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阅读障碍者的结构白质连接

文摘   2022-09-10 19:03  
目前对阅读的神经网络及其在阅读障碍中的缺陷的观点，主要支持证据来自功能神经影像学的研究。然而，了解阅读的结构组织及其在阅读障碍中的畸变需要一种形态学方法，但使用了这种方法的研究并没有提供一致的结果。在此，我们采用了全脑神经径路学的方法，在44名成年人的横向研究中，利用扩散MRI数据的个体局部连接组矩阵，研究了结构性白质连接与阅读技能和语音处理之间的关系。此外，我们还进行了定量各向异性辅助差分图，以发现阅读障碍中的结构性白质异常（23名阅读障碍者和21名匹配对照者）及其与阅读相关技能的相关性。连接测量分析表明，阅读技能和语音处理都与胼胝体（tapetum）、大镊子和小镊子以及双侧的小脑有关。此外，左背侧和右侧丘脑通路与语音处理有关。差异性道图分析显示，与对照组相比，诵读困难者的左侧腹侧路线和双侧背侧路线的结构性白质异常。胼胝体、大镊子、垂直枕叶筋、皮质脑和丘脑通路也有连接障碍。观察到的白质纤维束结构连接性改变的结果与较差的阅读技能和语音处理能力相关。目前的研究使用形态学的方法，为阅读相关的连接组的范围及其在阅读障碍中的畸变提供了新的证据。研究结果符合当前阅读和发育性阅读障碍的功能神经解剖学模型，但在阅读障碍的结构连接异常方面提供了新的网络级和神经束级证据，包括垂直枕叶纵束。

Sihvonen et al

阅读是一个复杂的认知过程，在这个过程中，个体通过解码书面文字符号来构建意义，这需要对感觉输入进行有效整合和加工，并使用复杂的神经网络。功能性神经影像学研究表明，阅读的神经网络包括左颞顶叶、枕颞叶和下额叶区以及右额颞区和小脑。

在高效阅读中，皮层加工的信息通过白质网络进行分配，白质通路形成连接空间分布的大脑区域的结构神经网络。在阅读网络中，额下回和颞顶叶区构成了一条背侧语音通路，枕颞区为腹侧正字法阅读通路。由于这些路径的解剖学位置，人们认为弓状束/上纵束支撑着背侧语音路径，额下回枕束和下纵束以及钩束支为腹侧正字法功能服务。此外，胼胝体被认为允许有效的半球间连接，并驱动左侧化阅读网络。但是，支持阅读的结构连接仍不清楚。

为了确定支持阅读的关键结构连接模式，关于发育性阅读障碍的研究—一种与正常智力和适当阅读指导无关的阅读技能障碍——引起了人们极大的兴趣。对阅读和阅读障碍的九项扩散张量成像（DTI）研究的回顾和元分析表明，与正常阅读者相比，患有阅读障碍的儿童和成人在左侧颞顶区和额叶区的分数各向异性（FA）较低。但是，采用最新方法的最新元分析未能重复这些发现，也没有报告阅读障碍者和正常阅读者之间的可靠差异。

评估白质连接的另一种常见方法是使用纤维束成像算法解剖特定通路。阅读障碍研究中研究最多的束是左弓状束，研究报告了阅读障碍患者长段连接额叶和颞叶区域的FA变化。但是，FA最近因其在呈现扩散过程方面的准确性而受到批评。与FA相比，利用定量各向异性（QA）的方法对交叉纤维和自由水的部分体积效应不太敏感，并且在纤维束成像中提供更好的分辨率。为了克服基于束和基于体素（TBSS）分析的常见局限性，最近引入了一种新的扩散MRI分析方法，称为连接测量法。连接测量分析利用QA，并显示出比传统TBS或基于轨迹的分析更高的灵敏度。它使用置换测试来识别与感兴趣的变量相关的白质束，最近被用于揭示失语症中单词产生的白质连接计量学。在阅读障碍中，连接测序方法已用于绘制支持儿童中文字符识别的白质束图。结果表明，阅读时更好的汉字识别与左侧腹侧束、胼胝体、双侧小脑束和丘脑束有关。但是，汉字识别可能无法挖掘语音加工的许多核心方面，例如语音意识和快速命名。
在本研究中，我们将阅读相关技能的综合神经心理学测试与扩散MRI连接测量相结合，以研究阅读技能与语音加工和白质连接之间的关系。此外，我们还建立了QA辅助的差异性脑束成像，提供了一种定量和客观的全脑脑束成像方法，以揭示阅读障碍中的结构性白质异常及其与阅读相关技能的相关性。基于之前的扩散MRI证据，我们假设阅读障碍中的连接异常以及阅读相关连接测量与位于额颞区、枕顶区以及胼胝体的左侧网络有关。

材料和方法
被试

44名右利手的芬兰母语被试完成了扩散磁共振成像，最终样本包括21名正常阅读者和23名阅读障碍者（表1）。阅读障碍和正常阅读者在阅读技能、语音加工、阅读技能和工作记忆的综合分数方面存在显著差异（表2）。
表1
表2
行为数据
神经心理学测试组用于评估所有被试的IQ、工作记忆、阅读和语音加工。为了减少与单个任务表现相关的分析次数和误差方差，我们计算了四个综合分数：1）阅读技能（准确性和速度；Cronbach's  = .87）：通过单词和假词阅读进行评估；2）语音加工（Cronbach's =.69）：包括“Pig Latin”、非词跨度和快速命名；3）使用韦氏记忆量表（WMS-III）子测验字母数排序和空间跨度评估工作记忆；4） 用WAIS-III子测验的相似性和词汇评估言语IQ（VIQ），用子测验的区块设计和推理评估PIQ。综合分数是阅读和语音加工的z转换测试分数的平均值，以及根据WMS-III中工作记忆指数和韦氏成人智力量表（WAIS-IV）中智商的PIQ、VIQ和完整智商（FIQ）的标准化测试分数平均值（表2）。
 
结果

阅读相关技能的连接测量

阅读技能与左侧扣带回和右侧穹窿、皮质脊髓和额叶皮质束以及双侧小脑存在显著正相关（FDR=0.14）（图1A）。此外，阅读技能与胼胝体、胼胝体辐射线枕部和胼胝体辐射线额部以及小脑中部的连接呈正相关。

语音加工与左侧弓状束（即长段）、右侧丘脑辐射和穹窿以及双侧小脑存在显著相关（FDR = 0.03）。（图1B）。此外，语音加工也与胼胝体、胼胝体辐射线枕部和胼胝体辐射线额部以及小脑中部的连接存在正相关。

图1
阅读障碍患者的全脑结构白质异常

与对照组相比，阅读障碍组左侧化网络中的白质连接减少（纤维计数=2794，平均长度=22.0 mm，平均QA差异=0.16）（图2A），在左侧钩束和双侧周围纵束、顶叶斜束（即弓状束的后段）、皮质-纹状体束、垂直枕束和丘脑辐射的QA降低（>20%）。此外，与对照组相比，阅读障碍组胼胝体和胼胝体辐射线枕部的QA减少。网络中较高的平均归一化QA与更好的阅读技能（r = 0.65，p < 0.001，Bonferroni校正）和语音加工有关（r = 57，p < 1.001，bonferoni校正）。

与对照组相比，阅读障碍组在左侧偏侧网络中的白质连接性增加（纤维计数=1864，平均长度=22.4 mm，平均QA差异=0.12）（图2B）。左侧上纵束和垂直枕束以及双侧皮质纹状体束的QA增加（>20%）。较高的平均归一化QA与较差的阅读技能（r = -.62，p < 0.001，Bonferroni校正）和语音加工（r = -.37，p = 0.012，Bonferoni校正）存在显著相关。

探索性分析评估了各组内显著束和两个综合z分数之间的相关性，结果表明，对照组的阅读技能更好，左钩束的平均归一化QA更高（r = 0.75，p < 0.001，未校正），右侧皮质纹状体束（r = 0.47，p = 0.030，未矫正）和胼胝体（r = 44，p = 1.044，未矫正），均属于结果网络。结果表明，与对照组相比，阅读障碍组的QA增加，对照组左侧垂直枕束的QA降低与更好的语音加工相关（r = -.51，p = 0.019，未纠正）。此外，在阅读障碍组中，对照组大于阅读障碍组的右上纵束中较高的平均归一化QA与更好的语音处理相关（r = 0.45，p = 0.031，未校正）。

图2
本研究试图在44名成年被试的样本中，使用扩散MRI连接测量法和阅读相关技能的严格神经心理学测试，确定与阅读技能和语音处理相关的白质通路。本研究结果提供了有关阅读相关连接组范围的信息，包括胼胝体和小脑以及左背束（语音加工）。本研究还揭示了关于阅读障碍中结构性白质畸变的争论，揭示了一个新的网络，包括左腹侧通路和双侧背侧通路以及胼胝体。

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