卒中后脑连接可塑性磁共振成像纵向研究

卒中后运动功能残障给患者、家庭以及社会带来沉重负担。卒中后运动功能恢复机制研究和康复治疗研究至关重要。脑可塑性是运动恢复的神经基础。卒中后运动系统脑连接可塑性是运动功能脑可塑性的一个重要方面。脑连接可从脑解剖和功能连接两个层面考察。本研究拟采用弥散张量成像（DTI）和功能连接磁共振成像（fcRMI），对内囊卒中患者进行为期一年（发病后1周，2周，4周，12周和48周）的纵向观测。借助先进的神经影像计算方法，本研究将确定卒中后发生可塑性改变的纤维束（即解剖连接），并考察对应功能连接可塑性变化情况。本研究目的在于揭示损伤后脑解剖与功能连接可塑性动态变化规律，进一步明确卒中后运动功能恢复的神经机制（如影响卒中运动功能预后的关键时间点和关键连接）；结合临床量表建立预后预测模型，为临床治疗评价、干预方案建立提供依据。

脑卒中是危机人类健康的三大疾病之一。脑卒中导致的运动功能残障给患者、家庭和社会带来了沉重的负担。卒中后运动功能的恢复机制研究具有重大的意义和价值。卒中后脑运动系统功能连接和结构的可塑性是运动功能可塑性的重要方面。本项目采用功能连接磁共振成像(fcRMI）和结构磁共振成像(MRI)，对10名内囊卒中患者进行了为期一年的纵向观测。借助先进的神经影像计算方法，发现了卒中后发生可塑性改变的脑功能连接和灰质结构的可塑性变化情况：首先，在脑功能连接可塑性方面，本项目将信息科学中的图论理论引入脑成像卒中研究领域，发现随着患者运动功能逐渐恢复，大脑相关功能网络的拓扑结构呈现出逐渐去优化的重要现象，而且这种中枢神经系统的变化和患者的运动功能恢复程度密切相关，这一成果发表在神经及神经病学国际顶级期刊Brain（JCR一区，影响因子10.545）上，并有Brain期刊副主编、美国运动障碍病学会主席和美国神经病学学会副主席、著名的神经病学家Mark Hallett等以“卒中后小世界网络研究的大新闻（Big news from small world networks after stroke）”为题发表同期评述，以全文篇幅对该研究成果进行了详细介绍和评论；其次，在脑结构可塑性变化方面，本项目研究发现，与运动和认知功能相关脑区（小脑、海马和楔前叶）的局部脑灰质体积逐渐增加，这种变化与运动功能评分显著相关，这一结果表明小脑结构的可塑性变化是皮层下运动通路卒中后康复可能的神经基础之一，而认知功能相关脑区的结构重组则有可能促进运动功能的康复。在脑功能连接的计算方法方面，研究发现了当前分析静息态fMRI数据最有力方法之一ICA的重大问题，阐明了其理论根源，并提出SOI-GICA新算法有效解决了这一问题，促使原主流算法做出了重大修正，成果发表在国际顶级期刊NeuroImage上，在此新算法基础上编制的MICA软件目前已被已被下载5200余次。此外，针对fMRI自身特点及成本因素使基于fMRI的RSFC方法在卒中患者康复治疗与评估中难以真正推广的问题，本研究开发利用新兴的近红外光谱成像（fNIRS）脑成像技术，提出了“是否可利用fNIRS进行RSFC研究的问题和相关概念”，并通过与fMRI同步记录等方法系统验证了fNIRS-RSFC的有效性。该成果将有望成为“卒中后脑功能重组研究”的一种全新的技术手段。