NRR：中南大学刘军团队基于图论分析揭示了轻度创伤性脑损伤急性期结构子网络改变对预后的预测作用
撰文：黄思泓，韩军功，郑海荣，李梦君，奎晓燕，刘军
大量的轻度创伤性脑损伤患者及由轻度创伤性脑损伤所引起的包括身体，认知及情绪等方面的伤后症状给社会带来了繁重的负担[1, 2]。既往研究表明，轻度创伤性脑损伤后引起的大脑结构和功能的改变可以影响这些伤后症状的发生和发展[3-6]。但是由于轻度创伤性脑损伤患者异质性高（如受伤部位、受伤机制、受伤程度不一），非侵入性研究结果没有直接病理证实等原因，其中的机制仍然不十分明确和统一。所以，大量的学者仍聚焦于用非侵入性的方法（如核磁共振成像）来探索轻度创伤性脑损伤后的神经生物学标志物。图论，作为一种复杂网络的定量分析方法，已被广泛应用于大脑结构和功能改变的研究中[7]。此前对于轻度创伤性脑损伤患者的图论分析中，部分研究人员聚焦于特殊人群（如军人），且少有研究同时探索同一批患者的结构和功能连接的异常，而多模态的数据更能捕获轻度创伤性脑损伤患者的异质性[6, 8-10]。所以，针对临床实践中最常见的轻度创伤性脑损伤患者结构和功能连接的异常及其演变仍需进一步探索。
近期，来自中国中南大学湘雅二医院刘军教授团队在《中国神经再生研究（英文版）》（Neural Regeneration Research）上发表了题为“Structural and functional connectivity of the whole brain and subnetworks in individuals with mild traumatic brain injury: predictors of patient prognosis”的研究。他们发现，在轻度创伤性脑损伤患者的急性期，其背侧注意网络的结构连接减弱，3个月随访后其脑网络以及认知表现趋于恢复，且更好的认知功能与更高效的脑网络相关。此外，轻度创伤性脑损伤患者急性期的小世界网络属性的改变可以预测患者网络连接的纵向恢复。
刘军等针对轻度创伤性脑损伤患者的结构和功能连接网络，利用图论的方法进行了横断面比较（轻度创伤性脑损伤患者vs.健康对照）和纵向比较（轻度创伤性脑损伤患者急性期vs.慢性期）。此次探索性研究不仅对全脑网络连接矩阵，也对大脑与认知相关的子网络：背侧注意力网络（dorsal attention network，DAN），腹侧注意力网络（ventral attention network，VAN）以及默认模式网络（default mode network，DMN）进行了探索。图论分析结果表明，在急性期，轻度创伤性脑损伤患者仅在背侧注意力网络存在结构连接网络的损伤（图1）。在纵向随访的过程中，无论是全脑水平还是子网络水平，患者的结构和功能连接网络均朝着更高效的方向恢复（如全局效率增高）（图2）。认知量表的结果表明，与健康对照被试相比，患者急性期存在认知功能下降的趋势，但两者没有显著组间差异，在随访的过程中，患者的认知功能表现提升。相关分析的结果表明，更高效的连接网络与更好的认知表现相关。此外，该研究还发现在右侧颞中回，急性期背侧注意力网络的小世界网络属性增加越明显，纵向随访中节点效率的恢复也越明显（图3）。该结果表明轻度创伤性脑损伤患者的急性期小世界网络属性的改变可以作为患者预后的预测因素。
图1 图论分析得出，急性期轻度创伤性脑损伤患者背侧注意力网络的全局效率减低，小世界网络属性增高（图源：Huang et al., Neural Regen Res, 2024）
图2图论分析得出，随访中全脑网络连接显示轻度创伤性脑损伤患者的全局效率，局部效率增高，小世界属性减低，且在背侧注意力网络以及默认模式网络亦可见全局效率和局部效率的增高（图源：Huang et al., Neural Regen Res, 2024）
图3急性期背侧注意力网络的小世界属性与纵向随访中节点效率改变的相关性（图源： Huang et al., Neural Regen Res, 2024）
总之，由于轻度创伤性脑损伤患者的异质性，用更贴近病理生理层面的多模态指标非侵入性的展示轻度创伤性脑损伤患者伤后演变过程是众多研究者的热点研究方向。该研究结合了结构和功能连接网络，利用图论分析的方法展示了轻度创伤性脑损伤患者急性期与健康对照比较的异常以及从急性期到慢性期的纵向改变。结构连接网络和功能连接网络的结合更全面的反映了轻度创伤性脑损伤患者伤后横向及纵向改变。在急性期患者中仅发现的背侧注意力网络的异常；同时，背侧注意力网络小世界属性的改变也被发现可以作为患者随访过程中脑网络恢复的预测因子，以上结果均提示了利用子网络研究患者脑网络改变的重要性。当然，该研究的样本量相对较小，且为单中心研究，在今后的研究中，需要进一步扩大样本量，纳入多个研究中心对该研究结果进行进一步验证。其次，该研究用确定性纤维追踪的方法追踪纤维束，之后也需要用其他的追踪方法，如概率性追踪来探索轻度创伤性脑损伤患者伤后改变。
原文链接：https://doi.org/10.4103/1673-5374.387971
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