导读要点
神经影像学研究已证实中枢神经系统在耳鸣的发生发展过程中起着关键性作用，但其真正的神经病理学机制至今尚未明确。功能磁共振成像（fMRI），特别是静息态fMRI技术已广泛应用于探寻神经生理学机制的研究。在耳鸣领域，已有大量研究采用静息态fMRI探讨临床耳鸣患者的中枢神经异常活动。然而，由于临床耳鸣患者的异质性较大，极大限制了对耳鸣神经机制的深入研究。陈宇辰博士和RichardSalvi教授基于fMRI与电生理技术，构建大鼠耳鸣脑网络模型，揭示耳鸣潜在的中枢神经机制，为寻找耳鸣明确的发病机制提供一定的参考价值。英文原文发布于年elife（IF9.），并被ScienceDaily等网站转载，称该研究为突破性科学进展。
（熊彬彬）
实验方法
1水杨酸钠诱导大鼠耳鸣的神经电生理实验
采用白噪声（50ms,50-70dBSPL）1-2次/s诱发听觉皮层反应。时刻观察神经场电位变化，当监测到声诱发听觉皮层反应最大时，停止调节微电极。
纯音诱发皮层反应，持续时间为4ms，峰谷时间为1ms，声音强度变化在0-dB区间变化，间隔为10dB，刺激间隔时间为0ms，重复次。
大鼠腹腔注射水杨酸钠溶液mg/kg，分别记录注射前和注射后2小时听觉皮层、内侧膝状体和下丘的电生理反应。
2水杨酸钠诱导大鼠耳鸣的fMRI实验
大鼠经腹腔注射乌拉坦麻醉后俯卧于小动物磁共振扫描床上，以牙钩和两侧耳杆固定其头部。应用动物生理检测仪监测大鼠血氧饱和度及呼吸、心跳频率，并通过磁共振兼容的温控及通风系统维持整个扫描过程中大鼠生理状态的稳定。
大鼠注射水杨酸纳之前，首先采集基线期的磁共振数据。采集完成后，模型组腹腔注射mL/kg的水杨酸钠溶液，对照组注射等量的生理盐水，于2小时后再次采集磁共振数据。
采用德国Bruker公司7.0T小动物磁共振扫描仪采集结构和功能磁共振数据，使用大鼠专用头线圈。扫描序列包括定位相、T2WI冠状位及EPI序列。
分别选取听觉皮层（ACx）、内侧膝状体（MGB）和下丘（IC）三个听觉中枢作为种子点，由9个体素组成，在全脑范围内检测与其功能活动存在显著相关的脑区。
首先提取种子点脑区的平均时间序列，并与全脑各像素点的时间序列作相关性分析，得到的Pearson’s相关系数经过Fisher-Z值转换以提高数据分布的正态性。
得到的脑功能连接图进行组间双样本t检验（Alphasim校正，p0.，最小体素10）形成统计结果图。
结果
大鼠腹腔注射水杨酸钠2小时后听觉皮层、内侧膝状体和下丘在低分贝声强（60dB）的局部场电位（LFP）阈值增加20dB左右。听觉皮层、内侧膝状体和下丘在高分贝声强（60dB）的LFP振幅增加，其中听觉皮层增加幅度最大（图1）。
图1：大鼠腹腔注射水杨酸钠溶液（mg/kg）前和注射后2小时的听觉皮层（A）、内侧膝状体（B）和下丘（C）的LFP振幅变化。
通过比较2小时水杨酸钠建模组和生理盐水对照组，结果显示：注射水杨酸钠2小时后大鼠的全脑功能连接增强。
以听觉皮层（ACx）为种子点，存在几个脑区与听觉皮层的功能连接增加，包括内侧膝状体（MGB）、下丘（IC）、杏仁核（AMY）、网状结构（RN）、小脑第四叶（CB4）以及小脑绒球（PFL）。
以内侧膝状体为种子点，发现与听觉皮层和海马（HIP）的功能连接增强；以下丘为种子点，则发现内侧膝状体和海马的功能连接增强（图2）。
图2.大鼠注射水杨酸钠2小时后分别与听觉皮层（ACx）、内侧膝状体（MGB）及下丘（IC）的功能连接增加区域。AMY:杏仁核；RN:网状结构；CB4:小脑第四叶；PFL:小脑绒球；HIP:海马。
讨论
本研究首次通过结合神经电生理学和静息态fMRI技术构建揭示耳鸣中枢神经环路机制的动物模型（图3），阐明了耳鸣听觉中枢-边缘系统脑网络机制，为进一步深入地揭示耳鸣潜在的中枢神经机制提供重要参考价值。
图3：水杨酸钠诱导大鼠耳鸣模型的听觉与非听觉中枢的功能连接网络示意图。ACx:听觉皮层；MGB:内侧膝状体；IC:下丘；AMY:杏仁核；RN:网状结构；CB4:小脑第四叶；PFL:小脑绒球；HIP:海马；CN:耳蜗核；Cochlea:耳蜗。
神经电生理实验和静息态fMRI实验均发现注射水杨酸钠2小时后大鼠的听觉皮层、内侧膝状体和下丘的神经元活动增强，包括局部场电位振幅和功能连接的增加。
以往电生理研究已发现大鼠在清醒或者麻醉状态下注射水杨酸钠后听觉皮层、内侧膝状体和下丘在高分贝声强的情况下神经活动增加。
Wallhausser-Franke等发现大剂量水杨酸钠（mg/kg）可导致大鼠听觉皮层和内侧膝状体的神经元c-fos染色增强。人或大鼠的PET研究均表明噪声、年龄或药物引起的耳鸣与听觉皮层、内侧膝状体和下丘增加的代谢活动有关。
而临床耳鸣患者的fMRI研究也发现听觉皮层、内侧膝状体、下丘等听觉中枢的神经元活动异常。以上研究都集中反映听觉通路的激活在耳鸣中的关键作用。
实际上，听觉与非听觉中枢共同参与耳鸣的发生发展过程。本研究通过静息态功能连接方法发现非听觉中枢脑区与听觉中枢的功能连接增强，如杏仁核、海马、小脑和网状系统。
首先，杏仁核与海马属于边缘系统结构，与情感认知密切相关，而目前研究已证实边缘系统也参与耳鸣的中枢神经机制。神经电生理实验表明水杨酸钠诱发杏仁核与海马的神经元活动增强。
而Wallhausser-Franke等发现水杨酸钠致杏仁核与海马的神经元c-fos染色增加。通过结构MRI发现耳鸣患者的杏仁核与海马的灰质体积减小。
而我们的fMRI研究也发现耳鸣患者听觉皮层、前额叶皮层至海马、杏仁核环路有向功能连接的增强（图4）。因此，边缘系统在耳鸣产生与维持的过程中扮演重要角色。
图4.与健康对照相比，耳鸣患者的杏仁核与海马等边缘系统脑区存在异常的有向功能连接改变，包括听觉皮层、额叶皮层、前扣带回等非听觉脑区。红色代表双侧听觉皮层，蓝色代表双侧海马，绿色代表双侧杏仁核。
小脑除了与维持机体运动平衡有关，其蚓部和绒球也与声音传导通路有关。Brozoski等通过锰增强的MRI发现小脑蚓部和绒球的异常激活与耳鸣活动相关。
Bauer等发现切除小脑绒球可以减轻噪声诱发耳鸣的感受。声音信息传入耳蜗并上升至听觉皮层的过程中，小脑绒球可能起着增益调控的作用，与耳鸣的门控机制有关。
而大脑网状结构是接受耳蜗核和下丘大量神经传入的重要神经元兴奋中心。Koch等已证实网状结构与杏仁核的协同作用可以增加听觉惊跳反射的幅度，证明了大鼠耳鸣后听觉惊跳反射活动的增强。
因此，网状结构的神经活动增强可能部分参与耳鸣的神经传导通路。小脑与网状结构如何参与耳鸣的发病过程尚需神经电生理等实验的进一步证实。
在听觉传导通路上，神经传导从耳蜗经耳蜗核到达下丘，而水杨酸钠使下丘至内侧膝状体的神经功能连接增强，同时内侧膝状体至听觉皮层的功能连接也增强。
听觉皮层作为耳鸣神经功能网络的主要中心节点还包含另外三条非听觉中枢相关的神经网络：听觉皮层-杏仁核，听觉皮层-小脑，听觉皮层-网状结构。
首先，听觉皮层与杏仁核功能连接的异常代表耳鸣与焦虑、烦躁、恐惧等情感因素相关。
听觉皮层与小脑半球或绒球功能连接的增加可能与耳鸣听觉通路的门控机制有关。
听觉皮层与网状结构的连接网络为耳鸣神经兴奋性的增加提供必要的渠道，包括注意力或意识的增强、觉醒和唤醒等。
而听觉通路中海马与内侧膝状体及下丘功能连接的增强可能涉及对耳鸣声音的记忆等相关机制。因此，耳鸣存在一个复杂的、涉及多脑区多功能的神经网络。
结论
综上所述，本研究通过结合神经电生理学和静息态fMRI技术探讨水杨酸钠诱导大鼠耳鸣模型的脑网络机制。该网络主要由听觉中枢（听觉皮层、内侧膝状体、下丘）及非听觉中枢（杏仁核、小脑、海马、网状结构）构成，反映出耳鸣在听觉、情感、认知、记忆等多方面的功能障碍，进一步深入阐明了耳鸣的神经病理生理学机制，将为耳鸣的发病机制及临床诊疗评估提供重要的影像学证据和靶点。
参考文献：
1.ChenYC,…SalviR*,TengGJ*.Tinnitusandhyperacusisinvolvehyperactivityandenhancedconnectivityinauditory-limbic-arousal-cerebellarnetwork.Elife.;4:e.
2.ChenYC,…SalviR,YinX*.Tinnitusdistressislinkedtoenhancedresting-statefunctionalconnectivityfromthelimbicsystemtotheauditorycortex.HumBrainMapp.;38(5):-.
作者简介
陈宇辰
----------医院医学影像科，博士，博士后
美国纽约州立大学布法罗分校访问学者
江苏省医学会放射学分会神经学组秘书
江苏省第五期“高层次人才”第三层次培养对象
江苏省六大高峰人才
江苏省科教强卫医学青年人才
江苏省科协青年科技人才托举工程
发表SCI论文40余篇，总IF，包括DiabetesCare，elife，HumanBrainMapping等国际权威期刊
主持国家自然科学基金等多个科研项目
主要研究方向为耳鸣的中枢神经影像学机制
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