脑桥梗死后脑运动执行结构和功能网络连接的动态改变与运动恢复研究

Results of our previous studies using multimodal magnetic resonance imaging indicated that subcortical infarct in the cerebral middle artery could result in damaged or plastic changes in the motor-related white matter and gray matter in bilateral hemispheres. Moreover, this non-ischemic change could hamper and contribute to motor recovery. However, the changes in structurally and functionally integrative connectivity patterns of motor execution network in the brain after pontine infarction and the contribution of the changes on early motor recovery remains unknown. Therefore, patients with pontine infarction are screened rigorously and examined using functional magnetic resonance, diffusion tensor imaging and structural magnetic resonance, and structural and functional motor execution networks are constructed based on diffusion tractography and functional connectivity. We utilize graph-theoretical approaches to observe the dynamic changes of the topological properties of these networks, such as clustering coefficient, global efficiency, local efficiency, and betweeness centrality. Furthermore, the relationships between motor scores changes and changes of topological properties of the motor execution networks are further analyzed. Defining the relationships will be helpful to provide evidence in mechanism elucidation for motor recovery, in treatment option,and in prognosis evaluation for motor function after pontine infarction.

我们前期采用多模态磁共振研究发现，幕上皮层下单一梗死病灶可引起参与运动执行的灰、白质结构和功能出现破坏性和重塑性改变，这种非缺血性改变可阻碍或促进运动功能的恢复。但脑桥梗死后脑运动执行网络的结构和功能整合模式的早期、动态改变及与运动恢复的关系尚不清楚。本项目拟筛选首发、单一病灶的脑桥梗死患者，于发病后采用结构磁共振、弥散张量成像和静息态功能磁共振技术，通过构建基于白质纤维连接的运动执行结构网络和基于功能联接的运动执行功能网络，观察可反映运动执行网络结构和功能连接模式的集群系数、平均最短路径长度、全局效率、局部效率和介数中心度等指标的动态改变，并探讨这些指标与运动功能改变的关系。本项目研究结果将为揭示脑桥梗死后早期运动恢复的新机制，并建立脑影像学标记用于指导运动功能的早期干预及预后评估提供依据。

我们前期研究发现幕上皮层下单一梗死后运动功能的恢复与参与运动执行的灰、白质结构和功能的破坏性和重塑性改变有关，但脑桥梗死后脑运动执行网络的结构和功能整合模式的早期、动态改变及与运动恢复的关系尚不清楚。本项目研究对象为首发、孤立病灶的脑桥梗死及幕上皮层下梗死患者，在发病后1、4和12周行运动功能和认知功能评估及静息态功能磁共振检测并发现：脑桥梗死后运动功能恢复与病灶同侧小脑CrusⅠ及CrusⅡ脑区网络中心度的改变有关，纹状体内囊梗死后运动功能恢复与病灶同侧颞中回的网络中心度改变显著相关，提示脑桥梗死与纹状体内囊梗死由于病灶位置不同所致运动恢复机制可能不相同。此外，本项目基于多模态磁共振成像技术也开展了幕上皮层下梗死后运动和认知功能改变的机制研究。研究发现：①运动功能损害：幕上皮层下梗死后12 周时运动恢复不良患者发病1周时病灶同侧的内囊后肢的局部弥散一致性较恢复良好患者显著下降，结合该部位的局部弥散一致性与运动评分可准确预测发病12周时卒中患者的功能恢复模式；②运动功能恢复：我们发现幕上皮层下梗死后12周时病灶上方运动通路的轴位弥散度较发病1周时显著增加，且这种增加与12周内运动功能的恢复相关；③左侧半球幕上皮层下梗死患者发病12周时出现语义记忆功能的损害及病灶同侧丘脑和基底节区体积的显著减少，病灶侧丘脑与前额叶、运动前区及颞叶连接区域萎缩程度与患者语义记忆功能下降程度显著相关。上述结果表明： 不同位置的卒中病灶均可导致远离病灶脑区宏、微观结构和功能改变，表现为神经结构、功能的破坏和重塑，这些继发性改变可能参与了卒中后运动和认知功能改变的发生。本研究为阐明卒中后全脑功能改变机制及进一步防治提供新依据，具有重要的临床意义。