一氧化碳中毒迟发性脑病动态脑功能网络时变特性与拓扑属性异常的fMRI研究

《Scientific Reports》：Abnormal intrinsic brain functional network dynamics in delayed encephalopathy after carbon monoxide poisoning

　　本研究针对一氧化碳中毒迟发性脑病（DEACMP）脑功能网络动态特性不明的难题，采用静息态功能磁共振成像（rs-fMRI）技术，通过滑动时间窗分析和图论方法，首次发现DEACMP患者存在两种特征性动态功能连接状态（State1/State2），其中State2呈现多脑网络间动态交互异常，且平均停留时间（MDT）与蒙特利尔认知评估（MoCA）评分显著负相关。该研究为揭示DEACMP神经病理机制提供了新的动态网络视角。

　　

当一氧化碳这个无声的杀手潜入人体，不仅会引发急性中毒，更可怕的是部分患者会在经历2-60天的"假愈期"后突然出现认知障碍、精神症状等严重脑功能损害，这就是一氧化碳中毒迟发性脑病（DEACMP）。作为一氧化碳中毒最严重的神经系统后遗症，DEACMP发病率高达20-40%，死亡率达31%，给患者家庭和社会带来沉重负担。目前其发病机制尚未明确，现有高压氧治疗效果有限，迫切需要从新的角度揭示其神经病理机制。

近年来，静息态功能磁共振（rs-fMRI）技术的发展为了解DEACMP的脑功能改变提供了窗口。但既往研究多局限于静态功能连接分析，难以捕捉大脑功能网络的动态波动特性。事实上，人脑作为高度复杂的动态系统，其功能连接具有显著的时间变异性。动态功能连接（dFC）分析通过滑动时间窗技术能够揭示脑网络连接的时变规律，而图论分析则可量化网络拓扑属性的异常。将这两种先进技术结合，有望从全新角度揭示DEACMP的脑网络紊乱机制。

在此背景下，南昌大学第一附属医院易嘉元研究团队在《Scientific Reports》发表最新研究，首次从动态脑网络视角揭示DEACMP的神经机制。研究人员招募25例DEACMP患者和25名健康对照（HCs），采集rs-fMRI数据后采用滑动时间窗（窗宽50TR/步长2TR）构建dFC矩阵，通过K-means聚类识别动态状态，并结合图论分析量化网络拓扑属性变异度。

研究结果显示，DEACMP患者存在两种特征性dFC状态：State1（占比31.59%）和State2（占比68.41%）。

尤为重要的是，患者在State2的平均停留时间（MDT）显著延长（32.45±4.800 vs 16.86±3.40，p<0.05），

表明大脑更倾向于维持特定连接模式。

时间动态特性分析

DEACMP患者在State1和State2的MDT均显著高于健康对照，其中State2的差异尤为明显（t=2.706，p=0.0104）。状态转换次数和出现频率虽无统计学差异，但MDT的延长提示患者脑网络动态灵活性受损。

相同状态下的脑网络连接比较

State1中，DEACMP患者显示基底节网络（BGN）与突显网络（SN）间功能连接增强。

State2呈现更广泛的连接异常：默认模式网络（DMN）内部、DMN-视觉网络（VN）/语言网络（LN）、BGN-LN、VN-背侧注意网络（DAN）、SN-LN/楔前叶网络（PN）/执行控制网络（ECN）及ECN内部连接普遍减弱，而ECN-BGN/DMN和DMN-DAN间连接增强。这种复杂改变反映DEACMP存在脑功能失调与神经补偿共存的病理状态。

动态脑网络拓扑属性变异性

节点属性分析显示，DEACMP患者在多个脑区出现中介中心性（BC）、度中心性（DC）和接近中心性（CC）的显著变异，涉及SN的右额上回眶部（ORBsup.R）和左枕上回（SOG.L）、BGN的左额下回眶部（ORBinf.L）、DMN的左罗朗多岛盖（ROL.L）和右嗅皮质（OLF.R）、PN的右枕下回（IOG.R）、ECN的右顶下缘角回（IPL.R）以及VN的右颞下回（ITG.R）。这些"脆弱节点"的变异可能与DEACMP的临床症状密切相关。

临床相关性分析

State1的MDT与MoCA评分呈显著负相关（r=0.8017，p<0.001），

表明dFC指标可间接反映患者认知功能损害程度。

本研究突破传统静态功能连接分析局限，首次系统揭示DEACMP患者脑功能网络的动态紊乱特征。State2中大规模功能连接减弱与DMN、BGN等关键网络解体相关，可能源于白质损伤导致的信息传输障碍；而局部连接增强则可能代表神经补偿机制。动态网络指标与认知功能的相关性更为DEACMP的早期诊断和疗效评估提供了潜在影像标记物。未来通过扩大样本量和纵向研究设计，有望进一步阐明DEACMP的动态网络演变规律，为临床干预提供新靶点。