0 前言

       斜视在临床上常见，主要以眼球运动和双眼视觉功能障碍为特征，患病率在0.5%～5%之间^[1]。共同性外斜视（concomitant exotropia, CE）是常见的斜视类型。斜视病因目前尚不明确，屈光参差、屈光不正、视觉剥夺等都可能影响双眼神经元的发育而损害双眼融合。目前手术是主要的治疗方式，术后患者近立体视觉恢复较好，但是大部分患者术后融合功能和远立体视觉功能恢复欠佳^[2]。初级视觉皮层（primary visual cortex, V1）是最基础的视皮层区域，是双眼整合的第一个部位，参与双眼视觉的形成。研究发现斜视猫猴V1区的双眼视觉细胞会减少，简单细胞和复杂细胞对视差的选择性降低^[3]，眼优势柱的神经元活动会减少^[4]。斜视患者脑功能会发生改变，如间歇性外斜视患者双侧顶叶上小叶和顶叶下小叶的皮质活动会增强^[5]，右侧枕叶复合体高视觉区域也会发生频率依赖性的低频振幅（amplitude of low-frequency fluctuation, ALFF）改变^[6]，斜视和弱视儿童患者多个脑区间存在半球间的功能连接（functional connection, FC）异常^[7]，且FC密度发生显著的改变^[8]。

       基于种子点的静息态FC（resting state FC, RSFC）是先定义一个脑区为种子点，然后提取种子点各体素血氧水平依赖（blood-oxygenation level dependent, BOLD）信号的时间序列，通过计算其与全脑其他体素的时间序列之间的相关性来实现FC计算的方法可研究不同脑区域之间神经活动连接。目前已成功应用于抑郁症、阿尔茨海默病、脑梗死及2型糖尿病的发病机制研究。且在眼科疾病中也有相关应用，如患有角膜溃疡、青光眼、视网膜静脉阻塞、糖尿病性视网膜病变及晚期失明的患者的V1与其他脑区的FC会发生改变^{[9, 10, 11]}。目前关于CE患者的V1的FC的研究较少，且说法不一。YAN等^[12]的研究提示CE患者的V1与其他皮质间存在普遍的FC增强，而ZHU等^[13]的关于CE及HE等^[14]关于间歇性外斜视的研究结果发现V1与其他皮质间的FC降低。本研究的目的是确定在CE个体中是否发生了V1的自发FC神经活动变化，可能有助于解释CE中双眼视功能受损及眼球运动障碍的潜在神经机制。

1 材料与方法

1.1 研究对象

       本研究采用回顾性研究方法，将2020年8月至2021年10月于江西省人民医院就诊的24例CE患者病例纳入CE组，从社会招募与CE组患者年龄、性别相匹配的24例健康对照（healthy controls, HC）者纳入HC组。本研究遵守《赫尔辛基宣言》，该研究方案得到了江西省人民医院医学伦理委员会的批准，批准文号：20212BAB216058。

       CE组纳入标准：（1）基于病史和临床检查诊断为CE，符合我国斜视分类专家共识（2015年）^[15]里CE的诊断标准；（2）立体视觉缺损（无视觉融合能力）；（3）最佳矫正视力≥1.0；（4）偏斜角度相等；（5）均为右利手。排除标准：（1）残余性或者连续性斜视、内斜视、非共同性斜视；（2）有眼部疾病或手术史。

       HC组纳入标准：（1）最佳矫正视力≥1.0，无任何眼病；（2）头颅MRI未发现脑实质畸形；（3）目前无精神状况异常；（4）能够接受MRI检查；（5）均为右利手。

       所有受试者均符合以下标准：（1）无MRI扫描禁忌证（如无心脏起搏器或植入金属装置等）；（2）无心脏病、高血压和脑部疾病。

1.2 扫描参数

       MRI扫描在3.0 T磁共振扫描仪（Discovery MR750W系统）上进行，具有8通道头颅线圈。用磁化准备快速梯度回波序列（magnetization prepared rapid gradient-echo, MPRAGE）获得全脑T1加权像（TR 8.5 ms，TE 3.3 ms，厚度1.0 mm，无相交间隙，采集矩阵256×256，FOV 240 mm×240 mm，翻转角12°）。静息态功能成像采用梯度回波平面成像（echo planar imaging, EPI）序列（TR 2000 ms，TE 25 ms，厚度3.0 mm，间隙1.2 mm，采集矩阵64×64，翻转角90°，FOV 240 mm×240 mm，体素大小3.6 mm×3.6 mm×3.6 mm，轴向35）。所有受试者均在闭眼且未入睡的情况下进行MRI扫描。

       所有受试者MRI图像均由我院同一位影像科副主任医生进行采集。

1.3 数据处理

       对图像进行预处理，所有预处理均使用脑成像数据处理与分析工具箱SPM 8（http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm）进行，它基于统计参数映射在MATLAB 2013a中实现（美国马萨诸塞州纳蒂克的MathWorks），简要包括以下步骤：（1）将原始的DICOM文件转换为NIFTI格式，丢弃每个受试者的前10个时间点的图像。（2）对剩余230个时间点的图像进行时间层校正、运动校正和重新对齐，排除头部运动超过2 mm或旋转超过2°的受试者的数据（没有受试者的数据被排除）。（3）将单个T1加权的结构图像配准到重新排列的EPI图像的平均值数据中，然后使用指数李代数（DARTEL,http://rfmri.org）差分解剖配准工具箱对结果对齐的T1加权图像进行分割。在蒙特利尔神经学研究所（Montreal Neurological Institute, MNI）空间以3 mm×3 mm×3 mm的体素大小对图像进行重采样。（4）以半峰全宽（full width at half maximum, FWHM）为6 mm的平滑核进行空间平滑。（5）去除具有线性趋势的数据，并采用低频滤波（0.01～0.10 Hz）。（6）采用线性回归分析，去除协变量（头动参数、平均帧位移、整体脑信号、来自白质信号和脑脊液的平均信号）。（7）回归出全局信号，得到全脑FC指数。

1.4 定义感兴趣区

       使用WFU PickAtlas软件（http://www.ansir.wfubmc.edu/）选择V1的每一侧，也称为Brodmann 17区（BA17），作为感兴趣区（region of interest, ROI）。定义BA17为ROI的步骤如下：（1）从TD（Talairach Daemon）图谱中选择BA17的两侧；（2）将左侧BA17的位置相交，以生成左侧初级视觉皮质的ROI；（3）用相同的方法得到右侧的ROI。然后分别对左侧和右侧的BA17进行FC分析，用Fisher的r-z变换对所有FC图进行z变换，以减少个体差异对群体统计比较的影响。

1.5 统计学分析

       使用SPSS 17.0进行独立的双样本t检验，比较两组间人口统计学资料的差异（P＜0.05为差异有统计学意义）；使用SPM 8进行双样本t检验，比较CE组和HC组之间FC图的差异。阈值在P＜0.001的体素水平和P＜0.05的簇水平认为差异有统计学意义，结果经高斯随机场校正。

2 结果

2.1 受试者基线资料

       CE组和HC组的人口统计学资料包括性别、年龄，两组间差异无统计学意义（P＜0.05）。详见表1。

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表1  两组间基线资料
Tab. 1  Baseline data between two groups

2.2 CE组和HC组的V1的FC差异分析

       在典型频带（0.01～0.10 Hz）的CE组和HC组的组水平中，左V1和右V1的平均FC分布模式如图1所示。与HC组相比，CE组个体双侧V1都与Cerebelum_7b_L之间的FC增强，差异具有统计学意义，其他脑区未见FC差异（GRF校正，体素水平P＜0.001，簇水平P＜0.05），见图2和表2。

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图1  CE组和HC组的平均FC值分布模式图。1A：在典型频段（0.01~0.10 Hz），CE组和HC组左侧V1的平均FC值分布模式图；1B：在典型频段（0.01～0.10 Hz），CE组和HC组右侧V1的平均FC值分布模式（颜色越亮表示组水平z-FC值越高）。CE：共同性外斜视；HC：健康对照；FC：功能连接；V1：初级视觉皮层。
Fig. 1  The average FC value distribution pattern of CE and HC group. 1A: In typical frequency band (0.01-0.10 Hz), average FC value distribution pattern of left V1 in CE and HC group; 1B: In the typical frequency band (0.01-0.10 Hz), the average FC value distribution pattern of the right side V1 of the CE and HC group (the brighter the color indicates, the higher the horizontal z-FC value of the group). CE: comitant exotropia; HC: healthy control; FC: functional connection; V1: primary visual cortex.

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图2  CE组与HC组FC差异脑区图。CE组和HC组之间左侧和右侧V1的FC差异有统计学意义（GRF校正，体素水平P＜0.001，簇水平P＜0.05）。红色区域代表CE组FC值高于HC组的脑区，双侧V1的差异脑区均主要位于Cerebelum_7b_L；图中色度条代表统计检验t值。CE：共同性外斜视；HC：健康对照；FC：功能连接；V1：初级视觉皮层。
Fig. 2  The difference of FC between the CE group and HC group. There is a significant difference in FC of the left and right V1 between CE groups and HC group (GRF correction, voxel level P＜0.001, cluster level P＜0.05). The red area represents that the FC value of the CE group is higher than that of the HC group, and the difference brain regions of bilateral V1 are mainly located in the chromaticity bar in the Cerebelum_7b_L; the chromaticity bar in the figure represents the t value of the statistical test. CE: comitant exotropia; HC: healthy control; FC: functional connection; V1: primary visual cortex.

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表2  基于种子的分析中两组之间双侧V1的FC有显著差异的脑区
Tab. 2  Brain regions with significant differences in bilateral V1 FC between the two groups in seed-based analysis

3 讨论

       本研究选择V1为ROI，通过分析其与全脑体素FC的情况，评估CE患者不同脑区与V1之间的自发神经活动的改变。结果显示与HC组相比，CE组个体的双侧V1与Cerebelum_7b_L之间的FC增加。据我们所知，本研究是首次提出了CE患者小脑下部FC的改变，提示了CE患者V1 FC的改变，为研究CE患者的双眼视觉功能损害的发病机制提供了参考。

3.1 CE患者脑损害的神经病理生理机制

       CE作为斜视的一种常见形式，其脑损伤的神经病理生理仍不明确，目前已知的是神经元连接在视觉皮质发育的关键期（即＜9岁）是极具可塑性的，在视觉发育早期存在的任何异常的视觉体验，如斜视和屈光参差，都可能改变眼睛对皮层神经元的输入的强度和组织，而导致长期的视觉损害（弱视）和V1的改变。而且近年来的研究发现CE患者存在着许多脑区功能的改变，包括枕叶、额叶、颞叶、大脑前回/后回及小脑等，尤其是视觉皮质及眼动区^{[5, 16]}。有研究提示斜视发生在初级视觉皮质的双眼抑制由γ-氨基丁酸介导。其中眼动区的改变包括额叶眼场，提示与CE患者的眼动功能有关

3.2 FC分析

       本研究结果提示CE个体的双侧V1与左侧小脑下部之间的FC增加，以往的研究未发现斜视患者此脑区的FC的变化。但是以往有研究发现小脑后叶的异常，有基于体素度中心度（degree centrality, DC）的研究提示CE患者右侧小脑后叶DC值降低^[16]。基于体素形态测量法的研究测得CE患者的左侧小脑后叶的白质体积降低^[17]。TAN等^[18]利用ALFF研究先天性CE自发性脑活动的局部特征，结果提示双侧小脑后叶的ALFF值较高。小脑参与眼球跳动及共轭眼球运动而且小脑后叶是精准眼球运动的执行关键^{[19, 20, 21]}，小脑中的动眼蠕虫（oculomotor vermis, OMV）在优化中心凹、眼球跳动和平稳追逐眼球运动这两种类型的运动学方面也起着关键作用^[22]。且有不少研究提示小脑不仅参与眼球运动，并且也参与深度知觉线索的加工^[23]。一个由后顶叶皮质、V5和小脑组成的脑小脑环被认为维持着关于视觉输入的内部模型。该理论认为小脑有助于预测动态知觉事件^[24]，且最近研究发现小脑后叶通过“大脑-小脑环路”参与调节了认知、情感和自主神经功能^[25]。而且大脑皮质中已知的视网膜定位区在功能上与小脑的节点相连，小脑也包含丰富的视觉信息^{[26, 27]}。与我们的研究结果相似的是最近XUE等^[28]使用功能连接性MRI估计人类小脑的详细组织，同样发现OMV与V1耦合。以上研究提示小脑不止参与调节运动功能。我们的结果提示CE个体的双侧V1与左侧小脑下部之间的FC增加，可能是CE患者的小脑进行了功能重组，但是神经功能成像分析很难区分是原因还是影响。我们讨论的发病机制是一个推测，并且本研究结果中未发现大脑区域FC的改变，因此需要更大的样本量进行进一步研究，以获得更有力的结论。

3.3 本研究的局限性

       首先，本研究的CES患者样本量较少，以后需增加样本量验证本结果是否具有普遍性；其次，CES患者具有不同的病程，可能会影响结果的准确性，应更加严格地区分不同条件的CES患者。

4 结论

       综上所述，本研究首次发现了CE患者的Cerebelum_7b_L FC的改变，提示CE患者的小脑下部可能为补偿眼球运动功能障碍或双眼视觉功能受损而进行了功能重组。为CE患者双眼视觉功能受损的神经病理机制提供参考。