腦卒中后運動功能障礙與連接半球間同位腦區(qū)的胼胝體結(jié)構(gòu)損傷相關(guān)

郭苗，徐國軍，余秋蓉，王鶴瑋，尹大志，孫莉敏，寧瑞鵬，劉凡，范明霞*

單側(cè)皮質(zhì)下病變導致腦卒中出現(xiàn)對側(cè)肢體偏癱，尤其是上肢及手的運動功能障礙會嚴重影響患者的生活自理水平[1]。越來越多的研究證實單側(cè)皮質(zhì)下腦卒中運動功能的恢復與受損半球功能活動的正?；涂绨肭蚧顒拥闹匦缕胶庥嘘P(guān)[2-3]。因此，了解腦卒中偏癱患者半球間功能和結(jié)構(gòu)變化與臨床運動行為學改變的關(guān)系，將有助于更深入理解腦卒中半球間失衡的作用機理，以期更好地指導臨床中康復治療工作。

神經(jīng)影像學早期研究發(fā)現(xiàn)，左右大腦半球相同起源的神經(jīng)元具有極其穩(wěn)定的自發(fā)活動同步性[4]。Stark等[5]在大腦中選取112 個區(qū)域(左右對稱，各56個)，證實了雙側(cè)大腦半球間同位區(qū)域功能連接較其他連接模式(雙側(cè)半球間異位腦區(qū)、健側(cè)半球內(nèi)及患側(cè)半球內(nèi))連接強度更大。本課題組曾采用體素鏡像同倫功能連接(voxel-mirrored homotopic connectivity，VMHC)研究初步發(fā)現(xiàn)，單側(cè)皮質(zhì)下腦卒中在全腦水平上存在著廣泛的同位腦區(qū)功能連接降低，涉及雙側(cè)感覺運動區(qū)、前額葉、顳葉、頂葉、小腦等區(qū)域[6]。有研究也揭示腦卒中偏癱患者的感覺運動網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的同位腦區(qū)功能連接與上肢運動功能最為相關(guān)[3,7]。近期有研究進一步發(fā)現(xiàn)，腦卒中患者雙側(cè)初級運動皮質(zhì)(primary motor cortex，M1)的功能連接和其經(jīng)胼胝體的M1-M1 神經(jīng)纖維束的微結(jié)構(gòu)變化均與上肢運動功能障礙的嚴重程度有關(guān)[8-9]。運動功能恢復良好的腦卒中患者的病灶側(cè)M1 至病灶對側(cè)M1 的有效功能連接也依賴于雙側(cè)M1 潛在解剖結(jié)構(gòu)連接的完整性[10]。不過，現(xiàn)有研究只關(guān)注了某一腦區(qū)(例如M1)經(jīng)胼胝體神經(jīng)纖維束微結(jié)構(gòu)的改變。對于其他更多半球間同位腦區(qū)的功能活動是否受到與其對應(yīng)相連的經(jīng)胼胝體纖維束微結(jié)構(gòu)損傷的影響，及其與運動行為學功能損傷的關(guān)系均不清楚。

神經(jīng)科學研究認為，腦結(jié)構(gòu)是功能連接的基礎(chǔ)，尤其是當存在結(jié)構(gòu)連接時，結(jié)構(gòu)完整性與功能連接的強度具有高度一致性[11]。腦卒中后半球間功能連接所對應(yīng)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)會發(fā)生什么變化？這是本研究感興趣并想要回答的問題。本研究嘗試基于高分辨經(jīng)胼胝體纖維束模板(trancallosal tract template，TCATT)，對比分析一組單側(cè)皮質(zhì)下腦卒中和健康對照組的半球間連通大腦皮質(zhì)多個同位腦區(qū)的經(jīng)胼胝體纖維束微結(jié)構(gòu)改變。本研究推測:(1)與腦卒中導致半球間多個同位腦區(qū)功能連接異常相似，該組患者多個同位皮質(zhì)腦區(qū)經(jīng)胼胝體纖維束微結(jié)構(gòu)連接可能也會出現(xiàn)普遍異常改變；(2)皮質(zhì)下腦卒中患者的胼胝體異常改變可能源于運動通路上皮質(zhì)脊髓束損傷所導致的繼發(fā)性變性損傷；(3)除了雙側(cè)M1 經(jīng)胼胝體的解剖連接微結(jié)構(gòu)變化與運動行為學表現(xiàn)具有相關(guān)性之外，其他同位腦區(qū)可能也具有類似關(guān)系。本研究擬揭示單側(cè)卒中病變導致半球間同位腦區(qū)功能連接失衡的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)變化及其與運動功能障礙的關(guān)系，將有助于更加全面理解腦卒中偏癱患者半球間結(jié)構(gòu)變化在腦重塑的全局整合效應(yīng)中的作用。

1 材料與方法

1.1 受試者信息

本研究為一項前瞻性、探索性的橫斷面觀察研究。卒中組招募于2020 年7 月至2022 年1 月間在復旦大學附屬華山醫(yī)院康復科治療的皮質(zhì)下腦卒中患者。納入標準：(1)首次發(fā)病皮質(zhì)下單側(cè)腦梗死或腦出血，病灶主要位于內(nèi)囊或基底節(jié)區(qū)；(2)發(fā)病時間≥3 個月；(3)存在上肢或手功能運動障礙；(4)所有患者無明顯認知功能障礙，所有患者認知功能量表評測均≥27 分；(5)年齡在35～70 歲之間；(6)愛丁堡利手問卷確認為右利手。排除標準：(1) MRI 掃描禁忌證或幽閉恐懼癥；(2)意識不清、癲癇、失語；(3)酒精、藥物濫用或神經(jīng)精神病史等；(4)參與任何實驗性康復或藥物研究。另外，篩選入組43 名年齡相匹配的右利手健康受試者。納入標準包括：(1)年齡在40～70 歲之間；(2)頭顱常規(guī)MRI 掃描未見異常病灶；(3)無明顯認知功能障礙。排除標準同卒中組。

本實驗研究經(jīng)過復旦大學附屬華山醫(yī)院和華東師范大學倫理委員會批準(批準文號：HR 393-2020)，所有受試者在入組本課題研究時以及做磁共振掃描前均已簽署知情同意書。華山醫(yī)院康復醫(yī)學科的一名醫(yī)生在MRI 掃描當天評定腦卒中患者上肢運動功能評分(Fugl-Meyer Assessment of Upper Extremity，F(xiàn)M-UE)。Fugl-Meyer 評估表是腦卒中臨床和科研療效評判中應(yīng)用最為廣泛的運動學評估方法。其中上肢運動包含33 個評估項目，上肢運動功能評分總分為66 分，各單項評分全部完成為2 分，部分完成為1 分，不能完成為0 分。醫(yī)生根據(jù)受試者最后的評分對其運動障礙嚴重程度進行評定[12]。

1.2 磁共振數(shù)據(jù)采集

本研究中磁共振數(shù)據(jù)采集于上海市磁共振重點實驗室(華東師范大學)的西門子Trio 3.0 T 磁共振成像掃描儀。數(shù)據(jù)采集前為受試者戴上一次性防噪聲耳塞。為了固定頭部并減少頭動，用海綿墊固定受試者頭部，同時告知受試者在影像數(shù)據(jù)采集過程中，盡量身體放松并保持頭部靜止不動。

所采集的磁共振數(shù)據(jù)包括：高分辨T1WI結(jié)構(gòu)像，常規(guī)T2WI結(jié)構(gòu)像，彌散張量成像。具體掃描序列和參數(shù)如下：(1) T1WI采用快速梯度回波序列，進行矢狀位三維成像，TR 2530 ms，TE 2.34 ms，F(xiàn)OV 240 mm×240 mm，采集層數(shù)192 層，層厚1 mm，層間距0.5 mm，翻轉(zhuǎn)角7°，采集矩陣256×256。(2) T2WI采用快速自旋回波序列進行橫斷位成像，TR 6000 ms，TE 93 ms，F(xiàn)OV 220 mm×220 mm，采集層數(shù)30 層，層厚5 mm，無層間距，采集矩陣320×320。(3) DTI采用單激發(fā)平面回波序列進行橫斷位成像，TR 6100 ms，TE 110 ms，F(xiàn)OV 256 mm×256 mm，采集層數(shù)40 層，層厚3 mm，無層間距，翻轉(zhuǎn)角90°，采集矩陣128×128，累加次數(shù)average=2，彌散梯度方向30 個，b 為1000 s/mm2，采用并行采集技術(shù)(2倍)加快成像速度。

1.3 數(shù)據(jù)處理

1.3.1 數(shù)據(jù)預處理

本研究使用FSL (http://fsl.fmrib.ox.ac.uk/fsl)和PANDA (http://www.nitrc.org/projects/panda)軟件包進行DTI數(shù)據(jù)的處理。預處理流程包括：(1)數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，檢查圖像質(zhì)量；(2)渦流和頭動校正圖像，BET工具去除非腦組織；(3)利用dtifit工具擬合計算彌散指標各向異性分數(shù)(fractional anisotropy，F(xiàn)A)值；(4)之后使用flirt 線性配準工具將FA 圖像經(jīng)3D-T1WI 圖像配準至MNI (Montreal Neurological Institute)標準空間，并使用6 mm半高全寬的高斯核對圖像進行空間平滑。

FA 值反映白質(zhì)神經(jīng)纖維束的完整性，介于0～1之間，F(xiàn)A值越大表明白質(zhì)纖維束完整和神經(jīng)傳導暢通，如果出現(xiàn)軸突和髓鞘損傷，則FA值下降[13]。

1.3.2 32 對經(jīng)胼胝體的同位皮質(zhì)腦區(qū)的解剖連接微結(jié)構(gòu)計算

為了識別經(jīng)胼胝體的同位皮質(zhì)腦區(qū)的解剖連接微結(jié)構(gòu)，本研究采用了以往研究提出的TCATT 進行后續(xù)分析，TCATT 選自人類連接組計劃(http://www.humanconnectomeproject.org)中100 名健康受試者的高分辨率的擴散光譜成像數(shù)據(jù)，從自動解剖標記分區(qū)中確定左右半球32 對同位腦區(qū)，對左右半球間經(jīng)胼胝體白質(zhì)通路進行概率性纖維束追蹤，共得到32 對同位通路[14]。這32 條通路包含的同位腦區(qū)有：感覺運動區(qū)(初級運動皮質(zhì)、背側(cè)運動前區(qū)、腹側(cè)運動前區(qū)、初級感覺運動區(qū)、輔助運動區(qū)、輔助運動前區(qū))，前額葉(額下回三角部、額下回蓋部、額下回眶部、額中回、額上回、外側(cè)眶回、內(nèi)側(cè)額回、嗅皮層、內(nèi)側(cè)眶前回、眶前回、直回、內(nèi)側(cè)眶回)，頂葉(緣上回、頂下小葉、角回、頂上小葉、中央旁小葉)，顳葉(顳上回、顳中回、顳下回)和枕葉(楔葉、枕上回、枕中回、距狀裂、舌回、枕下回)。首先，將該模板包含同位腦區(qū)的32 條神經(jīng)纖維束配準到MNI 空間模板；隨后，沿MNI 模板的軸向方向以長和寬都為8 mm 的平行平面識別出胼胝體，并制作成二值化模板(CCmask)；接著，由CCmask 獲取32 個位于胼胝體上中矢狀面區(qū)域的感興趣區(qū)(region of interest，ROI)；最后將這32 個ROI 配準到每個受試者的FA 值圖像上，提取胼胝體纖維中矢狀面區(qū)域相應(yīng)位置的FA 值。以M1 為例，圖1 展示雙側(cè)M1 經(jīng)胼胝體神經(jīng)束的中矢狀面區(qū)域。

圖1 雙側(cè)M1 經(jīng)胼胝體神經(jīng)束的中矢狀面區(qū)域。1A:MNI 空間模板中雙側(cè)M1 經(jīng)胼胝體的纖維束；1B：沿MNI 模板軸向方向的平面制作出胼胝體二值化模板(CCmask)；1C：雙側(cè)M1 經(jīng)胼胝體的纖維束與CCmask 進行重疊；1D：雙側(cè)M1經(jīng)胼胝體纖維束在胼胝體中矢狀面區(qū)域的感興趣區(qū)。Fig. 1 The middle sagittal area of bilateral M1 through the corpus callosum. 1A: The fiber of corpus callosum connecting bilateral M1 in MNI space; 1B: The corpus callosum binarization template (CCmask) is made along the plane in the axial direction of MNI template; 1C: The fiber connecting bilateral M1 overlapped with CCmask; 1D: Region of interest(ROI) of bilateral M1 transcallosal fibers in the midsagittal region of the corpus callosum.

1.3.3 CST結(jié)構(gòu)損傷指標計算

基于約翰·霍普金斯大學白質(zhì)纖維束圖譜確定雙側(cè)CST，計算CST 的FA。FA 比率(FA ratio，rFA)為病灶側(cè)FA與病灶對側(cè)FA之間的比值(rFA=FAipsilesional/FAcontralesional)。應(yīng)用rFA對雙側(cè)CST微結(jié)構(gòu)改變和損傷程度情況進行定量評價，rFA越低，表明病灶同側(cè)CST各向異性分數(shù)降低越明顯，即CST 完整性損傷越嚴重[15]。腦卒中患者組中位于左側(cè)和右側(cè)病灶的人數(shù)分別為19 例和15 例，為了避免大腦半球不對稱造成的差異，按照與卒中組中左/右側(cè)病灶相同的比例，隨機選擇24 名健康受試者的大腦左側(cè)對應(yīng)病人的病灶側(cè)，大腦右側(cè)對應(yīng)病人的病灶對側(cè)；另19 名相反，右側(cè)對應(yīng)病人的病灶側(cè)，左側(cè)對應(yīng)病人的病灶對側(cè)。

1.3.4 統(tǒng)計學分析

采用SPSS 22.0 統(tǒng)計軟件進行分析。計量資料采用(±s)表示，組間比較采用雙樣本t檢驗，計數(shù)資料采用卡方檢驗。組間差異檢驗采用雙樣本t檢驗，檢驗對象為卒中組與健康對照組之間CST 的rFA 值，以及兩組間同位腦區(qū)經(jīng)胼胝體神經(jīng)纖維束的FA 值，以P＜0.05 (FDR 校正)為差異具有統(tǒng)計學意義。年齡、性別和卒中后病程作為協(xié)變量，利用Pearson 偏相關(guān)性分析同位腦區(qū)的32條經(jīng)胼胝體神經(jīng)纖維束的微結(jié)構(gòu)損傷指標FA 值與FM-UE 的相關(guān)性，rFA (CST)與FM-UE 的相關(guān)性，以及rFA (CST)與同位腦區(qū)經(jīng)胼胝體的神經(jīng)纖維束的FA 值的相關(guān)性，統(tǒng)計閾值P＜0.05表示存在相關(guān)性。

2 結(jié)果

2.1 人口學信息分析

根據(jù)數(shù)據(jù)納入標準，共納入77 例受試者，其中，卒中組34 例[男27 例，年齡(52.6±10.2)歲]，健康對照組43 例[男21 例，年齡(56.0±9.6)歲]。兩組在年齡上差異無統(tǒng)計學意義(t=1.599，P=0.114)，性別上差異有統(tǒng)計學意義(χ2=2.928，P=0.005)，由于健康對照組與卒中組的性別不完全匹配，在隨后的統(tǒng)計分析中將性別視為協(xié)變量。卒中組病程大于3 個月[(11.9±7.9)個月]。腦卒中患者組中病灶主要位置在皮質(zhì)下的基底節(jié)、放射冠和丘腦，位于左側(cè)和右側(cè)病灶的人數(shù)分別為19例和15例。上肢運動FM-UE總分為66分，評分越高代表上肢運動功能越好，而卒中組FM-UE 為(16.6±11)分，均小于39 分，上肢運動功能障礙屬于中重度水平[16]。卒中組的臨床資料信息詳見表1。

表1 卒中組的臨床資料信息Tab.1 Clinical prop?erties of the stroke patients

2.2 經(jīng)胼胝體纖維束和CST 的結(jié)構(gòu)完整性的組間比較

與健康對照組相比，卒中組半球間同位腦區(qū)的32條經(jīng)胼胝體神經(jīng)纖維束在中矢狀面區(qū)域的FA值均有不同程度的降低，差異有統(tǒng)計學意義的有29 條(P＜0.05，F(xiàn)DR 校正)。其中，6 條屬于感覺運動區(qū)(初級運動皮質(zhì)、背側(cè)運動前區(qū)、腹側(cè)運動前區(qū)、初級感覺運動區(qū)、輔助運動區(qū)、輔助運動前區(qū))，10 條屬于前額葉(額下回三角部、額下回蓋部、額下回眶部、額中回、額上回、外側(cè)眶回、內(nèi)側(cè)額回、嗅皮層、內(nèi)側(cè)眶前回、眶前回)，4 條屬于頂葉(緣上回、頂下小葉、角回、頂上小葉)，3 條屬于顳葉(顳上回、顳中回、顳下回)以及枕葉的6條(楔葉、枕上回、枕中回、距狀裂、舌回、枕下回)。而差異不顯著的3 條屬于內(nèi)側(cè)眶回、中央旁小葉和直回的纖維束(P＞0.05，F(xiàn)DR 校正)，如表2 和圖2所示。與健康對照組比較，腦卒中患者組病灶側(cè)CST的FA值和rFA (CST)顯著降低(分別為t=-12.461，P＜0.001；t=-10.855，P＜0.001)。病灶對側(cè)CST的FA值在兩組之間差異無統(tǒng)計學意義(P＞0.05)，詳見表3。

圖2 卒中組(Pat)與正常對照組(HCs)的32 對同位腦區(qū)經(jīng)胼胝體神經(jīng)纖維束在中矢狀面區(qū)域FA 值的組間比較。經(jīng)過FDR 校正(**：閾值為P＜0.01；*：閾值為P＜0.05)，其中差異有統(tǒng)計學意義的有連接29對同位腦區(qū)的纖維束，包括感覺運動皮質(zhì)(初級運動皮質(zhì)、背側(cè)運動前區(qū)、腹側(cè)運動前區(qū)、初級感覺運動區(qū)、輔助運動前區(qū)、輔助運動區(qū))，前額葉(額下回三角部、額下回蓋部、額下回眶部、額中回、額上回、外側(cè)眶回、內(nèi)側(cè)額回、嗅皮層、內(nèi)側(cè)眶前回、眶前回)，頂葉(緣上回、頂下小葉、角回、頂上小葉)，顳葉(顳上回、顳中回、顳下回)，枕葉(楔葉、枕上回、枕中回、距狀裂、舌回、枕下回)。連接3 對同位腦區(qū)的經(jīng)胼胝體纖維束差異無統(tǒng)計學意義，包括直回、內(nèi)側(cè)眶回、中央旁小葉。Fig.2 Comparison of FA values of 32 transcallosal tracts in the midsagittal plane between stroke group and healthy control group.After FDR correction(**: threshold of P＜0.01, *: threshold of P＜0.05). Significant differences were found in the fibers connecting 29 pairs of homogeneous brain regions,including sensorimotor area (M1, PMd, PMv, S1, preSMA, SMA),prefrontal lobe (IFG. triangularis, IFG. opercularis, IFG. orbitalis, middle frontal, superior frontal, lateral orbital, medial orbitofrontal, anterior orbital), parietal lobe (supramarginal gyrus, inferior parietal, angular,superior parietal), temporal lobe (superior temporal, middle temporal,inferior temporal), occipital lobe (cuneus, superior occipital, middle occipital, calcarine, lingual, inferior occipital); the other three transcallosal tracts connecting bilateral homogeneous areas showed no significant differences,including gyrus rectus,medical orbital,paracentral lobule.

表2 同位腦區(qū)經(jīng)胼胝體神經(jīng)纖維束在中矢狀面區(qū)域FA值的組間比較Tab.2 Comparison of FA values in the midsagittal slice of trancallosal tracts in homologous cortical brain regions between the Pat and HCs

表3 卒中組和健康對照組CST的rFA比較Tab.3 Comparison of ratio FA of CST between Pat and HCs

2.3 腦卒中組經(jīng)胼胝體纖維束和CST 的結(jié)構(gòu)完整性與運動學評分的關(guān)系

以性別、病程和rFA (CST)為協(xié)變量，對組間差異有統(tǒng)計學意義的29對同位腦區(qū)的經(jīng)胼胝體神經(jīng)纖維束在中矢狀面區(qū)域的FA 值與上肢FMA 評分做偏相關(guān)性分析，研究發(fā)現(xiàn)9對同位腦區(qū)的纖維束通路與上肢運動功能評分均呈正相關(guān)(P＜0.05)，詳見表4。此外，腦卒中組rFA (CST)與上肢FMA 評分呈顯著正相關(guān)(r=0.596，P=0.0004)。

2.4 同位腦區(qū)經(jīng)胼胝體纖維束結(jié)構(gòu)完整性與rFA(CST)的相關(guān)性

控制協(xié)變量性別和病程，利用Pearson偏相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，卒中組這29條經(jīng)胼胝體神經(jīng)纖維束在中矢狀面區(qū)域的FA值與rFA (CST)均存在正相關(guān)(P＜0.05)，詳見表4。健康對照組中未發(fā)現(xiàn)此相關(guān)性(P＞0.05)。

表4 同位腦區(qū)經(jīng)胼胝體神經(jīng)纖維束在中矢狀面區(qū)域FA值與上肢FMA評分、rFA(CST)的相關(guān)性Tab.4 Correlation between FA values in the midsagittal slice of trancallosal tract in homologous cortical brain regions and FM-UE,rFA(CST)

3 討論

本研究利用TCATT 探究了單側(cè)皮質(zhì)下腦卒中的半球間同位腦區(qū)經(jīng)胼胝體纖維束微結(jié)構(gòu)受損與病灶同側(cè)CST 損傷以及上肢運動功能障礙的關(guān)系。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與健康對照組比較，卒中組經(jīng)胼胝體通向雙側(cè)同位腦區(qū)(包括感覺運動區(qū)、前額葉、頂葉、顳葉和枕葉)的29 條神經(jīng)纖維束在中矢狀面區(qū)域的FA 值顯著下降，并與rFA (CST)及上肢運動功能評分均存在顯著正相關(guān)。本研究結(jié)果揭示了半球間同位腦區(qū)的經(jīng)胼胝體神經(jīng)纖維束微結(jié)構(gòu)連接廣泛受損與病灶同側(cè)CST損傷密切相關(guān)，同位腦區(qū)的經(jīng)胼胝體纖維束結(jié)構(gòu)的完整性或許可作為評估單側(cè)皮質(zhì)下腦卒中上肢運動功能障礙嚴重程度的參考指標。

3.1 利用TCATT 分析腦卒中半球間同位腦區(qū)結(jié)構(gòu)連接變化

由于技術(shù)限制，以往對經(jīng)胼胝體纖維束成像往往只能對胼胝體通向大腦整體腦葉進行纖維追蹤成像，即把通向眶部、額葉、頂葉、枕葉和顳葉的經(jīng)胼胝體纖維束劃分為5至8個相應(yīng)通道[17]。目前Archer等[14]利用更高分辨率的DTI圖像、更大規(guī)模的人腦計劃大隊列數(shù)據(jù)和更先進的后處理算法，建成通向大腦半球間同位腦區(qū)的32 條精細高分辨經(jīng)胼胝體纖維束模板。TCATT 創(chuàng)建的初衷是研究與胼胝體相關(guān)的神經(jīng)變性型疾病，但也為研究其他神經(jīng)和精神疾病的胼胝體精細微結(jié)構(gòu)異常奠定了方法學基礎(chǔ)。

本研究率先將TCATT模板應(yīng)用于腦卒中的研究，探究單側(cè)皮質(zhì)下卒中病變導致半球間同位腦區(qū)的結(jié)構(gòu)連接變化及其與運動功能障礙的關(guān)系。靜息態(tài)功能磁共振成像研究證實正常健康人的絕大多數(shù)腦功能網(wǎng)絡(luò)表現(xiàn)為雙側(cè)對稱[3,5,7]。采用VMHC研究發(fā)現(xiàn)，腦卒中后在全腦水平上存在著廣泛的同位腦區(qū)功能連接降低，且軀體感覺運動網(wǎng)絡(luò)的同位腦區(qū)功能連接與上肢運動功能障礙密切相關(guān)[3,6,8]。實際上，基于全腦和ROI水平的功能連接分析均發(fā)現(xiàn)，除了感覺運動網(wǎng)絡(luò)是易遭受卒中病變攻擊損傷的核心網(wǎng)絡(luò)以外，腦卒中偏癱患者的非感覺運動腦區(qū)(例如額葉、頂葉和顳葉)的異常功能活動也很常見[18-19]。然而同位腦區(qū)功能連接異常的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)和微結(jié)構(gòu)損傷與運動功能損傷的關(guān)系尚不清楚。運用針對感覺運動區(qū)的經(jīng)胼胝體纖維束高分辨率模板能夠以感覺運動區(qū)的半球間對稱性亞區(qū)(包括雙側(cè)M1、PMd、PMv、S1、SMA 和preSMA)為ROI 進行概率性纖維束追蹤[20-21]，可以獲得連接雙側(cè)感覺運動區(qū)的經(jīng)胼胝體結(jié)構(gòu)，但對于經(jīng)胼胝體通往其他非感覺運動同位腦區(qū)纖維束的微結(jié)構(gòu)變化知之尚少，尤其是額葉、頂葉和顳葉等同位腦區(qū)進行更為精細分區(qū)的情況。因此，利用經(jīng)胼胝體通往大腦半球間所有同位腦區(qū)的32 條纖維束精細模板，將有助于全面弄清楚腦卒中導致的相關(guān)同位腦區(qū)功能活動異常所對應(yīng)的結(jié)構(gòu)變化及其與運動損傷之間的關(guān)系。

3.2 單側(cè)皮質(zhì)下腦卒中半球間同位腦區(qū)結(jié)構(gòu)連接變化與臨床運動功能障礙的關(guān)系

本研究采用TCATT分析發(fā)現(xiàn)，患者組半球間感覺運動腦區(qū)的經(jīng)胼胝體纖維束的FA 值均顯著下降，且與CST 損傷嚴重程度均存在正相關(guān)。與以往研究一致，該研究結(jié)果進一步證實其經(jīng)胼胝體神經(jīng)纖維束微結(jié)構(gòu)連接受損與病灶同側(cè)CST 繼發(fā)性損傷有關(guān)[15,19,22]。本課題組成員曾采用其他白質(zhì)微結(jié)構(gòu)分析方法研究類似皮質(zhì)下腦卒中，結(jié)果顯示受累的CST的微結(jié)構(gòu)損傷不僅局限在卒中病灶附近，其繼發(fā)的順行性和逆行性神經(jīng)變性會累及CST全程，原發(fā)灶上方(逆行性)很多通往大腦皮質(zhì)的白質(zhì)通路的FA 值均顯著降低，涉及病灶同側(cè)額內(nèi)側(cè)回、中央前回、顳上回、輔助運動區(qū)和對側(cè)中央后回[13,23-24]。正如研究預期，本組患者的其他同位皮質(zhì)腦區(qū)(前額葉、頂葉、顳葉和枕葉)經(jīng)胼胝體纖維束微結(jié)構(gòu)連接也出現(xiàn)了普遍異常改變。皮質(zhì)下腦卒中可導致白質(zhì)纖維束軸索損傷和髓鞘降解，以往研究揭示內(nèi)囊或基底節(jié)區(qū)卒中后兩類神經(jīng)纖維束存在逆行性病變：一類是從感覺運動皮質(zhì)下行到脊髓的皮質(zhì)脊髓束；另一類是源于丘腦核團形成的5個并行的基底節(jié)-丘腦-皮質(zhì)回路，每個回路涉及到特定的大腦皮質(zhì)，包括運動皮質(zhì)、軀體感覺皮質(zhì)、輔助運動區(qū)、扣帶運動區(qū)和顳上回[24-25]?？缤挥|軸突變性理論認為，皮質(zhì)下卒中皮質(zhì)脊髓束損傷對相鄰的纖維束產(chǎn)生神經(jīng)元跨突觸效應(yīng)，腦卒中導致的突觸丟失可導致相關(guān)神經(jīng)纖維相連接的皮質(zhì)發(fā)生神經(jīng)元凋零和萎縮，神經(jīng)影像學上表現(xiàn)為皮質(zhì)厚度降低，繼發(fā)性退化和代謝受損從而干擾半球間的神經(jīng)元連接[26]。目前普遍贊成的觀點是，受損皮質(zhì)脊髓束通過跨突觸軸突變性會影響腦卒中患者雙側(cè)M1的結(jié)構(gòu)連接，CST的結(jié)構(gòu)性損傷以及大腦半球間運動皮質(zhì)之間的結(jié)構(gòu)連接是影響皮質(zhì)下腦卒中上肢運動功能恢復的關(guān)鍵因素[8,27-28]。

腦卒中后半球間相互作用失衡模型表明大腦半球間的白質(zhì)結(jié)構(gòu)通路失連接與廣泛性功能連接中斷相關(guān)，該模型強調(diào)了經(jīng)胼胝體連接對運動恢復的重要作用[2,29]。Stewart 等[16]研究發(fā)現(xiàn)慢性腦卒中胼胝體上的運動和感覺區(qū)域FA 均降低，并且與上肢運動功能水平呈正相關(guān)。Li等[9]在急性期腦卒中的縱向研究中發(fā)現(xiàn)，患者雙側(cè)初級運動皮質(zhì)(M1-M1)功能連接以及經(jīng)胼胝體M1-M1 纖維束的FA 值在治療前下降，治療后均有增高并與運動功能恢復一致，表明經(jīng)胼胝體束結(jié)構(gòu)的完整性是影響腦卒中恢復的重要因素。單側(cè)腦梗死動物模型研究也證實，在發(fā)病最初幾天實驗鼠腦雙側(cè)的初級運動皮質(zhì)間功能連接顯著減低，并與M1-M1之間經(jīng)胼胝體的錳傳遞減低具有相關(guān)性[30]。本研究擴展了關(guān)于同位腦區(qū)經(jīng)胼胝體結(jié)構(gòu)連接的研究，發(fā)現(xiàn)本組腦卒中患者大腦半球間同位腦區(qū)經(jīng)胼胝體結(jié)構(gòu)連接普遍受損并均與上肢運動功能障礙的嚴重程度相關(guān)，而不僅僅局限在與雙側(cè)感覺運動同位腦區(qū)的結(jié)構(gòu)連接。由此可見，除了皮質(zhì)脊髓束的結(jié)構(gòu)性損傷是影響皮質(zhì)下腦卒中上肢運動功能恢復的關(guān)鍵因素，本研究結(jié)果表明其他同位腦區(qū)經(jīng)胼胝體纖維的結(jié)構(gòu)連接損傷也同樣會影響腦卒中后的運動功能恢復。

目前神經(jīng)調(diào)控技術(shù)改善腦卒中運動功能障礙的理論基礎(chǔ)大多基于“半球間競爭模型”，這一模型認為神經(jīng)功能障礙與損傷后大腦半球間興奮性失衡相關(guān)[31]?！按鷥斈Ｐ汀边@種功能重塑模式認為殘存未受損的腦網(wǎng)絡(luò)替代了受損部分網(wǎng)絡(luò)的功能。最新提出的“雙相平衡恢復模型”融合以上兩種理論，將大腦半球間平衡和功能恢復與病變所保留的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)聯(lián)系起來，并提出了結(jié)構(gòu)保留度的大小(如運動區(qū)、皮質(zhì)脊髓束的保留度)決定半球間競爭模型和代償模型哪一種占優(yōu)勢[32]。對于損傷較重、患側(cè)大腦結(jié)構(gòu)保留較少者，健側(cè)功能代償尤為重要[33-34]。腦卒中導致的腦結(jié)構(gòu)損傷進入慢性期通常具有不可逆性，難以恢復。已有不少研究證實處于該期腦卒中患者大腦半球間同位腦區(qū)功能活動異常與運動功能嚴重程度同樣密切相關(guān)[7-8,26]。因此，對于慢性期較嚴重的偏癱患者，重視并設(shè)法改善相關(guān)腦區(qū)功能活動或許是臨床康復值得努力嘗試之處[11,35]。

3.3 局限性

本研究存在主要不足之處：(1)本研究入組的研究對象是一組慢性期中重度上肢運動功能障礙患者，所得研究結(jié)論對于處于其他時期(例如急性期)的卒中嚴重程度不同(例如輕度)的患者不一定適用。另外，了解腦卒中后皮質(zhì)脊髓束和同位腦區(qū)經(jīng)胼胝體纖維束隨時間的退化或重塑過程，后續(xù)還應(yīng)開展包括從卒中早期就進行的動態(tài)跟蹤以及干預前后的研究。(2)基于全腦體素水平的VMHC 分析結(jié)果顯示，除了大腦皮質(zhì)，腦卒中患者皮質(zhì)下及小腦中也存在同位腦區(qū)功能變化。本研究所采用的經(jīng)胼胝體纖維束模板只能觀測半球間大腦皮質(zhì)同位腦區(qū)的經(jīng)胼胝體結(jié)構(gòu)連接。下一步研究可考慮選擇高分辨皮質(zhì)下結(jié)構(gòu)和小腦結(jié)構(gòu)模板探究半球間同位腦區(qū)皮質(zhì)下和小腦的結(jié)構(gòu)連接，以期更加全面深入地了解腦卒中全腦水平的同位腦區(qū)結(jié)構(gòu)異常狀況。

本研究利用TCATT 探討了一組單側(cè)皮質(zhì)下腦卒中患者同位腦區(qū)經(jīng)胼胝體纖維束微結(jié)構(gòu)異常與運動功能障礙的關(guān)系。研究結(jié)果進一步證實皮質(zhì)下腦卒中的胼胝體微結(jié)構(gòu)受損與病灶同側(cè)CST 損傷密切相關(guān)；大腦半球間同位腦區(qū)經(jīng)胼胝體結(jié)構(gòu)連接普遍受損均與上肢運動功能障礙的嚴重程度相關(guān)，則暗示繼發(fā)性跨半球結(jié)構(gòu)連接損傷對皮質(zhì)下腦卒中運動功能障礙具有同樣重要的影響作用。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無利益沖突。