默认网络脑区异常与意识障碍相关.doc

静息状态脑功能网络的研究中，默认网络(Default Mode Network, DMN)是引起研究者最广泛关注的网络之一。DMN是指在认知任务负荷下的功能磁共振研究中表现出一致负激活的脑区所构成的功能连接网络，这些脑区在静息状态下(不执行特定任务的清醒、放松、休息状态)亦存在有组织的脑网络活动，且比在认知任务负荷下所激活脑区更活跃。该网络包括前额叶内侧、前扣带、后扣带及双侧顶下叶等脑区(图1)，尽管其确切的功能意义尚未明，目前研究提示其与内在的与刺激无关想法、监测周围环境、内在的心理活动如记忆、心智理论、预想未来等功能有关。图 1. DMN 主要区域（黄色）及与脑其他结构的联系（此图片由吴月奎摘自 Wikipedia-Default Mode Network Connectivity）。颅脑损伤会导致意识障碍（Disorders of Consciousness, DOC），临床实践中监测患者意识水平很重要，但由于缺乏客观指标使其面临巨大挑战。DMN脑区及其活性与意识水平相关，也与睡眠、麻醉和DOC等变化的意识状态相关，已有研究显示右侧大脑半球DMN连接功能的降低与意识受损相关，这提示DMN在一定程度可作为意识的神经标记。因此，通过功能神经影像学如功能磁共振（functional Magnetic Resonance Imaging,fMRI）可以检测相关脑区的活性及其相互作用，也在一定程度上反应人的意识水平。除了DMN之外，丘脑（Thalamus）在DOC中也起着重要的作用。研究已经表明，双侧丘脑中央DBS能改善DOC患者的行为反应能力和意识，而且患者丘脑髓板内核与前额、前扣带回皮层间的功能连接发生改变。已有报道指出DOC患者丘脑与皮层（包括含有DMN的皮层区域）间出现异常功能和解剖连接，但其具体机制仍知之甚少。以往大多影像学研究认为丘脑是一个均质结构，然而现已发现觉醒是由丘脑特异核团调节的（包括丘脑中央核和髓板内核），这表明DOC患者丘脑-皮层功能连接与特定的丘脑核团相关。因此，来自我国北京军区总医院附属八一脑科医院何江弘教授、杨艺博士，中科院自动化所脑网络组研究中心崔玥助理研究员及其团队利用fMRI来评估DOC患者和正常人的特异丘脑核团与DMN间的功能连接差异，其相关结果发表于近期出版的Acta Neurol Scand.。该研究起初纳入17例DOC患者（均行昏迷恢复量表修改版（CRS-R）评分）和10例年龄匹配的正常对照组。经过一系列的排除标准，最终有9例DOC（5个男性和4个女性，年龄4017岁）和9例正常对照组（6个男性和3个女性，年龄4110岁）参与该研究。所有参与者行3.0T MRI扫描，功能图像的采集使用BOLD对比的EPI敏感序列。获得的相关数据采用SPM8(统计参数映射)软件进行fMRI数据预处理和统计分析，预处理包括时间校正、头动校正、空间标准化和平滑处理（采集参数：层数=33，TR/TE=2000/30 ms，厚度/层距=4.0/0.6 mm，FOV=220*220 mm，Matrix=64*64，翻转角=90）。独立成分分析（Independent Components Analysis，ICA）：使用ICA法在对照组识别6个静息态网络（图2），相对应，DOC组在其中的默认网络和突显网络区的功能连接下降且具有统计学意义，而左侧或右侧额顶叶区及视觉网络区无显著差异（图3）；功能连接性数值与CRS-R间无相关性。基于感兴趣区（Region of Interest，ROI）的相关分析：使用基于ROI相关分析比较DOC和对照组DMN丘脑区（ICA方法已发现的，左侧丘脑背内侧核作为种子区（Pixel =15，图4）。与对照组相比，DOC患者双侧丘脑、左侧尾状核、双侧额内侧回、左侧楔前叶/楔叶、左内和右前扣带皮质功能连接显著下降，部分下降区域位于DMN。其中，双侧额内侧回、左楔前叶/楔叶是重叠区域（即被两类方法同时识别），当我们使用基于Talairach坐标系统的脑图谱配准算法时可以观察到类似结果。图 2 显示大脑矢状位、冠状位、轴位的独立成分网络图. 分别为 A 后 DMN，B 前 DMN，C 左侧额顶叶 DMN，D 右侧额顶叶 DMN，E 视觉网络，F 突显网络。图像以 T 值从红色到黄色的统计量表示，范围从 0 到 20，将激活区叠加于蒙特利尔神经科学研究所 (Montreal neurological institute，MNI) 标准模板。大脑的左侧对应左侧大脑半球。图 3. DOC 组在默认网络和突显网络的功能连接下降且具有统计学意义，而左侧或右侧额顶叶区及视觉网络区无显著差异图 4. DOC 患者 DMN 和丘脑背内侧核间功能连接下降该研究同时应用ICA和基于ROI分析的两种方法来计算DOC患者丘脑和DMN间的功能连接，发现这类患者DMN诸多区域的功能连接显著