双侧大脑半球间功能连接与脑卒中运动康复

摘要

背景及目的：　　缺血性脑损伤不仅导致病灶累及的局部脑区和纤维束发生急性损伤，也造成一系列继发损伤,包括细胞凋亡、炎症反应、神经机能联系不能和神经退行性变等。因此，脑卒中患者不仅存在病灶本身的变化，还存在一系列继发改变，包括病灶周围和具有连接基础的更广泛的功能网络水平的结构和功能改变，甚至发生在健侧大脑半球。研究表明尽管脑卒中致残率很高，但多数患者在发病后几周至几个月不论是否有临床干预均存在不同程度的功能康复。目前研究认为这种运动功能自发康复是相关脑区功能重组的结果。首先，脑卒中运动损伤患者中病灶对侧初级感觉运动皮层在康复过程中变化显著，但是其在康复过程中的作用是促进还是阻遏依然存在争议。本研究第一部分从纵向的角度探索病灶对侧感觉运动皮层静息态功能连接在皮层下脑卒中后运动康复中的动态变化以及与运动康复的关系。其次，一系列研究发现脑卒中后运动损伤患者在感觉运动网络存在双侧大脑半球间功能连接的显著改变，但是其他脑区功能连接是否也有这种动态变化规律，以及这种变化是否参与损伤后运动功能重组目前还缺乏进一步研究。本研究第二部分应用同源体素功能连接（voxel-mirrored homotopic connectivity，VMHC）分析皮层下脑卒中患者双侧大脑半球同源脑区间功能连接与正常人的差异及纵向变化规律，并研究这种变化规律与功能康复的关系。最后，感觉运动网络内双侧大脑半球间功能连接变化对脑卒中后运动功能恢复有重要意义已经在多项研究及本文前两部分中得到证实，但是这种变化的潜在机制及其与结构损伤的关系仍未知。尽管功能连接分析在组水平得到大量认可，但是至今没有对于功能连接在个体水平纵向变化的研究。本研究第三部分旨在结合皮质脊髓束损伤情况分析脑卒中后双侧大脑半球间功能连接在个体水平纵向变化。　　对象及方法：　　本研究入组19名首发缺血性脑卒中患者，均为单发皮层下运动通路损伤病灶伴显著运动功能损伤，同时纳入19名性别、年龄匹配的健康人作为正常对照组。应用西门子3.0T磁共振扫描仪依次于患者发病后1周、2周、1月、3月及1年分五次采集静息态功能影像数据，并且使用运动力指数（motricity index，MI）作为对相应时间点运动康复状态的评估指标。　　1.病灶对侧感觉运动皮层被定义为健康对照进行动手任务时激活最强体素为核心的脑区。静息态功能数据的预处理、功能连接分析及统计采用基于Matlab平台开发的SPM8软件及REST软件包。预处理后的静息态功能影像数据以病灶对侧感觉运动皮层为种子点与感觉运动皮层其他体素计算功能连接，应用混合效应模型（Linear Mixed-Effect Model）计算得到其静息态功能连接随着发病后时间显著变化的脑区，并统计分析其与运动力指数纵向变化的相关性。　　2.静息态功能数据采用DPARSFA工具包进行预处理、VMHC计算及结果统计。之后采用ANOVA统计分析方法比较患者与正常对照VMHC存在差异的脑区，并应用混合效应模型计算得到VMHC随着病程显著变化的脑区，并分析其与运动力指数纵向变化的相关性。　　3.选取符合入组条件的五个时间点采集完整的6名患者以及与其性别年龄完全匹配的健康对照6名，在脑卒中患者病后1周内、2周、1月、3月及1年设5个时间点纵向跟踪采集静息态功能影像数据及DTI数据并评估相应运动康复状态。针对DTI数据使用感兴趣区方法提取脑桥下端相对分数各向异性（rFA）作为皮质脊髓束（corticospinal tract，CST）华勒氏变性程度指标。静息态功能数据采用DPARSFA工具包进行预处理、VMHC分析及结果统计。最后在个体水平同时分析VMHC随时间线性变化显著脑区及早期减低显著脑区随时间变化曲线。另外我们也尝试了两种不同的标准化方法并观察其对结果的影响。　　实验结果：　　1.相较于正常对照，患者病灶对侧感觉运动皮层与双侧大脑半球初级感觉运动皮层的功能连接均表现为急性期减弱之后随着病程逐渐增强，并于1年后恢复到接近正常水平。同时我们发现脑卒中患者双侧大脑半球初级感觉运动皮层之间静息态功能连接的动态变化与MI值变化呈显著正相关。而病灶对侧大脑半球内初级感觉运动皮层之间静息态功能连接的动态变化与MI值变化不存在相关性。　　2.脑卒中患者与正常对照相比VMHC显著减低的脑区包括基底节、丘脑、初级运动皮层、顶上小叶、顶下小叶、缘上回、角回、前额叶、颞中回；脑卒中患者颞下回较正常对照组VMHC显著增高。同时我们发现初级运动皮层、顶下小叶、楔前叶、小脑、杏仁核的VMHC在脑卒中患者中随病程显著线性增强；而颞下回的VMHC随发病时间线性减低。进一步发现这些VMHC的随时间线性变化与MI值变化具有显著相关性。　　3.脑卒中患者皮质脊髓束rFA在发病早期逐渐减低，并于三个月后达到稳定。脑卒中患者感觉运动网络内VMHC随病程线性增强的脑区为初级运动皮层和运动前区；脑卒中急性期VMHC较对照减低显著脑区主要为初级感觉运动皮层。分析脑卒中后VMHC纵向变化情况发现急性期（TP1、TP2）均有所减低并与损伤情况无明显规律，康复较好患者亚急性期（TP3）出现反弹，慢性期缓慢增长，其中于TP4达到接近正常水平的患者康复较好。　　结论：　　1.本研究纵向描绘病灶对侧感觉运动皮层的静息态功能连接变化规律，并提示双侧大脑半球初级感觉运动皮层之间静息态功能连接的增强可能促进脑卒中患者运动功能康复。　　2.皮层下脑卒中后双侧大脑半球同源脑区间功能连接较正常人发生显著变化，这种差异不仅发生在运动直接相关脑区，也发生于认知相关脑区，并且运动相关脑区和认知相关脑区具有不同的动态演变模式。双侧大脑半球间功能连接在脑卒中患者运动功能康复中有重要作用。　　3.本研究纵向描绘个体水平感觉运动皮层VMHC及皮质脊髓束rFA变化规律，对组水平研究进行了补充验证，表明不同康复程度患者双侧大脑半球间静息态功能连接具有不同的变化模式。

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缩略语/符号说明

前言

一、研究现状、成果

二、研究目的、方法

一、病灶对侧感觉运动皮层静息态功能连接在皮层下脑卒中后运动康复中的作用

1.1研究对象和方法

1.2结果

1.3讨论

1.4小结

二、皮层下脑卒中后双侧大脑半球同源脑区间功能连接动态研究

2.1研究对象和方法

2.2结果

2.3讨论

2.4小结

三、双侧大脑半球间功能连接和脑卒中后康复：基于个体水平研究

3.1研究对象和方法

3.2结果

3.3讨论

3.4小结

全文结论

论文创新点

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

综述:脑卒中后自发康复机制研究进展

致谢