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脑桥梗死患者小脑-大脑动态功能连接改变的静息态功能磁共振研究

期刊:brain imaging and behaviorDOI:10.1007/s11682-024-00908-4

本研究由Xin Wang和Caihong Wang(共同第一作者)领衔,联合郑州大学第一附属医院、天津医科大学总医院、天津环湖医院等多家机构的研究团队共同完成,成果发表于《Brain Imaging and Behavior》期刊(2024年8月12日在线发表)。该研究聚焦脑桥梗死(pontine infarction, PI)患者的动态功能网络连接异常模式,通过多中心合作揭示了小脑-大脑环路在运动及认知功能障碍中的神经机制。

学术背景

脑桥作为连接大脑皮层与小脑的核心枢纽,其损伤可导致复杂的临床症状。既往研究表明,PI不仅引起运动功能障碍,还会伴随认知损害和情绪系统异常。尽管静态功能连接(resting-state functional connectivity, rsfc)分析已发现PI患者全脑网络异常,但动态功能连接(dynamic functional connectivity, DFC)的时空特性尚未明确。本研究旨在探索PI患者小脑分区与大脑皮层之间的DFC异常模式,并分析其与临床认知功能的相关性,为理解PI的神经机制提供新视角。

研究流程与方法

1. 研究对象与入组标准
研究纳入78例单侧PI患者(左脑桥梗死组LPI 46例,右脑桥梗死组RPI 32例)和50例健康对照(HCs),均通过3.0T磁共振扫描获取静息态功能磁共振成像(rs-fMRI)数据。入组标准包括首次发病、发病后超过6个月、年龄40-80岁等,排除了合并出血或精神疾病史的个体。

2. 数据采集与预处理
使用GE Discovery MR750和Siemens Trio Tim扫描仪采集数据,参数详见补充材料。预处理通过DPABI软件完成,包括去除前10个时间点、头动校正(排除位移>2mm或旋转>2°的个体)、空间标准化(MNI空间)及滤波(0.01-0.1 Hz)等步骤。

3. 小脑种子点定义与DFC分析
基于既往研究,选取13个小脑种子点(ROIs),覆盖执行网络(executive network)、默认模式网络(default-mode network, DMN)、情感-边缘网络(affective-limbic network)和运动网络(motor network)。采用滑动窗口法(窗口长度40 TRs,约80秒)计算DFC,并通过Pearson相关性生成小脑-大脑功能连接图谱。为验证结果稳健性,额外测试了30 TR和50 TR的窗口长度。

4. 行为学评估
通过Rey听觉词语学习测试(RAVLT)评估言语记忆功能(包括短期记忆VSTM和长期记忆VLTM),采用Flanker任务测试视觉注意力(反应时间Flanker-RT和准确率Flanker-ACC)。

5. 统计分析
使用SPSS 21.0进行人口统计学分析,组间DFC差异通过双样本t检验(校正年龄、性别等协变量)评估,显著性阈值设为GRF校正(体素水平p<0.001,簇水平p<0.05)。临床相关性分析采用Pearson或Spearman相关。

主要结果

1. 动态功能连接异常
- LPI组
- 执行网络:左侧小脑Crus II与右侧额下回三角部(IFGpt)连接增强。
- 默认模式网络:右侧小脑Crus I与右侧颞中回(MTG)连接增强。
- 运动网络:左侧小脑小叶V与右侧中央旁小叶(PCL)连接减弱。
- RPI组:仅发现右侧小脑Crus I与左侧眶额皮质(OFC)连接减弱。

2. 临床相关性
- LPI组中,左侧小叶V-PCL连接减弱与VSTM评分负相关(p=0.047),右侧Crus I-MTG连接增强与VLTM评分负相关(p=0.042),而HCs中该连接与VLTM正相关(p=0.036)。
- HCs中右侧Crus I-OFC连接与Flanker-ACC负相关(p=0.024),但此关联在RPI组中消失,提示PI患者存在功能连接-认知的“解耦”现象。

结论与意义

本研究首次系统揭示了PI患者小脑-大脑DFC的异常模式,尤其发现执行网络、默认模式网络和运动网络的连接紊乱与认知功能障碍显著相关。其科学价值在于:
1. 理论层面:证实PI可导致小脑-大脑环路的动态功能重组,为理解后颅窝卒中(subtentorial stroke)的神经机制提供了新证据。
2. 临床层面:异常DFC模式可能成为康复治疗的生物标志物,例如通过经颅磁刺激(TMS)靶向调控特定网络连接。
3. 方法学创新:结合滑动窗口分析与种子点法,突破了静态功能连接的局限性,更精准捕捉神经活动的时空动态特征。

研究亮点

  1. 多中心设计:整合三家医院数据,增强结果普适性。
  2. 动态连接分析:首次在PI中应用DFC技术,揭示时间维度上的网络波动。
  3. 侧别特异性:发现左右脑桥梗死对网络影响的差异,提示病灶位置的关键作用。
  4. 临床转化潜力:为个体化神经调控治疗提供靶点依据。

局限性与展望

样本量较小(尤其RPI组)、横断面设计及未纳入左利手患者是主要局限。未来需扩大样本并开展纵向研究,进一步验证DFC在预后评估中的价值。

(注:文中专业术语如“动态功能连接(DFC)”“默认模式网络(DMN)”等均在首次出现时标注英文原词,后续使用中文表述。)

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