脊髓损伤后大脑初级感觉皮层重塑及神经网络连接变化机制的磁共振研究

The cortical reorganization and compensatory neural network connectivity system play important roles in functional recovery after spinal cord injury (SCI).Thalamocortical projection system is the key point of regulating the sensory function.In addition to the loss of sensation below the injury level, illusory induced sleep, phantom limb pain and other symptoms may also appear in the patient of SCI,which demonstrates that the primary sensory cortex of the brain can also be reorganization after SCI.The interrupted site of ascending pathway is below the level of Thalamus,which results in the access to thalamocortex is broken.However,how does the discontinued thalamocortical projection system affect sensory function by means of cortical reorganization? We hypothesize that the change of structure and function in thalamocortex is the regulatory mechanism of the remodeling of primary sensory cortex and the activation of relevant neural network. In this study,we propose to observe 30 cases of SCI:1.Voxel based morphometry and diffusion tensor imaging are performed to dynamically observe the variation of cerebral cortex and changes in the anatomical structure of thalamocortical projection system.2.resting-state and task-state functional MRI are performed to observe the transformation of neural network connectivity system in thalamocortex after SCI.3 to reveal the influence of the changes in anatomical structure and function of thalamocortex on cerebral functional reorganization and sensory function.

脑皮层重塑和代偿性神经网络连接在脑损伤后功能恢复中起重要作用。在脊髓损伤(SCI)后，除损伤平面以下感觉丧失外，还会出现如幻肢觉、幻肢痛等症状，说明SCI后大脑初级感觉皮层也发生了重塑，但SCI是在丘脑以下平面出现上行传入中断，失去传入的丘脑皮层投射如何引起皮层重塑而影响感觉功能的机制尚不清楚。由于丘脑皮层投射是调控感觉功能的关键环节，因此，SCI后丘脑皮层投射结构变化可能是初级感觉皮层重塑和相关神经神经网络激活的调控机制。本研究拟观察30例SCI患者：1.用基于体素形态学和弥散张量成像，动态观察SCI后大脑皮层变化和丘脑皮层投射结构变化规律；2.以任务和静息功能磁共振，研究SCI后大脑皮层神经网络连接功能的变化；揭示SCI后丘脑皮层投射对脑重塑及其对感觉功能影响的机制，为开展针对损伤后脑结构和功能变化的干预治疗提供理论依据；并通过本研究建立一种无创、能监测感觉功能及其潜在恢复能力的方法。

脊髓损伤后脑皮层重塑和代偿性神经网络连接在功能恢复中起重要作用。由于丘脑及丘脑皮层投射是调控感觉功能的关键环节，因此，SCI 后丘脑皮层投射结构变化可能是初级感觉皮层重塑和相关神经神经网络激活的调控机制。本研究用基于体素形态学和弥散张量成像对35例SCI患者的大脑结构和临床功能状态变化进行动态观察，应用任务和静息功能磁共振研究SCI 后大脑皮层神经网络连接功能的变化。研究发现：1.脊髓损伤后原始运动皮层和丘脑的结构并不发生变化，与之前研究结果所认为脊髓损伤后由于上行神经纤维传导障碍会引起Wallerian变性导致丘脑体积萎缩，进一步通过丘脑皮层投射导致S1区萎缩而引起脊髓损伤患者感觉功能障碍的结果不一致。但与大脑其它感觉皮层和与任务执行及认知相关的灰质发生萎缩相关。对不同损伤程度、不同损伤时段的脊髓损伤患者大脑灰质变化进行研究发现，患者前扣带回、前额叶、颞下回、楔前叶、枕中回灰质体积在各时段之间并无明显差异，这与既往文献报道脊髓损伤后灰质体积与不一致。但在脊髓损伤后1年及以上的患者与其它节点比较，发现双侧岛叶前部的灰质体积显著减低。2.脊髓损伤后丘脑皮层投射纤维和胼胝体的完整性受损，说明脊髓损伤后丘脑皮层投射纤维和大脑半球的连接纤维在感觉障碍中起重要作用。3.在任务和静息态磁共振研究中发现：两侧丘脑激活和功能连接增加，说明丘脑皮层投射结构变化和丘脑的功能连接（而不是结构变化）是脊髓损伤后感觉功能障碍和恢复的重要机制。同时，脊髓损伤患者的默认网络、视觉网络等的功能连接会增加，岛叶与中扣带，旁中央小叶以及左侧顶下小叶的功能连接减低，揭示岛叶的损伤可能导致它对感觉运动网络和注意网络的调控能力减低，进而影响患者的执行能力。这对研究脊髓损伤后患者感觉功能损伤的机制及制定相关康复治疗具有一定意义。为开展针对损伤后脑结构和功能变化的干预治疗提供理论依据。