額顳葉腫瘤患者手術(shù)前后大腦網(wǎng)絡(luò)特性研究

楊宇軒 陶 玲* 錢志余 薛 莉 郁 蕓

(南京航空航天大學(xué)自動化學(xué)院，南京 211106)

引言

神經(jīng)膠質(zhì)瘤是中樞神經(jīng)系統(tǒng)最常見的顱腦腫瘤，當(dāng)腫瘤生長在鄰近或累及腦皮質(zhì)功能區(qū)時，會造成患者認(rèn)知水平下降。大腦是一個有機功能作用的整體，其局部的病變不僅導(dǎo)致局部功能的改變，還間接地、次級地影響其他功能信息的傳遞模式，最終導(dǎo)致腦腫瘤患者的腦功能網(wǎng)絡(luò)的異常。手術(shù)是膠質(zhì)瘤的主要治療手段，臨床手術(shù)過程中通常認(rèn)為位于額葉、顳葉等區(qū)域的腫瘤屬于非功能區(qū)，為了最大程度地切除病灶，通常采用大范圍切除。神經(jīng)外科醫(yī)生通常根據(jù)臨床解剖學(xué)定位方法，避開很容易識別的“基本神經(jīng)功能區(qū)”，而對于解剖學(xué)上很難定位的“高級神經(jīng)功能中樞”則很少考慮；同時，大腦還存在其他次要區(qū)域的代償機制，以實現(xiàn)對某些認(rèn)知缺陷的彌補[1]，而這些區(qū)域一旦切除，會導(dǎo)致明顯的認(rèn)知功能障礙。因此，研究膠質(zhì)瘤患者術(shù)前大腦損傷的模式及術(shù)后可能存在的腦功能代償機制，可以為患者手術(shù)計劃的合理制訂提供幫助，在最大程度切除腫瘤的同時，有效地保護患者的重要功能區(qū)域，提高患者的手術(shù)成功率，為術(shù)后神經(jīng)功能的康復(fù)提供指導(dǎo)。

近10多年來，不同模態(tài)的神經(jīng)影像技術(shù)如結(jié)構(gòu)、彌散和功能磁共振fMRI已被廣泛應(yīng)用于大腦神經(jīng)功能損傷的研究中。現(xiàn)有的研究更多地關(guān)注少數(shù)幾個腦功能區(qū)之間或者一個腦功能區(qū)與全腦功能區(qū)域之間的相互依賴關(guān)系[2-3]，將大腦分解為6個內(nèi)源性網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)：默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)、背側(cè)注意網(wǎng)絡(luò)、視覺、聽覺、感覺運動區(qū)域和自我參照網(wǎng)絡(luò)[4]，分析腦腫瘤對功能分化的內(nèi)源性局部網(wǎng)絡(luò)的影響[5-6]。然而，人類大腦的功能活動基于兩個基本的組織原則：功能分化和功能整合。大腦作為一個整體系統(tǒng)，各個腦功能區(qū)如何相互作用、調(diào)節(jié)，僅依賴從系統(tǒng)功能模塊內(nèi)部之間的相互作用分析是不完整的，還需要從一個全局的大尺度角度進一步分析，探索腦功能網(wǎng)絡(luò)的工作機制和功能重組機制。基于此，本研究分別從腦功能組織的功能分化和整合原則出發(fā)，對額顳葉腫瘤患者的大腦局部功能和整體功能分別采用獨立成分分析(ICA)和小世界網(wǎng)絡(luò)分析(大尺度腦網(wǎng)絡(luò)分析)方法，探討腫瘤的病變對患者內(nèi)源性網(wǎng)絡(luò)的影響。目前相關(guān)方面的深入研究還未見報道。

默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)是人類靜息狀態(tài)時進行相關(guān)認(rèn)知活動的重要網(wǎng)絡(luò)，而感覺運動網(wǎng)絡(luò)是影響著人類進行日常活動的重要腦區(qū)。大量研究表明，大腦神經(jīng)性疾病會改變默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)[7]；臨床上典型的額顳葉膠質(zhì)瘤患者，常常表現(xiàn)為感覺運動功能的下降和行為上的認(rèn)知缺陷[6-8]。課題組前期的研究同樣發(fā)現(xiàn)，額顳葉腫瘤患者在默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)模塊和感覺運動網(wǎng)絡(luò)模塊上均表現(xiàn)為不同程度的異常。基于此，本研究階段著重分析患者靜息態(tài)功能網(wǎng)絡(luò)中的默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)和感覺運動網(wǎng)絡(luò)的異常變化。后續(xù)的研究將對其他的功能模塊做進一步的系統(tǒng)分析。

1 實驗數(shù)據(jù)與方法

1.1 數(shù)據(jù)采集及預(yù)處理

本研究的靜息態(tài)fMRI數(shù)據(jù)來源于南京腦科醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科，47例健康志愿者和9例腦額顳葉腫瘤患者(右側(cè)額葉腫瘤患者4例，右側(cè)顳葉腫瘤患者5例)，所有被試者均為右利手，采集的腦腫瘤患者數(shù)據(jù)包括術(shù)前、術(shù)后靜息態(tài)fMRI數(shù)據(jù)，額顳葉腫瘤數(shù)據(jù)見表1。數(shù)據(jù)采集采用SIEMENS MAGNETOM Trio Tim 3.0 Tesla磁共振成像儀，采用場回波-平面回波成像序列(EPI)在T1相同平面掃描。掃描參數(shù)：TR=2 000 ms，TE=30 ms，翻轉(zhuǎn)角90°，視野256 mm×256 mm，矩陣為64×64 mm，層厚為3 mm，共30層，采樣體素點為1。T1結(jié)構(gòu)像采集使用MPRAGE序列，掃描參數(shù)：TR=1 900 ms，TE=2.49 ms，層厚為1 mm，翻轉(zhuǎn)角9°，TI=900 ms，F(xiàn)OV=250 mm×250 mm，采集矩陣為256×256，體素為1 mm×1 mm×1 mm。功能圖像掃描方位完全同結(jié)構(gòu)像，共采集140個時間點。研究經(jīng)南京腦科醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會批準(zhǔn)通過。

采用SPM8軟件工具包(statistical parametric mapping, http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/)，對fMRI數(shù)據(jù)進行預(yù)處理，主要包括時序校正、頭動校正、空間標(biāo)準(zhǔn)化和空間平滑。采用帶通(0.01～0.08 Hz)進行濾波和去線性漂移處理。

1.2 腦功能網(wǎng)絡(luò)的提取

采用GIFT(http://icatb.sourceforge.net/)軟件，對所有被試的腦功能網(wǎng)絡(luò)進行分離。具體方法：對每個被試者fMRI數(shù)據(jù)預(yù)處理之后的數(shù)據(jù)進行空間獨立成分分析，根據(jù)GIFT軟件提供的基于最小描述長度準(zhǔn)則，估出最佳分解成分?jǐn)?shù)，本研究選擇了30個獨立成分，這樣就可得到30個獨立的腦激活圖以及對應(yīng)的時間序列。將每個空間腦圖標(biāo)準(zhǔn)化為z值，z值越大，激活就越顯著，功能連通越強，反之則表示激活程度減弱，連通強度降低。

根據(jù)默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)和感覺運動網(wǎng)絡(luò)所包含的主要功能分區(qū)[9]，在解剖模板(automated anatomical labeling, AAL)上提取相對應(yīng)的位置[9]，制成相對應(yīng)的默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)和感覺運動網(wǎng)絡(luò)模板。在所分離出的獨立成分中引入goodness-of-fit方法，挑選最優(yōu)默認(rèn)模式和感覺運動網(wǎng)絡(luò)：用一個模板匹配程序選擇與網(wǎng)絡(luò)模板最匹配的成分，該模板匹配程序主要是計算每個空間獨立成分中落在模板內(nèi)體素的ICA的z值的平均值與模板外體素的z值的均值之差，定義為擬合度值(goodness-of-fit scores)，選擇擬合度值最大的成分作為最匹配的空間成分，即可提取出相應(yīng)個體的默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)和感覺運動網(wǎng)絡(luò)。最后通過組內(nèi)單樣本分析，便可提取出正常健康者和腫瘤患者的默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)和感覺運動網(wǎng)絡(luò)。

1.3 腦小世界網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建

小世界網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建過程如圖1所示。首先，利用解剖AAL模板將大腦分割成90個腦區(qū)[10]，將每一個腦區(qū)定義為網(wǎng)絡(luò)的一個節(jié)點，對腦區(qū)進行編號；其次，對每位被試者的靜息態(tài)fMRI數(shù)據(jù)，計算每個時間點每個腦區(qū)的平均血氧水平依賴(BOLD)信號強度，得到90個腦區(qū)的BOLD信號的平均時間序列，再計算這90個時間序列兩兩之間的相關(guān)系數(shù)，爾后得到90×90的相關(guān)系數(shù)矩陣。最后，進行Fisher轉(zhuǎn)換，將相關(guān)矩陣轉(zhuǎn)換為二值連接矩陣。在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建出腦腫瘤患者與正常人的大腦功能網(wǎng)絡(luò)，再分別計算各網(wǎng)絡(luò)特性度量參數(shù)，從而研究大腦小世界網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)特性。

圖1 大腦小世界網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)建

1.4 核心節(jié)點的計算

網(wǎng)絡(luò)的基本結(jié)構(gòu)是節(jié)點和連線。網(wǎng)絡(luò)中存在的少量核心節(jié)點對網(wǎng)絡(luò)的全局信息傳遞效率起著非常重要的作用，其損失將會嚴(yán)重影響整個網(wǎng)絡(luò)的完整性和連通性，通常將這部分的節(jié)點定義為核心節(jié)點[11]。尋找核心節(jié)點是分析功能網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)。

介數(shù)中心度法和節(jié)點度法是目前定義核心節(jié)點常用的兩種方法[12]。在網(wǎng)絡(luò)中，節(jié)點度是通過某個節(jié)點的邊的數(shù)目并反映其與其他節(jié)點的連接情況，而介數(shù)中心度是網(wǎng)絡(luò)中任意兩個節(jié)點之間的最短路徑中通過某一節(jié)點的路徑所占的比例。顯然，介數(shù)中心度更能反映出該節(jié)點在信息傳遞中的重要性，因此本研究采用介數(shù)中心度法來求取大腦網(wǎng)絡(luò)的核心節(jié)點[13]。

為了進一步衡量節(jié)點在網(wǎng)絡(luò)整合效率和網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性中的重要性程度，引入易損性的概念[14]。易損性表示當(dāng)網(wǎng)絡(luò)中去除一個節(jié)點后，網(wǎng)絡(luò)的全局效率變化的大小。顯然易損性越大，該節(jié)點的破壞對整個網(wǎng)絡(luò)的影響程度越高。節(jié)點i的易損性表示為

(1)

對于一個用N×N鄰接矩陣E表示的網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)的全局效率Eglob表達為

(2)

式中，dij=min{Lij}指的是從一節(jié)點到另一節(jié)點所要經(jīng)歷的邊的最小數(shù)目。

1.5 數(shù)據(jù)處理流程

數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計分析流程如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)處理及統(tǒng)計分析流程

首先，采用ICA分析方法對正常對照組、患者術(shù)前組和術(shù)后組數(shù)據(jù)進行功能模塊分解，篩選出每個被試的默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)和感覺運動網(wǎng)絡(luò)對應(yīng)的成分，并采用單樣本t檢驗提取各組的功能激活區(qū)。其次，在正常對照組和患者組(術(shù)前)之間進行雙樣本t檢驗，在患者術(shù)前組和術(shù)后組之間進行配對雙樣本t檢驗，尋找兩組之間的顯著性差異。接著，構(gòu)建每個被試的小世界網(wǎng)絡(luò)，采用網(wǎng)絡(luò)特征度量參數(shù)對腦功能網(wǎng)絡(luò)特性進行分析；基于網(wǎng)絡(luò)特征度量參數(shù)，采用介數(shù)中心度法求出患者組手術(shù)前后和正常被試組的核心節(jié)點，并將這些核心節(jié)點進行腦區(qū)定位，進行比較分析。最后，為了觀察手術(shù)對具體功能區(qū)的影響，對大腦默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)和感覺運動網(wǎng)絡(luò)功能模塊中的核心節(jié)點進行分析，采用基于介數(shù)中心度值比較的方法，分析腫瘤患者手術(shù)前后大腦默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)和感覺運動網(wǎng)絡(luò)模塊中的網(wǎng)絡(luò)特性的改變，探索手術(shù)對默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)模塊和感覺運動網(wǎng)絡(luò)模塊中重要功能區(qū)的影響。

2 結(jié)果

2.1 大腦默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)和感覺運動網(wǎng)絡(luò)模塊

采用單樣本t檢驗(P<0.05)，得到每個被試的默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)和感覺運動網(wǎng)絡(luò)的空間分析圖，結(jié)果如圖3所示。其中，DMN表示默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)，SMN表示感覺運動網(wǎng)絡(luò)。可以看出，相對于健康組，患者組無論在手術(shù)前還是手術(shù)后，在兩個網(wǎng)絡(luò)模塊上的功能激活區(qū)均有不同程度的變化。

圖3 膠質(zhì)瘤患者和健康對照組組腦靜息態(tài)網(wǎng)絡(luò)模塊空間激活分布

采用雙樣本t檢驗(P<0.05)，得到患者組與健康組相比顯著性差異的腦區(qū)圖，結(jié)果如圖4所示。其中，MTG表示顳中回，SFGdor表示背外側(cè)額上回，MFG表示額中回，PreCG表示中央前回，IPL表示頂下緣角回；冷色表示患者組的功能連接強度相比健康組呈現(xiàn)降低趨勢，暖色表示患者組功能連接強度相比健康組呈現(xiàn)升高趨勢。相對于健康組，膠質(zhì)瘤患者默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)中顳中回和右側(cè)背外側(cè)額上回呈現(xiàn)降低的趨勢，而左側(cè)額中回呈現(xiàn)上升的趨勢。在感覺運動網(wǎng)絡(luò)中，左側(cè)頂下緣角回呈現(xiàn)上升的趨勢，而右側(cè)中央前回呈現(xiàn)下降的趨勢(見表2)。

表2 患者組與健康組相比顯著性差異的腦區(qū)(均值±標(biāo)準(zhǔn)差)

表3 患者組手術(shù)前后顯著性差異的腦區(qū)(均值±標(biāo)準(zhǔn)差)

圖4 患者組與健康組相比顯著性差異的腦區(qū)

采用配對雙樣本t檢驗(P<0.05)，得到患者組術(shù)前與術(shù)后相比顯著性差異的腦區(qū)圖，結(jié)果如圖5所示。其中，MTG表示顳中回，SFGdor表示背外側(cè)額上回，MFG表示額中回，PreCG表示中央前回，IPL表示頂下緣角回?？梢钥闯?，相對于術(shù)后，患者術(shù)前靜息態(tài)默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)中左側(cè)額中回和背外側(cè)額上回呈現(xiàn)上升的趨勢。而感覺運動網(wǎng)絡(luò)中呈現(xiàn)上升趨勢的腦區(qū)為左側(cè)中央后回和補充運動區(qū)，呈現(xiàn)下降趨勢的腦區(qū)則為右側(cè)緣上回(見表3)。

圖5 患者組手術(shù)前后顯著性差異的腦區(qū)

2.2 大腦小世界網(wǎng)絡(luò)特性

求出患者組手術(shù)前后和正常被試組的核心節(jié)點，并進行腦區(qū)定位，結(jié)果如圖6所示。圖中觀察到正常對照組的核心節(jié)點多集中在額葉部位，而腫瘤患者(腫瘤均在腦右側(cè))術(shù)前的核心節(jié)點發(fā)生明顯偏移，多集中在左側(cè)，可認(rèn)為是腫瘤的存在使得核心節(jié)點向?qū)?cè)移動。術(shù)后右側(cè)核心節(jié)點顯著增多，可以認(rèn)為是手術(shù)后被腫瘤抑制的節(jié)點又重新激活。

表4 大腦小世界網(wǎng)絡(luò)特性對比分析

圖6 患者組術(shù)前術(shù)后以及正常對照組的核心節(jié)點對比。(a)術(shù)前;(b)術(shù)后;(c)正常對照組

2.3 大腦功能模塊上的節(jié)點分析

由于選取的患者腦腫瘤在右側(cè)，手術(shù)后腫瘤的切除使得右側(cè)腦區(qū)整體活動變得強烈，介數(shù)中心度值升高(術(shù)前：0.012 5±0.000 5，術(shù)后：0.018 4±0.001 0)；左側(cè)腦區(qū)整體活動變得緩和，介數(shù)中心度值降低(術(shù)前：0.018 0±0.001 1，術(shù)后：0.012 2±0.000 6)。

對腫瘤患者手術(shù)前后大腦默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)和感覺運動網(wǎng)絡(luò)模塊介數(shù)中心度進行對比，結(jié)果如圖7、8所示。由圖可見，腫瘤對默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)中的后扣帶回影響最大，而且術(shù)后各個腦區(qū)右側(cè)的數(shù)值較術(shù)前都有所上升，左側(cè)腦區(qū)的數(shù)值有所回落。術(shù)后感覺運動模塊中主要的功能區(qū)的介數(shù)中心度值較術(shù)前都有所上升，而患者的臨床測試結(jié)果也顯示，患者術(shù)后的運動理解能力較術(shù)前有明顯提高。

圖7 術(shù)前、術(shù)后默認(rèn)模式腦網(wǎng)絡(luò)介數(shù)中心度對比

圖8 術(shù)前、術(shù)后感覺運動網(wǎng)絡(luò)介數(shù)中心度對比

3 討論

研究發(fā)現(xiàn)，膠質(zhì)瘤患者的默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)和感覺運動網(wǎng)絡(luò)模塊都存在異常連接，表明腫瘤對大腦功能網(wǎng)絡(luò)造成了明顯的功能損害。手術(shù)后，默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)和感覺運動網(wǎng)絡(luò)表現(xiàn)為左側(cè)腦區(qū)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)值下降，右側(cè)腦區(qū)(病灶)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)值提高，可以認(rèn)為病灶半球經(jīng)過手術(shù)后，被病灶抑制的節(jié)點可能被重新激活，使得患者經(jīng)過一段時間康復(fù)治療后，在臨床上表現(xiàn)為認(rèn)知障礙得到改善。膠質(zhì)瘤患者術(shù)前、術(shù)后以及對照組均符合小世界網(wǎng)絡(luò)特性，但患者組的術(shù)后腦功能網(wǎng)絡(luò)的小世界屬性低于術(shù)前，說明術(shù)后病人的腦功能網(wǎng)絡(luò)整體聚合能力下降。通過大腦網(wǎng)絡(luò)全局參數(shù)的對比分析發(fā)現(xiàn)，患者組術(shù)后的簇系數(shù)較術(shù)前明顯下降。簇系數(shù)用于衡量網(wǎng)絡(luò)的局部集團化程度，患者術(shù)后的簇系數(shù)變小，可以認(rèn)為是醫(yī)生在進行臨床手術(shù)切除腫瘤時破壞了腫瘤周圍的腦區(qū)組織，使得被破壞的腦區(qū)的局部集團化程度減弱，與周圍腦區(qū)的信息交流也隨之減弱。核心節(jié)點的研究發(fā)現(xiàn)，患者術(shù)前核心節(jié)點向?qū)?cè)正常半球偏移，術(shù)后被病灶抑制的節(jié)點重新激活。該結(jié)果和大腦功能模塊的分析結(jié)果一致。

3.1 大腦功能模塊

膠質(zhì)瘤患者的默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)模塊中，顳中回和背外側(cè)額上回的功能連接強度較健康組顯著降低。Price在對綜述語言的理解和表達進行研究時發(fā)現(xiàn)，有意義的言語會導(dǎo)致左側(cè)顳中回的激活[15]；相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，右側(cè)背外側(cè)額上回在工作記憶中的推理和長時間記憶提取中有著至關(guān)重要的作用[16]。根據(jù)這一結(jié)果，膠質(zhì)瘤患者可能會出現(xiàn)言語理解和記憶功能的障礙。在本研究中，選取的患者為右腦腫瘤，患者在左側(cè)額中回的激活程度較健康組呈上升趨勢，考慮到腫瘤對右側(cè)額中回功能區(qū)的破壞，可以認(rèn)為腫瘤患者在左側(cè)對應(yīng)區(qū)域出現(xiàn)了功能代償現(xiàn)象。膠質(zhì)瘤患者的感覺運動網(wǎng)絡(luò)模塊中，右側(cè)中央前回和右側(cè)中央溝蓋較健康組激活程度顯著下降。中央前回是感知運動的關(guān)鍵腦區(qū)，腫瘤對右側(cè)腦區(qū)中中央前回功能的破壞是造成患者運動障礙的關(guān)鍵。

在對患者手術(shù)前后的默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)模塊和感覺運動網(wǎng)絡(luò)模塊對比分析中發(fā)現(xiàn)，術(shù)前左側(cè)腦功能區(qū)的激活程度顯著高于術(shù)后，而術(shù)后右側(cè)腦區(qū)的激活程度高于術(shù)前。由于患者的腫瘤均在右側(cè)，術(shù)前腫瘤的存在對右側(cè)腦區(qū)產(chǎn)生了抑制作用，在左側(cè)發(fā)生了代償；而術(shù)后右側(cè)腦區(qū)的激活程度高于術(shù)前，可能是因為腫瘤的切除，使得受腫瘤影響的右側(cè)腦區(qū)重新得到一定程度的激活。本研究結(jié)果和相關(guān)文獻的研究結(jié)果一致：Holodny等研究表明，當(dāng)大腦受到損傷時，能夠進行自發(fā)的大腦半球的功能代償[17]；Cabeza則通過認(rèn)知正常的年輕人和認(rèn)知下降的老年人以及認(rèn)知正常的老年人做比較，發(fā)現(xiàn)認(rèn)知正常的老年人通過潛在的對側(cè)功能區(qū)的激活，彌補了認(rèn)知功能缺失的問題[18]。

3.2 小世界網(wǎng)絡(luò)特性

大腦功能網(wǎng)絡(luò)是個抽象的網(wǎng)絡(luò)，相關(guān)研究發(fā)現(xiàn)，人腦具有小世界屬性，小世界網(wǎng)絡(luò)具有較大的簇系數(shù)和較小的平均路徑長度[19]。在本研究中，膠質(zhì)瘤患者組的術(shù)后腦功能網(wǎng)絡(luò)的小世界屬性低于術(shù)前，說明術(shù)后病人的腦功能網(wǎng)絡(luò)整體聚合能力下降。He等的研究發(fā)現(xiàn)，即使大腦功能發(fā)生改變，其網(wǎng)絡(luò)仍具有較高的拓撲學(xué)效應(yīng)，具有小世界網(wǎng)絡(luò)特性，且大腦的小世界屬性受損傷程度的影響，損傷越嚴(yán)重，小世界屬性破壞越明顯[20]。相關(guān)研究表明，不同類型的腦疾病將會造成大腦功能的紊亂，必然導(dǎo)致大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)核心節(jié)點位置的改變。核心節(jié)點的研究發(fā)現(xiàn)，患者術(shù)前核心節(jié)點向?qū)?cè)正常半球偏移，術(shù)后被病灶抑制的節(jié)點重新激活。該結(jié)果和大腦功能模塊的分析結(jié)果一致。

3.3 大腦功能模塊上的節(jié)點分析

Wallentin等的研究發(fā)現(xiàn)，左側(cè)顳中回在運動語言方面起著重要作用[21]。在圖6中，術(shù)后的左側(cè)顳中回(MTG.L)參數(shù)小于術(shù)前的值，可以認(rèn)為是手術(shù)造成大腦結(jié)構(gòu)的破壞所導(dǎo)致的。Enatsu和Parisi等人的研究中發(fā)現(xiàn)，后扣帶回(PCG)和前扣帶回(ACG)在大腦網(wǎng)絡(luò)中起到重要的連接作用[22-23]。圖6中ACG.L、PCG.L的數(shù)值在術(shù)后明顯下降，而這兩個腦區(qū)右側(cè)術(shù)后的值較術(shù)前有所回升，且PCG.L在術(shù)前的值明顯高于PCG.R。由于病例組中均為右側(cè)腦腫瘤，并且后扣帶回(PCG)在大腦的活動中起到至關(guān)重要的作用，說明腦腫瘤對右側(cè)重要功能區(qū)的活動起到一定的抑制作用，但在左側(cè)相應(yīng)腦區(qū)得到一定程度的代償，術(shù)后右側(cè)的重要功能區(qū)被重新激活。

Nakajima等人指出輔助運動區(qū)(SMA)對動作具有記憶功能，且術(shù)后病人的輔助運動區(qū)(SMA)都出現(xiàn)一定的功能補償[24]。圖7中，病人術(shù)后的SMA值都比術(shù)前大，這體現(xiàn)出手術(shù)后SMA活動更為活躍。Costanzo發(fā)現(xiàn)右側(cè)頂下緣角回(IPL.R)的激活會提高文字識別能力[25]。圖7中，不論是術(shù)前還是術(shù)后左右IPL的值都有所上升。根據(jù)南京腦科醫(yī)院提供的病人測試評分表發(fā)現(xiàn)，術(shù)后對病人記憶相關(guān)的測試和對文字理解的測試分?jǐn)?shù)較術(shù)前均有所上升，本研究結(jié)果和臨床測試結(jié)果一致。

綜上所述，患者術(shù)后的默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)和感覺運動網(wǎng)絡(luò)表現(xiàn)為左側(cè)腦區(qū)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)值下降，右側(cè)腦區(qū)(病灶)網(wǎng)絡(luò)參數(shù)值提高，這是因為病灶半球經(jīng)過手術(shù)后，被病灶抑制的節(jié)點可能被重新激活，使得患者經(jīng)過一段時間康復(fù)治療后，在臨床上表現(xiàn)為認(rèn)知障礙得到改善。由南京腦科醫(yī)院提供的臨床測試評分發(fā)現(xiàn)，本研究中患者術(shù)后的認(rèn)知評分較術(shù)前有所提高，這同樣說明，雖然手術(shù)對大腦認(rèn)知模塊產(chǎn)生了一定程度的影響，但由于大腦高級神經(jīng)皮層的可塑性和重組性，導(dǎo)致大腦高級神經(jīng)活動發(fā)生功能代償和功能恢復(fù)現(xiàn)象，使得患者的認(rèn)知障礙在術(shù)后可以得到康復(fù)。

3.4 患者手術(shù)前后大腦損傷機制分析及后續(xù)研究

綜上所述，本研究從大腦功能分化和功能整合兩個角度分析了膠質(zhì)瘤患者手術(shù)前后的大腦損傷機制。基于功能分化的研究，發(fā)現(xiàn)腫瘤的存在對額顳葉腫瘤患者的默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)和感覺運動網(wǎng)絡(luò)造成了明顯的功能損害，但在病灶對側(cè)大腦正常半球出現(xiàn)了功能代償現(xiàn)象。手術(shù)后受損的右側(cè)腦區(qū)的激活程度較術(shù)前明顯提高，可能是因為腫瘤的切除使得受腫瘤影響的右側(cè)腦區(qū)重新得到一定程度的激活。上述研究表明，大腦作為一個有機功能作用整體，其局部的病變雖然導(dǎo)致了局部功能的改變，但由于大腦高級皮層功能的可塑性，大腦受損功能可以在非病灶區(qū)得到代償，也就是說大腦內(nèi)部的突觸、神經(jīng)元之間可以建立新的連接，從而以某一處的功能代替病灶區(qū)的功能。

基于功能整合的角度，大腦任何一個復(fù)雜的功能及其可塑性變化都并非以大腦皮層代表區(qū)的形式存在，而是以復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的形式存在?；诖耍狙芯吭诠δ芊只幕A(chǔ)上，采用大尺度網(wǎng)絡(luò)特性和網(wǎng)絡(luò)參數(shù)分析技術(shù)，對手術(shù)前后患者的網(wǎng)絡(luò)動態(tài)特性(高級神經(jīng)功能區(qū))進行了研究。研究發(fā)現(xiàn)，相比正常對照組，腫瘤患者表現(xiàn)了更強的簇系數(shù)和小世界屬性，并且術(shù)前的簇系數(shù)和小世界屬性較術(shù)后更強。就網(wǎng)絡(luò)整體信息傳輸而言，腦腫瘤改變了正常大腦原來的傳輸路徑，使得一些腦區(qū)間原本可以直接進行信息傳輸?shù)穆窂较?，筆者認(rèn)為腫瘤患者之所以表現(xiàn)出更強的簇系數(shù)和小世界屬性是因為人腦的結(jié)構(gòu)進行了重塑，腦區(qū)尋找非病灶區(qū)的其他盡量短的路徑進行信息傳輸，導(dǎo)致腦功能重組，在非病灶區(qū)出現(xiàn)功能代償，因此在臨床測試評分中并未表現(xiàn)出明顯的認(rèn)識障礙。術(shù)后腦腫瘤患者的簇系數(shù)和小世界屬性下降，說明手術(shù)對患者的認(rèn)知產(chǎn)生了影響，使得部分功能得到抑制。術(shù)前核心節(jié)點向?qū)?cè)正常半球偏移，從而在非病灶區(qū)可能出現(xiàn)腦功能代償現(xiàn)象；術(shù)后被病灶抑制的節(jié)點重新激活，使得患者經(jīng)過一段時間康復(fù)治療后，在臨床上表現(xiàn)為認(rèn)知障礙得到改善。因此，神經(jīng)醫(yī)生在做手術(shù)計劃時，不僅要關(guān)注解剖學(xué)上的核心腦區(qū)，同時要關(guān)注出現(xiàn)代償現(xiàn)象的非核心腦區(qū)，以及術(shù)后可能被重新激活的重要腦區(qū)。

下一步的工作將進一步結(jié)合臨床認(rèn)知評分量表，建立患者個體認(rèn)知損傷和功能代償機制的分析模型，將患者受損腦區(qū)、核心腦區(qū)、代償腦區(qū)和術(shù)后可能被激活的腦區(qū)通過可視化技術(shù)進行直觀顯示。

4 結(jié)論

本研究基于靜息態(tài)fMRI數(shù)據(jù)，研究了腦腫瘤患者術(shù)前術(shù)后腦功能網(wǎng)絡(luò)的改變，及腫瘤對默認(rèn)模式網(wǎng)絡(luò)和感覺運動網(wǎng)絡(luò)的影響。通過提取腦腫瘤患者手術(shù)前后和正常對照組的大腦靜息態(tài)默認(rèn)系統(tǒng)模塊和感覺運動模塊，發(fā)現(xiàn)腫瘤病灶對大腦內(nèi)源性網(wǎng)絡(luò)的兩個模塊造成了明顯的損害，并且手術(shù)后患者在兩個模塊上的損傷較手術(shù)前更明顯。通過構(gòu)建腦功能網(wǎng)絡(luò)并分析網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，發(fā)現(xiàn)正常人和腦腫瘤患者的腦功能網(wǎng)絡(luò)均符合小世界特性，腦腫瘤患者的小世界特性比正常人弱。通過計算正常人及腫瘤患者術(shù)前、術(shù)后的核心節(jié)點，對比分析發(fā)現(xiàn)，腫瘤患者的核心節(jié)點向腫瘤對側(cè)偏移，術(shù)后被抑制的節(jié)點可能被重新激活。通過比較分析患者術(shù)前、術(shù)后默認(rèn)模式腦網(wǎng)絡(luò)和感覺運動網(wǎng)路中腦區(qū)的具體變化，發(fā)現(xiàn)腫瘤對病人的認(rèn)知能力和運動能力有一定的影響，手術(shù)后有一定改善，并且根據(jù)測試評分表發(fā)現(xiàn)術(shù)后的認(rèn)知測試情況較術(shù)前有所改善。

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