绘制与缺血性丘脑中风患者多维神经精神缺陷相关的大脑结构变化图谱

《Brain Research Bulletin》：Mapping the cerebral structural changes related to the multi-dimensional neuropsychiatric deficits in patients with ischemic thalamic stroke

　　灰质体积变化与认知情绪功能关联性研究：采用PLS回归和PLS-DA分析44例单侧丘脑缺血性卒中患者，发现前扣带回、伏隔核等脑区灰质体积改变显著影响认知评估（MoCA、STT、CAVLT）及情绪评分（HAMA、HAMD），VIP评分和脑区负荷分析揭示 cerebellum-thalamo-cortical环路及前额叶-边缘系统网络的关键作用。

　　脑干结构在大脑的神经网络中扮演着核心枢纽的角色，不仅负责感知信息的传递与整合，还参与意识、情绪调节、记忆形成以及多种高级认知功能的调控。尽管孤立的脑干梗死在所有脑梗死病例中相对少见，仅占约3%，但其对认知和情绪功能的严重影响表明，深入研究脑干在脑卒中后神经精神症状中的作用具有重要的临床意义。本文通过分析首次发生的单侧脑干缺血性卒中患者的灰质体积（GMV）变化，结合多种神经心理学评估工具，揭示了脑干损伤与认知、情绪功能之间的复杂关系，为后续的个性化诊断和康复策略提供了理论依据。

### 研究背景

脑干是大脑中连接感觉输入与高级认知处理的关键结构。其不仅作为感觉信息的中继站，还在维持意识状态、调节情绪反应、参与记忆形成和执行功能等方面发挥重要作用。近年来，越来越多的研究表明，脑干与其他脑区之间存在复杂的神经网络连接，尤其是与小脑、边缘系统以及皮层结构之间的相互作用。这种复杂的连接模式被称为“通过一致性进行交流”（Communication through Coherence, CTC），它支持了大脑不同区域之间的信息整合与协调。

在脑卒中的研究中，脑干损伤已被证实会对认知和情绪功能产生深远影响。这种影响不仅限于直接受损的区域，还可能通过复杂的神经网络传导至远端的皮层区域，导致广泛的功能障碍。尽管已有研究探讨了局部损伤与这些功能障碍之间的关系，但系统性的研究仍较为有限，尤其是在脑卒中后灰质体积变化与认知-情绪功能的具体联系方面。

### 研究方法

本研究纳入了44名首次发生单侧脑干缺血性卒中的患者，所有受试者均接受了磁共振成像（MRI）扫描和神经心理学评估。评估内容包括北京版蒙特利尔认知评估（MoCA-BJ）、符号追踪测试（STT）、斯特鲁普颜色-词语测试（Stroop）、中文听觉言语学习测试（CAVLT）、汉密尔顿焦虑量表（HAMA）和汉密尔顿抑郁量表（HAMD）。通过使用CAT12软件，从170个感兴趣区域（ROIs）中提取灰质体积数据。随后，采用偏最小二乘（PLS）回归分析方法，探讨灰质体积与11项神经心理学评分之间的关联。此外，通过PLS-DA（偏最小二乘判别分析）方法，进一步区分病变侧与对侧大脑半球的结构差异，从而验证所选ROIs的判别能力。

在数据处理过程中，首先对所有图像进行了人工校正，确保图像的准确性。然后，将图像与蒙特利尔神经学研究所（MNI）标准空间进行空间配准，以消除个体间差异。接着，对灰质、白质和脑脊液进行了分割，并生成了组织概率图（TPMs）。为了消除空间归一化过程中可能引入的体积变化，使用了雅可比矩阵进行体积校正。最后，通过8mm各向同性高斯核进行平滑处理，以减少个体解剖学差异，提高统计分析的可靠性。

### 研究结果

在44名受试者中，23名患者的病变位于左侧脑干，21名位于右侧。研究发现，PLS回归模型在三个主成分下达到了最佳的解释力与模型性能之间的平衡。多个小脑、颞叶和边缘系统结构显示出较高的VIP（变量重要性）评分和显著的负荷值，表明这些区域在神经心理功能障碍中发挥了重要作用。PLS-DA模型的分类性能良好，平均AUC值为0.928 ± 0.093，表明模型能够有效区分病变侧与对侧半球的结构差异。

进一步分析显示，某些关键脑区，如对侧的前扣带回皮层（sgACC）、内囊核（NAcc）、眶额叶皮层（lOFC）和颞叶皮层（ITG），在模型中表现出较高的VIP值。这些区域在认知和情绪功能中具有重要影响，尤其在情绪调节、奖励处理、决策能力以及记忆功能方面。此外，研究还发现，部分小脑区域（如小脑VI/VIIb）在初始分析中表现出较强的贡献，但在调整了年龄、性别、教育水平等协变量后，其影响减弱。这可能表明，小脑区域的功能变化在一定程度上受到其他因素的干扰，而并非独立的神经心理表现。

### 讨论

本研究的结果支持了脑干损伤与广泛认知-情绪功能障碍之间的联系。脑干作为大脑网络中的关键节点，其损伤不仅影响局部区域，还可能通过广泛的神经连接影响远端皮层功能。这种现象与“通过一致性进行交流”机制密切相关，表明大脑不同区域之间的功能整合在脑卒中后可能受到破坏，从而导致复杂的神经精神症状。

在PLS回归模型中，PC1主要反映了整体认知和执行功能，PC2则与情绪和记忆障碍相关，而PC3则显示出混合的特征，可能涉及早期认知处理与情绪调节的相互作用。通过VIP评分，我们确定了58个对模型有显著贡献的脑区，这些区域包括多个与情绪调节和认知功能密切相关的结构。

研究还发现，某些脑区如前扣带回皮层和内囊核在分类模型中表现出显著的左右差异，这可能与大脑半球之间的功能不对称性有关。这些结果提示，脑干损伤可能引发大脑网络的重新组织，特别是在情绪调节和认知控制方面，导致特定的神经心理症状。

此外，本研究还发现，某些脑区如小脑VI/VIIb虽然在未调整模型中表现出较强的贡献，但在调整协变量后其影响减弱。这可能表明，小脑区域的功能变化受到其他因素的干扰，而非直接的神经心理表现。然而，小脑与脑干之间的解剖连接表明，它们在支持情绪和认知功能方面可能具有重要作用。

### 研究局限性

尽管本研究提供了重要的见解，但仍存在一些局限性。首先，样本量相对较小，且来源于单一中心，这可能引入选择偏差，限制研究结果的普遍适用性。其次，由于招募困难，未能纳入与患者在认知和情绪状态上匹配的健康对照组。第三，患者评估时间点存在较大差异，从亚急性期到慢性期不等，这可能影响对行为结果的解释。第四，研究采用横断面设计，无法进行卒中前后的纵向比较，从而限制了对结构损伤与行为变化之间因果关系的推断。第五，尽管对主要协变量进行了调整，但仍可能存在未被完全排除的残余混杂因素。最后，研究未纳入扩散张量成像（DTI）追踪，这使得无法直接验证脑干与皮层之间的连接路径。

### 研究结论

本研究结果表明，脑干梗死可能通过破坏分布式的皮层-亚皮层网络，导致认知和情绪功能障碍。这些网络包括小脑-脑干-皮层通路、前边缘系统回路以及颞叶-纹状体系统。研究发现，多个关键脑区，如前扣带回皮层、内囊核、眶额叶皮层和颞叶皮层，在这些网络中起着重要作用。这些发现为脑卒中后的个性化康复策略提供了理论基础，包括针对前边缘系统、纹状体-边缘系统和前额叶控制回路的认知-情绪再训练和神经调控干预。

### 伦理与资金支持

本研究得到了四川大学华西医院生物医学伦理审查委员会的批准（批准号：2022 (1200)）。研究经费来自成都科技局的技术创新研发项目（2024-YF05-00541-SN）、四川大学华西医院博士后研究基金（2024HXBH023）、中国博士后科学基金（GZC20241151）、四川大学华西医院“1·3·5”学科建设专项（2020HXFH012）、医学与工程交叉人才培养基金项目（HXDZ22011/ZYGX2022YGRH017）以及国家自然科学基金（82371322, 82301661）。

### 作者贡献声明

本文的研究由多个作者共同完成，其中Li Congjun和Chen Ye负责研究的设计；Sun Rui、Jiang Shuai、Yan Yuyign、Wang Hang、Liu Junfeng、Tao Wendan、Hu Na、Lui Su、Pan Ruosu、Cao Le和Wu Bo共同参与了数据收集、分析与解释。研究的最终撰写与修改由所有作者共同完成，并经过全体作者的最终审批。