入脑细胞的磁场变化而实现脑功能成像的一项新技术，它能给出更精确的结构与功能关系。

1　功能性磁共振成像

传统的MRI为结构性成像，fMRI是基于大脑进行某项活动时局部脑区血氧水平的变化来观察“脑激活”情况,是血氧水平相关（Blood oxygen-level depen⁃dent,BOLD）信号成像。

fMRI的基本原理是当人接受外界信息时，大脑皮层特定区域对这些刺激信息做出相应的反应，激活该区域神经元和神经胶质细胞的生物化学过程，不仅神经活化区域的脑血流会改变，局部血液中的去氧与带氧血红素的浓度，以及脑血容积都会随之改变,这种生化变化会引起其磁场的改变，形成该脑区磁场的不均匀性（呈现梯度变化），而微观磁场梯度的变化会使磁共振信号增强而被侦测出来，并可用统计方法判断哪些脑区在这个过程中有信号的变化，从而可以精确找出是哪些脑区参与反应，这种信号增强程度与血液磁化率（血氧浓度）有关的fMRI又叫BOLD成像［2］。北美放射学协会（2011年）认为fMRI是一种对大脑没有伤害的诊断和研究方法，fMRI的操作是非介入性的、具有较高的空间分辨率，在一般的皮层区可达到1～2mm的分辨率。被广泛应用于认知神经科学研究领域，用来探讨人类认知过程与情绪活动的脑机制，对感知觉、注意、语言及言语等的脑功能定位进行研究［3］。fMRI的实验设计主要有两种类型：组块设计（Blocked Design）和事件相关设计（Event related Design）。组块设计特点是以组块的形式进行刺激，在每一个组块内同一类型的刺激反复、连续呈现，常用于功能定位；事件相关设计特点是随机化设计，常用于对行为事件的研究［4］。具体到听觉皮层的研究属于事件相关设计。

2　听觉皮层fMRI的研究进展

我们知道，人类的听觉中枢位于两侧颞叶的多个部位，从前向后依次为颞平面前极、颞横回、颞平面［5］；分为初级听觉中枢和次级听觉中枢，听觉皮层接收来自内侧膝状体的腹侧核单峰信号输入，而丘脑带状皮层接收来自外侧膝状体的跨模信号输入［6］；初级听觉中枢对声音反应的潜伏期极短，有特殊的细胞学和免疫染色特征，次级听觉中枢位于带状区(位于初级听觉中枢后方)、带旁区，对复杂声音有强反应，执行更高水平的听觉处理［7、8、9］。

声音强度变化对听觉中枢有影响，研究发现随振幅水平的提高两侧听觉中枢的激活明显增加，以初级听觉中枢为主，听觉中枢的激活体积明显增加［10、11］。

频率是声音的最基本的要素之一，不同频率的声音激活的区域很广泛，广泛分布于初级和次级听觉皮层。初级听觉中枢一般处理简单的声音激活，然后随着处理难度的增加向内外延伸，频率变化趋势的判断依赖于位于颞横回外缘的次级听觉皮层［12、13、14］。

听皮层对外界声刺激通过自身调控做出反应，产生听觉，但具体机理尚不完全清楚，两半球存在机能的不对称性,而表现出半球优势的特点,即偏侧化或不对称，与听皮层所接受的声音类型及听皮层本身的功能状态有关,同时听觉皮层亦可诱导而抑制听觉反应［15、16、17、18］。

有学者提出行听觉功能的fMRI研究时，采用稀疏采集方式有助于克服环境噪声的负面影响［19］。国内学者利用BOLD-fMRI技术探讨正常人听觉皮层功能，可满意显示听觉皮层的连接脑图；声刺激正常人大脑两半球听觉皮层时颞上回激活率最高，其次为颞中回、颞横回［20］。

3　感音神经性听力损失听觉中枢的特征

有学者通过动物实验研究，结果显示感音神经性听力损失与正常者颞叶的体积相似，未发现颞叶的萎缩，推测感音神经性听力损失听觉皮层的细胞不存在丢失现象，感音神经性听力损失后听觉传导通路及听觉皮层存在功能重塑及对噪音的适应性，重组发生于听觉皮层水平［21、22、23］。单侧感音神经性听力损失患者fMRI结果显示其内侧膝状体、下丘激活强度对侧大于同侧,而听觉皮层为同侧优势,听觉中枢具有可塑性；正常人及单侧突发性聋患者的静息态fMRI的功能连接均主要局限于听觉系统之内，耳聋发生后可对该网络产生影响［24、25］。

人工耳蜗植入前要对听觉通路进行评估，而中枢听觉皮层的直接、客观的评估有赖于fMRI及电生理技术,fMRI对重度感音神经性听力损失并怀疑伴有听觉皮层隐患行人工耳蜗植入术前筛选是有帮助的，因为该类患者有一部分行人工耳蜗植入效果是不理想的。SchmidtAnja M（2003年）等报告了35例行人工耳蜗术前通过行鼓岬电刺激后听觉皮层fMRI的改变 ，为评估听觉通路提供了术前评估的一种新思路［26］。有报道先天性巨细胞病毒感染是美国儿童听力损失最常见的非遗传的原因，每年约8000例，多由于听觉皮层受巨细胞病毒感染所致，fMRI能通过评估听皮质及听觉通路的完整性，来确定人工耳蜗植入的候选者及手术侧别；并报告1例21个月的女孩，巨细胞病毒感染后听力损失伴有脑白质病，通过fMRI评估后建议可以手术，手术后证实有效［27］。

有研究对建模聋猫行耳蜗植入后，fMRI观察显示听觉皮层在6个月内发生重塑现象［28］；语后聋人工耳蜗术后行fMRI显示双侧颞叶听皮层中有重组现象［29］；对语后聋人工耳蜗术后对声音记忆的感知进化及术后言语处理器使用调试都在探索中［30、31］。

1孔维佳,乐建新，熊新高,等.听觉通路完整性综合评估.临床耳鼻咽喉科杂志,2003,17（12）:705-708.

2Russell A Poldrack,PaulC Fletcher,Richard N Henson,et al. Guidelines for reportingan fMRI study.JNeuroImage.2008,40(2): 409-414.

3American College of Radiology&Radiological Society of North America.FunctionalMR Imaging(fMRI).JBrain,2011,5.

4Poldrack R.A.Region of interestanalysis for fMRI.Social Cognitive Affective Neurosci.2007,2(1):67-70.

5Deborah Ann,Hall Karima Susi.Hemodynamic imaging of the audi⁃tory cortex.JHandb Clin Neurol.2015,129(1):257-275.

6Storace Douglas,Higgins Nathan,Read Heather L.Thalamic labelpatterns suggest primary and ventral auditory fields are distinct core regions.JComp Neurol.2010,518(10):1630-1646.

7Schanwiesner Marc,Dechent Peter Voit,Dirk Petkov Christopher,et al.Parcellation of Human and Monkey Core Auditory Cortexwith fM⁃RIPattern Classification and Objective Detection of Tonotopic Gradi⁃entReversals.J.Cereb Cortex.2014,27(11):635-637.

8NourskiKV,SteinschneiderM,McMurray B,etal.Functionalorganiza⁃tion of human auditory cortex:investigation of response latencies through direct recordings.JNeuroimage.2014,101（7）:598-609.

9Massoudi R,Van Wanrooij MM,Versnel H,et al.Spectrotemporal re⁃sponse propertiesof core auditory cortex neurons in awakemonkey.J. PLoSOne.2015,10(2)：116-118.

10 HallAmee J,Lomber Stephen G.High-field fMRIreveals tonotopical⁃ly-organized and core auditory cortex in the cat.J.Hear Res.2015,37 (5):675-677.

11Malone Brian J,Beitel Ralph E,Vollmer Maike Heiser,etal.Spectral Context Affects Temporal Processing in Awake Auditory Cortex.J Neurosci.2013,33(22):9431-9450.

12Baumann Simon,Joly Olivier,Rees Adrian,etal.The topography of fre⁃quency and time representation in auditory cortices.J.Elife.2015,15 (4):493-496.

13Meredith MA,Allman BL.Single-unitanalysis of somatosensory pro⁃cessing in the core auditory cortex of hearing ferrets.Eur JNeuro⁃sci.2015,41(5):686-698.

14Malone BJ,Scott BH,Semple MN,et al.Encoding frequency contrast in primateauditorycortex.J.Neurophysiol.2014,111(11)：2244-2263.

15Reznik Daniel Ossmy,OriMukamel Roy.Enhanced auditory evoked activity to self-generated sounds ismediated by primary and supple⁃mentarymotor cortices.JNeurosci.2015,35(5):2173-2180.

16邓意红,陈贤明.听皮层半球优势的功能磁共振研究.中华耳科学杂志.2012,10(4):513-515.

17Carrasco A,Kok MA,Lomber SG.Effectsof coreauditory cortex deac⁃tivation on neuronal response to simple and complex acoustic signals in the contralateral anterior auditory field.JCereb Cortex.2015,25 (1):84-96.

18Fenoy Albert J,Severson Meryl A,Volkov Igor,etal.Hearing suppres⁃sion induced by electrical stimulation of human auditory cortex. JBrain Res.2006,1118(1):75-83.

19杨明,刘斌,滕皋军,等.听觉功能fMRI研究的实验设计.中国医学影像技术杂志.2008,11（3）：421-423.

20毛春丽,陈贤明,陈自谦,等.正常人听觉皮层BOLD-fMRI的研究.中国实用神经疾病杂志.2009,15（7）:902-904.

21Meredith MA.Allman BL.Early hearing-impairment results in cross⁃modal reorganization of ferretcoreauditory cortex.JNeural Plast.2012, 21(3):591-601.

22 Lau Condon Zhang,Jevin W McPherson,Bradley Pienkowski,et al. Long-term passive exposure to non-traumatic acoustic noise induces neuraladaptation in ratmedialgeniculatebody and auditory cortex.J. Neuroimage.2015,107(1):1-9.

23Cohen Y.Bennur S.Neural correlates of hearing in noise in macaque auditory cortex.JAcoustSoc Am.2014,135(4):21-51.

24 郭瑜,夏爽,王鹏辉,等.单侧感音神经性耳聋患者听觉传导通路变化的fMRI研究.临床放射学杂志.2011,35(6):543-545.

25朱新,黄志纯,刘斌,等.正常人及单侧突发性聋患者的静息态fMRI研究.中华耳科学杂志.2012,10(3):303-305.

26SchmidtAnjaM,Weber Benno P,Vahid MehdiZacharias Rene,etal. FunctionalMR imaging of the auditory cortex with electrical stimula⁃tion of the promontory in 35 deaf patients before cochlea implanta⁃tion.AJNRAm JNeuroradiol.2003,24(2):201-207.

27Weiss Joshua P Bernal,Byron Balkany Thomas J,Altman Nolan Jethanamest,etal.fMRIevaluation of cochlear implant candidacy in diffuse cortical cytomegalovirus disease.Laryngoscope.2012,122(9): 2064-2066.

28 Klinke R,Hartmann R,Heid STillein,etal.Plastic changes in theau⁃ditory cortex of congenitally deaf cats following cochlear implanta⁃tion.JAudiolNeurooto.2001,6(4):203-206.

29Lazard Diane S,Lee Hyo-Jeong,Truy Eric,etal.Bilateral reorganiza⁃tion of posterior temporal cortices in post-lingual deafnessand its re⁃lation to cochlear implant outcome.JHum Brain Mapp.2013,34(5): 1208-1209.

30Lazard D S,Giraud A L,Truy E Lee H J.Evolution of non-speech sound memory in postlingual deafness:implications for cochlear im⁃plant rehabilitation.JNeuropsychologia.2011,49(9):2475-2482.

31Lazard D S,Lee H J,GaeblerM Kell,etal.Processing in post-lingual deafness and cochlear implant outcome.J.Neuroimage.2010,49(4): 3443-3451.

App lication of fMRIin evaluation of auditory cortex in sensorineuralhearing loss

XIAZhongfang,ZHANGJie,WANGZhinan,XUZhongqiang,HUYanling,CHENXin,SHAO Jianbo
1DepartmentofOtorhinolaryngology,Wuhan Children’sHospital,Beijing Children’s HospitalGroup,Wuhan,430016.
2DepartmentofOtorhinolaryngology,Beijing Hospital,CapitalMedicalCollege,Bejing,100045.
3 DepartmentofCT/MRI,Wuhan Children’sHospital,Beijing Children’sHospitalGroup,Wuhan,430016
Corresponding author:SHAO Jianbo Email:shaojb2002@sina.com

Functionalmagnetic resonance imaging(fMRⅠ)is a new technology that is capable of showing brain functionalstatusby testingmagnetic field changes related to blood flow ing into cerebral cells,providing accurate information regarding structural and functional relations.At present,auditory cortex changes in sensorineuralhearing losshave become a hot research field.fMRⅠcan be an importantdirectand objective imagingmethod for assessmentof the central auditory cortex.This paper provides a review on the application of fMRⅠin evaluation of theauditory cortex in sensorineuralhearing loss.

functionalmagnetic resonance imaging fMRⅠ;sensorineuralhearing loss;auditory cortex

R764.431

A

1672-2922（2015）03-419-03

10.3969/j.issn.1672-2922.2015.03.008

夏忠芳，博士主任医师研究方向:小儿耳鼻咽喉

邵剑波e-mailshaojb2002@sina.com

2015-9-8)