【中国声音】脑深部刺激后微毁损期间帕金森病患者的认知网络连接发生改变

学术   健康   2025-01-21 18:44   上海  

                   

近日,南京医科大学附属脑科医院章文斌教授研究团队CNS Neuroscience & Therapeutics(影响因子4.8,中科院分区1区)上报道了帕金森病脑深部刺激术后认知相关网络的改变,从脑网络的角度为帕金森病患者脑深部刺激术后认知改变,提供了新的理解。


前 言


脑深部电刺激(Deep Brain Stimulation,DBS)对运动障碍性疾病的运动症状的疗效已经得到了大家的公认,但丘脑底核DBS对帕金森病(Parkinson's Disease,PD)的患者的认知副作用也越来越受到人们的关注。在DBS术后,研究发现患者的认知功能,特别是言语流畅性下降。考虑到言语流畅性在DBS手术后未开启电刺激之前就出现下降,微毁损效应可能是主要引起DBS术后言语流畅性(Verbal fluency,VF)下降的原因。功能磁共振成像是一种广泛使用的非侵入性方法,以高时空分辨率测量区域和全球大脑连接。我们之前使用局部一致性和低频振幅方法发现DBS术后很多脑区的活动已经发生了变化。研究DBS术后微毁损期的脑连接改变是一个有希望的方法来了解这些DBS术后认知功能下降这些临床症状变化的潜在机制。我们选择了先前涉及帕金森病的功能网络进行功能连接分析:默认网络(Default mode network,DMN)、执行控制网络(Executive control network,ECN)和背侧注意网络(Dorsal attention network,DAN),它们与记忆、注意和执行认知功能相关。我们还进行了探索性分析,以调查连通性改变和临床症状变化之间的联系。 


功能连接分析


研究人员从南京医科大学附属脑科医院功能神经外科招募了37名PD患者。所有患者符合DBS手术适应症,并全部进行了DBS手术。本研究获得南京医科大学附属脑科医院伦理委员会批准。采用统一帕金森氏病分级量表第三部分(UPDRS-III)、39项帕金森病问卷(PDQ-39)、蒙特利尔认知评估法(MoCA)评估患者的认知水平、汉密尔顿焦虑量表(HAMA))和汉密尔顿抑郁量表(HAMD)对患者的运动和心理状态进行评估。VF测试包括语义流畅性和语音流畅性,用于评估语言记忆和自发语言能力。通过基于种子的方法,我们研究了DMN、ECN和DAN中静息状态网络的模式。我们同时检测PD患者网络连通性和临床变量之间相关性。


研究结果


DBS术后1天,PD患者的UPDRS-III、MoCA、语义流畅性和语音流畅性评分明显下降。DBS术后1个月,UPDRS-III评分恢复到术前水平,但MoCA、语义流畅性和语音流畅性评分仍低于术前水平(见表1)。


表1: 人口统计学特征


01

功能连接分析结果


DBS手术后,PD患者在DMN、ECN、DAN内的功能连接出现了显著的下降(见图1和图2)。


图1:帕金森病患者DBS手术前后脑功能连接的改变。


图2:DBS手术前后存在显著差异的大脑区域的FC值改变的散点图。


02

相关分析


相关性分析表明,在DBS手术前,PD患者语音流利性评分与DMN内功能连接呈正相关(图3)。


图3:DBS治疗前大脑网络FC值与语音流畅性评分的相关性分析。

讨 论


认知能力的微小下降可能会对生活质量产生深远的影响。DBS手术适应症的增长、手术目标的扩大、设备的日益复杂以及最近刺激范式的变化都共同引起了人们对重新评估DBS相关认知结果的必要性的关注。本研究提供了关于DBS术后认知下降与静息态功能连接模式之间关系的新信息。我们的研究结果表明,在DBS术后,主要的大规模认知网络内部出现了显著的改变。详细来说,我们发现DMN、ECN、DAN三大网络内的功能连接在DBS术后出现一个广泛的下降。这些数据表明PD患者的术后认知改变可能与电极植入所致的功能网络改变有关,这凸显了DBS术后PD患者潜在的认知网络功能重组。

在本研究中,我们发现DBS术后PD患者的DMN功能结构受到严重破坏,其关键中枢右楔前叶和左角回内的连接性降低。并且这些变化已被证明与语言流利性评分相关,进一步证实了这些区域的重要病理生理学作用。DMN在自我参照、社会认知、情景和自传记忆以及语言和语义记忆相关的认知操作扮演者重要的角色。鉴于DMN在认知的方面的重要作用,因此,我们认为PD患者DBS术后DMN功能受损可能是引起PD患者认知下降的病理原因

我们发现ECN网络内左顶下叶、左额中回和左辅助运动区的功能连接均出现了降低。ECN通常被描述为任务积极网络,与认知要求较高的任务的执行相关。左顶下叶和左额中回作为ECN的重要脑区,他们的下降可能代表这个术后ECN网络的紊乱加重,进而影响到了患者的认知功能。研究表明,辅助运动区参与记忆、注意力和执行功能,以及言语功能和空间信息更新。一项研究报告了一名遭受左大脑前动脉出血致左侧辅助运动区功能减弱的患者遗留了言语不流利、停顿的症状。因此,我们推测辅助运动区的功能连接降低也参与了术后认知特别是语言流畅性功能的损害。DBS术后ECN网络内右楔前叶功能连接的增高,可能是认知能力下降的代偿效应。 

DAN提供自上而下的注意定向,其对控制感觉处理的认知训练具有重要作用。研究发现,DAN的小世界组织对一般智力、语言智力、知觉推理和执行功能都有好处。本研究发现DAN网络内左侧额下回三角部和左侧额中回的功能连接下降。左侧额下回三角部是语言需求调节的最为强烈的语言区域。额中回是背侧和腹侧注意力网络的汇聚点。额中回作为一个网关,可以中断背侧注意力网络中正在进行的内源性注意力过程。因而我们推测左侧额下回和额中回的功能受损可能和DBS术后认知功能下降有关

研究结论

总之,我们发现电极植入对三个与认知有关的静息态功能网络具有显著的影响。DMN、ECN、DAN三大网络内的功能连接在DBS术后出现一个广泛的下降。未来需要进一步的研究去探索DBS术后认知功能受损的机制。


通讯作者简介


章文斌 主任医师

南京医科大学附属脑科医院功能神经外科

  • 博士、教授、主任医师

  • 主要从事帕金森等运动障碍疾病的外科治疗,近年主持国家重点研发计划子课题及省级重点研发项目等课题5项,发表学术论文50余篇,建立华东地区最早的远程程控中心

  • 《临床神经外科杂志》副主编、编辑部主任

  • 中国医师协会神经调控专业委员会委员

  • 中国医师协会神经外科分会神经电生理监测专业委员会委员

  • 世界华人医师协会、世界华人神经外科协会功能神经外科专业委员会常委

  • 中国神经调控联盟常务理事

  • 湖南省癫痫与帕金森专病联盟特聘专家

  • 国家神经外科手术机器人应用示范项目专家指导委员会委员,作为专家组成员参与制定多个神经调控专家共识


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