腦卒中后半球間結(jié)構(gòu)及功能連接改變的研究進(jìn)展

1、腦卒中后半球間結(jié)構(gòu)及功能連接改變的研究進(jìn)展腦卒中是世界各地導(dǎo)致成年人殘疾的首要原因。2017年的全球卒中負(fù)擔(dān)報(bào)告曾指出盡管卒中的死亡率有所下降，但是全球所有年齡段因卒中而致殘的男性和女性的絕對(duì)人數(shù)都有所增加。腦卒中發(fā)生后，直接受損的大腦區(qū)域神經(jīng)細(xì)胞發(fā)生變性壞死。其他未直接受損的大腦區(qū)域在卒中后也會(huì)發(fā)生繼發(fā)變性或重組，導(dǎo)致整個(gè)大腦網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)及功能的廣泛改變。雙側(cè)大腦半球的網(wǎng)絡(luò)通過半球間結(jié)構(gòu)和功能連接進(jìn)行協(xié)調(diào)整合。卒中后，半球間結(jié)構(gòu)和功能連接也發(fā)生了廣泛的改變。這些改變與腦卒中后神經(jīng)功能的缺損及其隨后的恢復(fù)密切相關(guān)。評(píng)估這些改變可能在臨床上有助于監(jiān)測神經(jīng)功能的恢復(fù)。從實(shí)際操作的角度來看，可以在臨床使

2、用的磁共振掃描儀上進(jìn)行且不需要患者積極參與的擴(kuò)散張量成像（diffusiontensorimaging，DTI）和靜息態(tài)功能磁共振成像（restingstatefunctionalMRI，rs-fMRI）是評(píng)估卒中后結(jié)構(gòu)與功能連接改變的理想選擇。1.使用DTI評(píng)估半球間結(jié)構(gòu)連接的改變1.1DTI簡介DTI由Basser等在1994年首次提出，是在擴(kuò)散加權(quán)成像（diffusionweightedimaging，DWI）基礎(chǔ)上發(fā)展出的一種新的MRI技術(shù)，是當(dāng)前最常用的評(píng)估白質(zhì)纖維束結(jié)構(gòu)的檢查方法。擴(kuò)散是指分子的隨機(jī)不規(guī)則運(yùn)動(dòng)，DWI能檢測人體組織內(nèi)水分子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)。然而腦白質(zhì)纖維束內(nèi)的水分子擴(kuò)散運(yùn)

3、動(dòng)受鞘膜的影響，水分子更易沿著神經(jīng)纖維束走行的方向進(jìn)行擴(kuò)散，這種具有方向依賴性的擴(kuò)散即稱為擴(kuò)散的各向異性。DTI可以定量地評(píng)價(jià)水分子擴(kuò)散的各向異性，其主要的參數(shù)有平均擴(kuò)散率（meandiffusivity，MD）、徑向擴(kuò)散率（radialdiffusivity，RD）、軸向擴(kuò)散率（axialdiffusivity，AD）、各向異性分?jǐn)?shù)（fractionalanisotropy，F(xiàn)A）。目前文獻(xiàn)中最常用的參數(shù)是FA，它的變化范圍從01，多數(shù)研究中將FA作為白質(zhì)微結(jié)構(gòu)完整性的替代參數(shù)，0代表破壞的白質(zhì)纖維，1代表完整的白質(zhì)纖維。此外，利用DTI所獲得的數(shù)據(jù)可以進(jìn)行擴(kuò)散張量纖維束成像（diffusi

4、ontensortractography，DTT）。DTT可清楚顯示大腦白質(zhì)纖維束走行的方向和分布，從而使活體組織大腦白質(zhì)纖維束的體內(nèi)可視化得以實(shí)現(xiàn)，但DTT在顯示白質(zhì)交叉的區(qū)域時(shí)具有局限性。1.2腦卒中后半球間結(jié)構(gòu)連通性的改變左右兩側(cè)大腦半球的同源功能腦區(qū)之間由橫行的神經(jīng)纖維束聯(lián)系在一起，使大腦在功能上成為一個(gè)整體。胼胝體是兩半球間橫行神經(jīng)纖維束的匯集中心，因此多數(shù)關(guān)于半球間結(jié)構(gòu)連通性的研究均選擇胼胝體為感興趣區(qū)。即使卒中未發(fā)生在胼胝體，胼胝體的微結(jié)構(gòu)完整性也會(huì)在卒中后的數(shù)周及數(shù)月內(nèi)逐漸減低。在Gupta等的縱向研究中，在卒中后68周、1012周以及超過6個(gè)月3個(gè)時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行DTI掃描，結(jié)果顯

5、示胼胝體FA值隨時(shí)間推移逐漸下降。此外，在Radlinska等的研究中描繪了9例累及錐體束的卒中患者、6例不影響錐體束的卒中患者和6例短暫性腦缺血發(fā)作患者胼胝體FA值隨時(shí)間變化特點(diǎn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)累及錐體束卒中患者，經(jīng)胼胝體的運(yùn)動(dòng)纖維FA值逐漸下降，且與同側(cè)錐體束的損傷程度有關(guān)。在Liu等以慢性期卒中患者的研究中也發(fā)現(xiàn)，與正常對(duì)照組相比，累及皮質(zhì)脊髓束的慢性期卒中患者，胼胝體FA值顯著下降，并與6個(gè)月時(shí)發(fā)生變性的錐體束FA值呈正相關(guān)。這些研究結(jié)果表明，半球間結(jié)構(gòu)連接在卒中后也會(huì)發(fā)生變性，且這種改變與網(wǎng)絡(luò)內(nèi)其他結(jié)構(gòu)損傷密切相關(guān)。胼胝體的完整性的改變與運(yùn)動(dòng)功能改變密切相關(guān)。在健康個(gè)體中，胼胝體特定區(qū)域的

6、結(jié)構(gòu)完整性變化與雙手協(xié)調(diào)功能改變相關(guān)。在卒中患者中，胼胝體微結(jié)構(gòu)的改變也會(huì)影響殘余運(yùn)動(dòng)功能及恢復(fù)。Li等對(duì)13例缺血性卒中患者和15名健康對(duì)照受試者的腦部擴(kuò)散張量成像進(jìn)行了基于纖維束示蹤的空間統(tǒng)計(jì)分析（tract-basedspatialstatistics，TBSS），同時(shí)探討腦卒中患者胼胝體擴(kuò)散性變化與臨床評(píng)分的關(guān)系。結(jié)果顯示，與對(duì)照組相比，卒中患者的胼胝體FA值顯著降低。相關(guān)分析顯示，卒中患者的運(yùn)動(dòng)和神經(jīng)功能缺損評(píng)分與胼胝體FA值呈正相關(guān)。在慢性期腦卒中患者中，Chen等發(fā)現(xiàn)胼胝體運(yùn)動(dòng)纖維FA值較高的患者，運(yùn)動(dòng)功能評(píng)分較高。在Wang等使用多模態(tài)MR的研究中也發(fā)現(xiàn)，連接高階感覺運(yùn)動(dòng)區(qū)域的

7、胼胝體纖維變性是影響皮層下卒中后運(yùn)動(dòng)結(jié)果的相關(guān)因素。2.使用rs-fMRI評(píng)估半球間功能連接改變2.1rs-fMRI簡介rs-fMRI是1995年由Biswal等首次提出，其后廣泛使用于神經(jīng)領(lǐng)域的研究中。rs-fMRI反映的是無任務(wù)執(zhí)行及無刺激時(shí)大腦BOLD信號(hào)的自發(fā)活動(dòng)，具有操作方便、重復(fù)性好、信息穩(wěn)定可靠、可分析內(nèi)容多的優(yōu)點(diǎn)。rs-fMRI研究中常使用的方法和測量指標(biāo)有功能連接（functionalconnectivity，F(xiàn)C）、局部一致性、低頻震蕩幅度、半球等位功能和結(jié)構(gòu)連接、多變量模式分類等。靜息態(tài)功能連接分析是基于低頻振幅（0.1Hz）得到空間不相鄰的各腦區(qū)BOLD信號(hào)的時(shí)間一致性

8、。目前主要有4種不同的分析方法來進(jìn)行FC分析，包括種子點(diǎn)相關(guān)分析、獨(dú)立成分分析、聚類分析和基于圖的分析。2.2腦卒中后半球間功能連通性的改變目前使用rs-fMRI已確定了一些大規(guī)模靜息狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)，如感覺運(yùn)動(dòng)、默認(rèn)模式、執(zhí)行控制和注意力網(wǎng)絡(luò)等。然而以卒中患者為實(shí)驗(yàn)對(duì)象的許多研究測量的半球間FC均位于感覺運(yùn)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)，因此本節(jié)將集中討論腦卒中后感覺運(yùn)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)半球間FC發(fā)生的改變。較為一致的發(fā)現(xiàn)是幾乎所有患者在卒中后的初期都會(huì)出現(xiàn)半球間FC強(qiáng)度的下降。然而，卒中患者半球間FC動(dòng)態(tài)變化軌跡并不完全一致。在Golestani等的研究中，卒中后24h內(nèi)即可觀察到患者半球間功能連接明顯下降，神經(jīng)功能輕微受損的患

9、者一周內(nèi)半球間功能連接即可完全恢復(fù)。在另一項(xiàng)研究中，卒中后一周內(nèi)患者半球間FC明顯下降。從卒中一周后至一年內(nèi)，部分患者FC長期持續(xù)升高（1年）；有些患者的FC在最初出現(xiàn)快速增長，并在接下來的幾個(gè)月中保持在接近正常的水平；有些患者在一年內(nèi)沒有出現(xiàn)任何增長。腦卒中患者的半球間FC的動(dòng)態(tài)變化與運(yùn)動(dòng)功能的恢復(fù)密切相關(guān)。在卒中后急性期，多項(xiàng)研究曾發(fā)現(xiàn)同源運(yùn)動(dòng)區(qū)域之間的大腦半球間FC減少與急性期的運(yùn)動(dòng)功能缺損程度相關(guān)。在卒中后的數(shù)周至數(shù)月內(nèi)，少數(shù)縱向研究顯示FC的增強(qiáng)與運(yùn)動(dòng)功能的自發(fā)性恢復(fù)呈正相關(guān)。在卒中后的穩(wěn)定階段（卒中后1年），在一些運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)良好的患者中，同源運(yùn)動(dòng)區(qū)域之間FC恢復(fù)到正常水平，然而在

10、運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)較差的患者中FC保持在較低水平。有趣的是半球間FC在健康個(gè)體中也不是一成不變的，Vahdat等、Guerra-Carrillo等曾發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)和知覺訓(xùn)練后半球間功FC增強(qiáng)。近期的一些研究曾探索了卒中后治療干預(yù)對(duì)半球間FC的影響。在Fan等的研究中檢測了10例急性腦卒中患者在機(jī)器人輔助雙側(cè)手臂運(yùn)動(dòng)治療前后的半球間FC的變化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在機(jī)器人輔助雙側(cè)手臂運(yùn)動(dòng)治療后半球間FC有所增強(qiáng)，同時(shí)運(yùn)動(dòng)功能改善。此外，Lefebvre等研究也發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)學(xué)習(xí)與雙側(cè)經(jīng)顱直流電刺激相結(jié)合可以增加慢性卒中患者半球間FC強(qiáng)度。3.半球間功能連接與結(jié)構(gòu)連接之間的內(nèi)在關(guān)系在健康人群中，大腦的功能連接與結(jié)構(gòu)連接有密切的

11、關(guān)系。結(jié)構(gòu)連接的FA值與靜息態(tài)功能連接的強(qiáng)度呈正相關(guān)關(guān)系。卒中后，半球間功能連接的破壞至少部分是由連接纖維的結(jié)構(gòu)損傷所引起的。例如，Chen等發(fā)現(xiàn)半球間FC的破壞與DTI測量的經(jīng)胼胝體纖維束結(jié)構(gòu)損壞的數(shù)量有關(guān)。同樣，半球間功能連接增強(qiáng)也依賴于胼胝體白質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)完整性增強(qiáng)。在vanMeer等的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，分別于卒中前2d、卒中后3、7、21、49、70d對(duì)14只卒中大鼠進(jìn)行行為學(xué)測試和MRI測量，分別用rs-fMRI和DTI測量半球間功能連接（左右感覺運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)）和FA（胼胝體內(nèi)）。通過計(jì)算二者的相關(guān)系數(shù)，檢驗(yàn)半球間功能連接改變與結(jié)構(gòu)連接改變之間的相關(guān)性。結(jié)果發(fā)現(xiàn)卒中后連續(xù)時(shí)間點(diǎn)之間半球間功能連接強(qiáng)度的增加與FA（胼胝體）的增加呈正相關(guān)。然而，最近對(duì)運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)良好的慢性卒中患者進(jìn)行多模態(tài)MRI分析顯示，運(yùn)動(dòng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)半球間結(jié)構(gòu)連接損傷，可能伴隨著靜息態(tài)功能連接強(qiáng)度增高，作者認(rèn)為這可能反映了代償性或反應(yīng)性的腦可塑性。因此，半球間FC改變部分受白質(zhì)結(jié)構(gòu)的影響，但與結(jié)構(gòu)無關(guān)的變化似乎也有發(fā)生并與臨床恢復(fù)相關(guān)。4.展望卒中后，半球間結(jié)構(gòu)和功能連接變化的參數(shù)