急性缺血性卒中患者運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)激活及功能重組的功能磁共振成像研究

曾繁勇 張志強(qiáng) 楊昉 胡建平 許強(qiáng) 盧光明

運(yùn)動(dòng)障礙是急性缺血性卒中常見后遺癥，發(fā)病后肢體偏癱發(fā)生率高達(dá)60%～80%，是成人病殘的常見原因，嚴(yán)重影響患者生活質(zhì)量［1]。因此，早期關(guān)注腦卒中患者運(yùn)動(dòng)功能缺損程度對(duì)康復(fù)訓(xùn)練和評(píng)價(jià)運(yùn)動(dòng)功能具有重要意義。fMRI可以顯示任務(wù)相關(guān)大腦運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)的激活狀況，用于腦卒中后患者運(yùn)動(dòng)功能評(píng)價(jià)［2]。本研究觀察急性缺血性卒中患者運(yùn)動(dòng)功能相關(guān)腦區(qū)激活狀況，采用動(dòng)態(tài)因果模型（DCM）法，探討急性缺血性卒中患者大腦運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)激活程度和模式與神經(jīng)和運(yùn)動(dòng)功能評(píng)分及神經(jīng)電生理學(xué)指標(biāo)之間的關(guān)系，以期為急性缺血性卒中后大腦運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)功能重組提供依據(jù)。

資料與方法

一、臨床資料

1.納入標(biāo)準(zhǔn) （1）經(jīng)臨床和影像學(xué)證實(shí)為首次發(fā)作的單側(cè)缺血性卒中。（2）依據(jù)《中國(guó)急性缺血性腦卒中診治指南2014》［3]對(duì)缺血性卒中急性期的定義（發(fā)病14 d內(nèi)），發(fā)病至入院時(shí)間＜14 d。（3）臨床主要表現(xiàn)為病灶對(duì)側(cè)上肢運(yùn)動(dòng)障礙，發(fā)病前肢體運(yùn)動(dòng)功能正常，無明顯感覺障礙。（4）腦血管相關(guān)檢查證實(shí)無狹窄以外的其他顱內(nèi)血管病變。（5）均為右利手（經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)量）。（6）意識(shí)清楚且能夠配合檢查。（7）檢查過程中無明顯鏡像運(yùn)動(dòng)和連帶運(yùn)動(dòng)。（8）本研究經(jīng)南京大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬金陵醫(yī)院道德倫理委員會(huì)審核批準(zhǔn)，所有受試者或其家屬均知情同意并簽署知情同意書。

2.排除標(biāo)準(zhǔn) （1）既往有癥狀性缺血性卒中或短暫性腦缺血發(fā)作（TIA）病史。（2）存在其他中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病或精神疾病。（3）發(fā)病前從事音樂或鍵盤操作等專業(yè)職業(yè)。（4）體內(nèi)有金屬異物或金屬裝置而無法進(jìn)行MRI檢查。

3.一般資料 選擇2015年6月-2016年8月在南京大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬金陵醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科住院治療并經(jīng)臨床和影像學(xué)證實(shí)的單側(cè)缺血性卒中患者共22例，男性16例，女性6例；年齡36～68歲，平均（52.00±10.42）歲；發(fā)病至入院后首次行MRI檢查時(shí)間1～13 d，中位時(shí)間為3（2，7）d；左側(cè)肢體受累10例（45.45%），右側(cè)肢體受累12例（54.55%）；頭部MRI顯示病變位于左側(cè)大腦半球12例（54.55%）、右側(cè)大腦半球10例（45.45%），主要責(zé)任病灶位于基底節(jié)區(qū)（16例，72.73%）、放射冠（1例，4.55%）、腦葉皮質(zhì)（3例，13.64%）和半卵圓中心（2例，9.10%）。

二、研究方法

1.頭部MRI檢查 采用美國(guó)GE公司生產(chǎn)的Discovery 750 3.0T MRI掃描儀，標(biāo)準(zhǔn)32通道頭部線圈，梯度場(chǎng)強(qiáng)50 mT/m，掃描序列包括T1WI、T2WI、擴(kuò)散加權(quán)成像（DWI）、T2?FLAIR成像、三維磁化準(zhǔn)備快速梯度回波（3D?MPRAGE）解剖成像以及任務(wù)態(tài)fMRI（ts?fMRI）。（1）橫斷面 T1WI：重復(fù)時(shí)間（TR）1750 ms、回波時(shí)間（TE）23 ms，掃描視野（FOV）為24 cm×24 cm，矩陣256×256，激勵(lì)次數(shù)（NEX）1次，層厚5 mm、層間距1.50 mm，共掃描20層，掃描時(shí)間82 s，掃描范圍覆蓋顱底至顱頂全部腦組織。（2）橫斷面T2WI：重復(fù)時(shí)間5690 ms、回波時(shí)間為93.10 ms，掃描視野24 cm×24 cm，矩陣512×512，激勵(lì)次數(shù)1次，層厚5 mm、層間距1.50 mm，共掃描20層，掃描時(shí)間56 s，掃描范圍覆蓋顱底至顱頂全部腦組織。（3）橫斷面DWI序列：重復(fù)時(shí)間3400 ms、回波時(shí)間為65.40 ms，掃描視野24 cm×24 cm，矩陣192×192，激勵(lì)次數(shù)2次，層厚4 mm、層間距為零，共掃描30層，掃描時(shí)間54 s，范圍覆蓋顱底至顱頂全部腦組織。（4）橫斷面T2?FLAIR成像：重復(fù)時(shí)間9000 ms、回波時(shí)間94.40 ms、反轉(zhuǎn)時(shí)間（TI）2474 ms，掃描視野24 cm×24 cm，矩陣256×256，激勵(lì)次數(shù)為1次，層厚為5 mm、層間距為1.50 mm，共掃描20層，掃描時(shí)間為153 s，掃描范圍覆蓋顱底至顱頂全部腦組織。（5）3D?MPRAGE解剖成像：獲得全腦解剖容積掃描圖像，重復(fù)時(shí)間8.14 ms、回波時(shí)間3.17 ms、反轉(zhuǎn)時(shí)間450 ms，翻轉(zhuǎn)角（FA）12°，掃描視野24 cm×24 cm，矩陣為256×256，層厚1 mm、層間距為零，共掃描144層，掃描時(shí)間195 s，掃描范圍覆蓋顱底至顱頂全部腦組織。（6）ts?fMRI：采用單次激發(fā)平面回波成像（SE?EPI），掃描基線平行于胼胝體前后聯(lián)合連線，重復(fù)時(shí)間2000 ms，回波時(shí)間30 ms，翻轉(zhuǎn)角80°，掃描視野240 mm×240 mm，矩陣64×64，激勵(lì)次數(shù)1次，層厚3.20 mm、層間距3.20 mm，共掃描43層，掃描時(shí)間310 s，掃描范圍覆蓋顱底至顱頂全部腦組織。

2.運(yùn)動(dòng)任務(wù) 運(yùn)動(dòng)任務(wù)采用組塊（Block）設(shè)計(jì)，進(jìn)行拇指與食指簡(jiǎn)單對(duì)指運(yùn)動(dòng)，任務(wù)流程為健側(cè)手動(dòng)?患側(cè)手動(dòng)?靜息?患側(cè)手動(dòng)?健側(cè)手動(dòng)?靜息，每個(gè)組塊持續(xù)60 s，共5個(gè)組塊。掃描前10 s為校正靜息時(shí)間，掃描時(shí)患者仰臥位，軟海綿墊固定頭部，消毒棉球塞入耳中以降低噪聲，閉眼，平靜呼吸，掃描過程中肘部伸直，雙手平放于掃描臺(tái)上，配合操作者的指示進(jìn)行運(yùn)動(dòng)?靜息交替運(yùn)動(dòng)。任務(wù)態(tài)掃描過程中患側(cè)對(duì)指任務(wù)為被動(dòng)運(yùn)動(dòng)，由操作者輔助進(jìn)行，健側(cè)對(duì)指任務(wù)為主動(dòng)運(yùn)動(dòng)。主動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)患者集中精神于運(yùn)動(dòng)的手指，盡量不進(jìn)行意向性思維，對(duì)指運(yùn)動(dòng)頻率為1 Hz，對(duì)指運(yùn)動(dòng)幅度及拇指和食指按壓力度盡量大，余部位保持放松狀態(tài)，靜止不動(dòng)，包括手腕和肘部；被動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)由同一位操作者輔助患者進(jìn)行拇指和食指對(duì)指，大力按壓后分開，分開時(shí)手指伸平。觀察患者掃描過程中運(yùn)動(dòng)任務(wù)完成情況以及是否發(fā)生鏡像運(yùn)動(dòng)或連帶運(yùn)動(dòng)。

3.神經(jīng)功能和運(yùn)動(dòng)功能評(píng)價(jià) 由同一位神經(jīng)內(nèi)科醫(yī)師采用美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院卒中量表（NIHSS）評(píng)價(jià)神經(jīng)功能，F(xiàn)ugl?Meyer上肢評(píng)價(jià)量表（FMA?UE）評(píng)價(jià)上肢運(yùn)動(dòng)功能。（1）NIHSS量表：包括意識(shí)狀態(tài)、視野、上下肢運(yùn)動(dòng)、共濟(jì)失調(diào)、言語和感覺等項(xiàng)內(nèi)容，總評(píng)分42分，評(píng)分越高、神經(jīng)功能缺損越嚴(yán)重。（2）FMA?UE量表：包括33項(xiàng)條目，每項(xiàng)分為0～2分共3級(jí)，0分，不能完成；1分，部分完成；2分，全部完成，總評(píng)分66分，評(píng)分越高、上肢運(yùn)動(dòng)功能越佳。

4.神經(jīng)電生理學(xué)監(jiān)測(cè) 由同一位神經(jīng)內(nèi)科專業(yè)技師采用丹麥Dantec公司生產(chǎn)的KEYPOINT肌電圖儀監(jiān)測(cè)并記錄雙側(cè)靜息運(yùn)動(dòng)閾值（RMT）。刺激強(qiáng)度為1 Hz，共10個(gè)序列，每一序列120次脈沖、刺激時(shí)間120 s、間隔時(shí)間40 s。予運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)足夠強(qiáng)度刺激后，可以在其支配的肌肉上產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)誘發(fā)電位（MEP）。靜息運(yùn)動(dòng)閾值指連續(xù)刺激過程中至少有50%的刺激誘發(fā)出波幅＞50 μV運(yùn)動(dòng)誘發(fā)電位的最小刺激強(qiáng)度，是反映大腦皮質(zhì)興奮性的神經(jīng)電生理學(xué)指標(biāo)，靜息運(yùn)動(dòng)閾值越高、大腦皮質(zhì)興奮性越低。

三、圖像處理與統(tǒng)計(jì)分析方法

1.fMRI圖像處理 采用基于美國(guó)MathWorks公司生產(chǎn)的MATLAB 7.8軟件平臺(tái)的DPARSF軟件（http://rfmri.org/DPARSF）和SPM8軟件（http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm）進(jìn)行fMRI數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析。首先，將病灶位于右側(cè)大腦半球的患者（10例）進(jìn)行鏡面翻轉(zhuǎn)，統(tǒng)一將左側(cè)大腦半球定義為患側(cè)，右側(cè)大腦半球定義為健側(cè)。采用DPARSF軟件進(jìn)行fMRI原始數(shù)據(jù)預(yù)處理，剔除任務(wù)態(tài)掃描前5個(gè)時(shí)間點(diǎn)的圖像，進(jìn)行時(shí)間層校正和頭動(dòng)校正（在x、y、z軸上平移＜2 mm，旋轉(zhuǎn)＜2°），并以3 mm×3 mm×3 mm大小體素將圖像重新采集至加拿大蒙特利爾神經(jīng)病學(xué)研究所（MNI）標(biāo)準(zhǔn)空間，再進(jìn)行4 mm×4 mm×4 mm半高全寬（FWHM）的高斯平滑處理。為防止病變可能導(dǎo)致腦體積變化而影響配準(zhǔn)后定位的準(zhǔn)確性，數(shù)據(jù)處理過程中采用美國(guó)南加州大學(xué)的MRIcron軟件（http://www.mccauslandcenter.sc.edu/crnl/tools）將病灶區(qū)域進(jìn)行蒙片處理，再應(yīng)用于標(biāo)準(zhǔn)化配準(zhǔn)過程中。數(shù)據(jù)預(yù)處理過程中，剔除頭動(dòng)過大和配準(zhǔn)不準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，再依據(jù)組塊設(shè)計(jì)方案，采用SPM8軟件建立相應(yīng)函數(shù)模型以獲得每例患者腦區(qū)激活統(tǒng)計(jì)參數(shù)圖，采用單樣本t檢驗(yàn)，設(shè)置閾值為P＜0.001［族錯(cuò)誤率（FWE）校正]，有效激活體素默認(rèn)。群組分析采用單樣本t檢驗(yàn)，設(shè)置閾值為P＜0.01［錯(cuò)誤發(fā)現(xiàn)率（FDR）校正]，有效激活體素默認(rèn)。

2.興趣區(qū)選擇與相關(guān)分析 選擇雙側(cè)大腦半球初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)（M1）、運(yùn)動(dòng)前區(qū)皮質(zhì)（PMC）和輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)（SMA）等感覺運(yùn)動(dòng)相關(guān)腦區(qū)作為興趣區(qū)（ROI），觀察患者大腦皮質(zhì)的激活情況。采用SPM8軟件定量計(jì)算相關(guān)激活腦區(qū)的激活強(qiáng)度與神經(jīng)功能和運(yùn)動(dòng)功能及神經(jīng)電生理學(xué)的相關(guān)性，獲得相關(guān)系數(shù)圖；提取相關(guān)激活腦區(qū)的激活強(qiáng)度T值，采用Spearman秩相關(guān)分析探討其與神經(jīng)功能和運(yùn)動(dòng)功能及神經(jīng)電生理學(xué)的相關(guān)性。

3.動(dòng)態(tài)因果連接分析 采用動(dòng)態(tài)因果模型［4]建模，以分析運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)網(wǎng)絡(luò)變化，選擇雙側(cè)大腦半球初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)、運(yùn)動(dòng)前區(qū)皮質(zhì)和輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)作為興趣區(qū)，結(jié)合解剖學(xué)標(biāo)記點(diǎn)和明顯激活腦區(qū)，定位相應(yīng)最高激活統(tǒng)計(jì)T值點(diǎn)作為球心，球體半徑設(shè)置為6 mm。采用SPM8軟件中VOI分析工具提取興趣區(qū)內(nèi)體素的平均時(shí)間序列（即興趣區(qū)內(nèi)所有激活體素的平均信號(hào)），用于動(dòng)態(tài)因果模型分析，外部輸入為對(duì)應(yīng)側(cè)別的對(duì)指運(yùn)動(dòng)，將初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)作為設(shè)計(jì)模型的擾動(dòng)區(qū)域，輸出為興趣區(qū)平均血氧水平依賴（BOLD）信號(hào)。選取每例患者雙側(cè)大腦半球初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)、運(yùn)動(dòng)前區(qū)皮質(zhì)以及輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)，參照文獻(xiàn)［5?6]方法建立4個(gè)先驗(yàn)?zāi)Ｐ停▓D1）。采用SPM8軟件建立動(dòng)態(tài)因果模型并進(jìn)行參數(shù)估計(jì)，最終獲得最優(yōu)模型及其內(nèi)在連接參數(shù)。

4.統(tǒng)計(jì)分析方法 采用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析。呈正態(tài)分布的計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（±s）表示，采用兩獨(dú)立樣本的t檢驗(yàn)；呈非正態(tài)分布的計(jì)量資料以中位數(shù)和四分位數(shù)間距［M（P25，P75）]表示。興趣區(qū)激活強(qiáng)度值、動(dòng)態(tài)因果模型內(nèi)在連接參數(shù)與神經(jīng)功能和運(yùn)動(dòng)功能及神經(jīng)電生理學(xué)的相關(guān)性采用Spearman秩相關(guān)分析。以P≤0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

一、雙側(cè)對(duì)指運(yùn)動(dòng)時(shí)激活腦區(qū)

急性缺血性卒中患者患側(cè)對(duì)指運(yùn)動(dòng)表現(xiàn)為雙側(cè)大腦半球不同程度激活，尤其是患側(cè)大腦半球初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)和運(yùn)動(dòng)前區(qū)皮質(zhì)及雙側(cè)大腦半球輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)，同時(shí)伴健側(cè)大腦半球運(yùn)動(dòng)前區(qū)皮質(zhì)和后頂葉皮質(zhì)（PPC）少量激活，雙側(cè)小腦半球也呈現(xiàn)不同程度激活；健側(cè)對(duì)指運(yùn)動(dòng)主要表現(xiàn)為健側(cè)大腦半球初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)、運(yùn)動(dòng)前區(qū)皮質(zhì)和輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)激活，同時(shí)伴患側(cè)大腦半球輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)、頂下小葉Brodmann分區(qū)40（BA40）區(qū)少量激活（圖2）。

二、興趣區(qū)激活強(qiáng)度值與神經(jīng)功能和運(yùn)動(dòng)功能及神經(jīng)電生理學(xué)的相關(guān)性

本組患者NIHSS評(píng)分3～13分，中位評(píng)分為7（5，9）分；FMA?UE評(píng)分19～59分，平均（37.86±11.06）分；患側(cè)靜息運(yùn)動(dòng)閾值 31～ 86 μV、平均（53.47±14.04）μV，健側(cè)靜息運(yùn)動(dòng)閾值29～64 μV，平均（43.72±9.39）μV，雙側(cè)靜息運(yùn)動(dòng)閾值比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（t=6.630，P=0.001）。Spearman秩相關(guān)分析顯示，患側(cè)大腦半球初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)激活強(qiáng)度值［0.33（?0.13，0.64）]與神經(jīng)功能（NIHSS評(píng)分）呈負(fù)相關(guān)（rs=?0.452，P=0.035）、與上肢運(yùn)動(dòng)功能（FMA?UE評(píng)分）呈正相關(guān)（rs=0.543，P=0.009），患側(cè)大腦半球感覺運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)（SMC）激活強(qiáng)度值［0.03（?0.14，0.19）]與患側(cè)靜息運(yùn)動(dòng)閾值呈正相關(guān)（rs=0.718，P=0.001）。

三、動(dòng)態(tài)因果模型有效連接及其與神經(jīng)功能和運(yùn)動(dòng)功能及神經(jīng)電生理學(xué)的相關(guān)性

對(duì)本組患者患側(cè)對(duì)指運(yùn)動(dòng)建立4個(gè)動(dòng)態(tài)因果模型并進(jìn)行參數(shù)估計(jì)，最終獲得優(yōu)勢(shì)模型及其內(nèi)在連接參數(shù)。在獲得的優(yōu)勢(shì)模型中，進(jìn)行患側(cè)對(duì)指運(yùn)動(dòng)時(shí)，不僅存在雙側(cè)大腦半球內(nèi)感覺運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)的有效連接，還存在雙側(cè)大腦半球間感覺運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)的有效連接：雙側(cè)初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)間存在雙向負(fù)性有效連接，健側(cè)輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)對(duì)健側(cè)初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)存在負(fù)性有效連接、對(duì)患側(cè)初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)存在正性有效連接；患側(cè)輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)對(duì)健側(cè)輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)存在正性有效連接（圖3a）。提取每例患者各個(gè)有效連接的連接強(qiáng)度值，Spearman秩相關(guān)分析顯示，健側(cè)初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)對(duì)患側(cè)初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)的有效連接強(qiáng)度值與上肢運(yùn)動(dòng)功能（FMA?UE評(píng)分）呈負(fù)相關(guān)（rs=?0.461，P=0.047）；健側(cè)輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)對(duì)健側(cè)初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)的有效連接強(qiáng)度值與上肢運(yùn)動(dòng)功能（FMA?UE評(píng)分）呈正相關(guān)（rs=0.533，P=0.041），健側(cè)輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)對(duì)患側(cè)初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)的有效連接強(qiáng)度值與上肢運(yùn)動(dòng)功能（FMA?UE評(píng)分）無相關(guān)性（rs=0.209，P=0.351）；患側(cè)輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)對(duì)健側(cè)輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)的有效連接強(qiáng)度值與上肢運(yùn)動(dòng)功能（FMA?UE評(píng)分）無相關(guān)性（rs=0.168，P=0.455；圖3b）。

圖1 興趣區(qū)選擇和動(dòng)態(tài)因果模型建模示意圖：選取雙側(cè)大腦半球初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)、運(yùn)動(dòng)前區(qū)皮質(zhì)和輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)作為興趣區(qū)，分別建立4個(gè)不同的大腦半球間和大腦半球內(nèi)有效連接模型（箭頭所示為興趣區(qū)間有效連接方向） 1a 雙側(cè)大腦半球間和大腦半球內(nèi)的全連接模式 1b～1d 雙側(cè)大腦半球間和大腦半球內(nèi)可能存在的部分連接模式Figure 1 ROIs and dynamic connectivity model maps:bilateral M1,PMC and SMA areas were chosen as ROIs,then 4 different effective connectivity models of interhemisphere and intrahemisphere were settled and used for estimating interregional connectivity(arrows represented the direction of effective connectivity between ROIs).Full connectivity model of bilateral interheimispheres and intrahemispheres(Panel 1a).Incomplete connectivity models probably existed in bilateral interhemispheres and intrahemispheres(Panel 1b-1d).

討 論

康復(fù)治療可以使大部分腦卒中患者的偏癱癥狀得到不同程度改善。目前有文獻(xiàn)報(bào)道，腦卒中后運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)與腦組織可塑性和神經(jīng)功能重組有關(guān)［7]。現(xiàn)有研究顯示，血氧水平依賴性功能磁共振成像（BOLD?fMRI）可以直觀顯示腦卒中患者運(yùn)動(dòng)功能障礙和康復(fù)治療后神經(jīng)功能重組［8?9]。

本研究結(jié)果顯示，急性缺血性卒中患者進(jìn)行患側(cè)對(duì)指運(yùn)動(dòng)時(shí)，雙側(cè)大腦半球均可見激活，包括患側(cè)初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)、雙側(cè)運(yùn)動(dòng)前區(qū)皮質(zhì)和輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)、健側(cè)后頂葉皮質(zhì)，與既往研究一致［10?12]，Marshall等［10]對(duì)8例首次發(fā)作的腦卒中患者進(jìn)行患側(cè)對(duì)指運(yùn)動(dòng)任務(wù)研究，結(jié)果顯示，與正常對(duì)照者相比，腦卒中患者除患側(cè)初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)激活外，健側(cè)初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)、后頂葉皮質(zhì)和雙側(cè)前額葉皮質(zhì)（PFC）均激活改變。腦卒中急性期患者進(jìn)行患側(cè)對(duì)指運(yùn)動(dòng)時(shí)出現(xiàn)雙側(cè)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)廣泛激活，提示健側(cè)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)的激活可能發(fā)揮效用，對(duì)運(yùn)動(dòng)功能有一定代償作用［11]。本研究結(jié)果還顯示，急性缺血性卒中患者進(jìn)行健側(cè)對(duì)指運(yùn)動(dòng)時(shí)，健側(cè)初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)、運(yùn)動(dòng)前區(qū)皮質(zhì)和輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)及患側(cè)輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)和頂下小葉激活，亦與既往研究一致［13?15]，Luft等［13]采用 fMRI觀察皮質(zhì)和皮質(zhì)下梗死患者進(jìn)行雙手運(yùn)動(dòng)任務(wù)的激活腦區(qū)，結(jié)果顯示，無論是健側(cè)還是患側(cè)手運(yùn)動(dòng)，雙側(cè)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)均存在過度激活，推測(cè)其作用機(jī)制可能為：（1）患側(cè)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)網(wǎng)絡(luò)連接受損導(dǎo)致廣泛神經(jīng)功能重組，健側(cè)大腦半球運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)激活是對(duì)此形成的暫時(shí)反應(yīng)。（2）健側(cè)對(duì)指運(yùn)動(dòng)為主動(dòng)運(yùn)動(dòng)，任務(wù)準(zhǔn)備和執(zhí)行等想象認(rèn)知過程可能對(duì)結(jié)果產(chǎn)生影響，導(dǎo)致感覺運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)激活區(qū)擴(kuò)大。目前，多數(shù)研究因任務(wù)設(shè)計(jì)不同而未明確提及健側(cè)大腦半球激活對(duì)運(yùn)動(dòng)功能的改善作用，因此，各項(xiàng)研究結(jié)果無統(tǒng)一性，尚待更進(jìn)一步研究證實(shí)并探討其作用機(jī)制。

圖2 急性缺血性卒中患者雙側(cè)對(duì)指運(yùn)動(dòng)相關(guān)腦區(qū)激活圖（FDR校正P＜0.01） 2a 患側(cè)對(duì)指運(yùn)動(dòng)時(shí)激活腦區(qū)為患側(cè)大腦半球初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)和運(yùn)動(dòng)前區(qū)皮質(zhì)及雙側(cè)大腦半球輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)，同時(shí)伴健側(cè)大腦半球運(yùn)動(dòng)前區(qū)皮質(zhì)、后頂葉皮質(zhì)和雙側(cè)小腦半球少量激活（紅色區(qū)域所示） 2b 健側(cè)對(duì)指運(yùn)動(dòng)時(shí)激活腦區(qū)為健側(cè)大腦半球初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)、運(yùn)動(dòng)前區(qū)皮質(zhì)和輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)，同時(shí)伴患側(cè)大腦半球輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)和頂下小葉少量激活（紅色區(qū)域所示）Figure 2 Brain activation map of the affected and unaffected hand movements in acute ischemic stroke patients(P＜0.01,FDR corrected) Brain regions for task?based activity of the affected hand were ipsilesional M1,PMC and bilateral SMA,while slight activation of contralesional PMC,posterior parietal cortex and bilateral cerebellar hemispheres was also found(red areas indicate,Panel 2a).Brain regions for task?based activity of the unaffected hand were contralesional M1,PMC and SMA,while slight activation of ipsilesional SMA and inferior parietal lobule was also found(red areas indicate,Panel 2b).

圖3 急性缺血性卒中患者患側(cè)對(duì)指運(yùn)動(dòng)動(dòng)態(tài)因果模型優(yōu)勢(shì)模型及其內(nèi)在連接參數(shù)示意圖 3a 動(dòng)態(tài)因果模型優(yōu)勢(shì)模型顯示，雙側(cè)大腦半球間和大腦半球內(nèi)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)網(wǎng)絡(luò)連接改變，特別是健側(cè)初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)對(duì)患側(cè)初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)的負(fù)性抑制作用增強(qiáng)（箭頭所示為興趣區(qū)間有效連接方向，數(shù)值為有效連接強(qiáng)度；綠色箭頭所示為正性作用，紅色箭頭所示為負(fù)性作用） 3b 健側(cè)初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)對(duì)患側(cè)初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)的有效連接強(qiáng)度值與上肢運(yùn)動(dòng)功能呈負(fù)相關(guān)（rs=?0.461，P=0.047），健側(cè)輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)對(duì)健側(cè)初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)的有效連接強(qiáng)度值與上肢運(yùn)動(dòng)功能呈正相關(guān)（rs=0.533，P=0.041）Figure 3 Task?dependent modulations of connectivity of DCM advantage model during the affected hand movements DCM showed the advantage model,modulation of interhemispheric and intrahemispheric motor network during movements of the affected hand,especially the inhibitory influence of connectivity from contralesional to ipsilesional M1 increased(arrows represented the effective connectivity between brain regions;coupling parameters indicated connectivity strength,which was coded in color.Green referred to promotion of neural activity,and red indicated inhibition of neural activity;Panel 3a).The interhemispheric connectivity from contralesional to ipsilesional M1 was negatively correlated to upper motor function(rs=?0.461,P=0.047),while intrahemispheric connectivity from contralesional SMA to M1 were positively correlated to upper motor function(rs=0.533,P=0.041;Panel 3b).

腦卒中急性期運(yùn)動(dòng)功能普遍降低，可以采用NIHSS和FMA?UE評(píng)分評(píng)價(jià)神經(jīng)功能和上肢運(yùn)動(dòng)功能［16?17]。本研究結(jié)果顯示，急性缺血性卒中患者患側(cè)初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)激活強(qiáng)度與NIHSS評(píng)分呈負(fù)相關(guān)、與FMA?UE評(píng)分呈正相關(guān)，表明患側(cè)初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)激活水平越高、運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)受損程度越輕、運(yùn)動(dòng)功能越佳，提示患側(cè)初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)激活強(qiáng)度升高在整個(gè)康復(fù)過程中有積極意義，可以作為反映腦卒中急性期運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)的有效指標(biāo)和監(jiān)測(cè)指標(biāo)［18?20]。本研究結(jié)果還顯示，患側(cè)感覺運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)激活強(qiáng)度與患側(cè)靜息運(yùn)動(dòng)閾值呈正相關(guān)，認(rèn)為在靜息狀態(tài)下患側(cè)大腦皮質(zhì)興奮性越低，進(jìn)行被動(dòng)運(yùn)動(dòng)時(shí)患側(cè)感覺運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)功能募集程度越高，推測(cè)可能是由于腦卒中后神經(jīng)功能重組，被動(dòng)運(yùn)動(dòng)在患側(cè)大腦皮質(zhì)興奮性降低的情況下提高感覺運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)神經(jīng)元興奮性，從側(cè)面提示早期進(jìn)行患側(cè)手強(qiáng)制性康復(fù)訓(xùn)練可能有利于患側(cè)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)功能募集［21?22]。但是由于本研究樣本量較小、靜息運(yùn)動(dòng)閾值個(gè)體差異較大，尚待進(jìn)一步研究證實(shí)。

動(dòng)態(tài)因果模型是fMRI中為了解腦區(qū)功能整合因果關(guān)系而進(jìn)行效應(yīng)連通性分析的方法，可以在先驗(yàn)?zāi)Ｐ椭蝎@得彼此激活腦區(qū)間有效連接強(qiáng)度［23]。本研究結(jié)果顯示，進(jìn)行患側(cè)對(duì)指運(yùn)動(dòng)時(shí)，雙側(cè)初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)間存在雙向負(fù)性連接，且以健側(cè)初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)對(duì)患側(cè)初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)的連接強(qiáng)度值更高，即抑制作用更顯著。Schulz等［24]研究腦卒中急性期患者縱向動(dòng)態(tài)因果模型，結(jié)果顯示，雙側(cè)大腦半球間抑制性連接失衡，但于康復(fù)期逐漸恢復(fù)正常。本研究結(jié)果與上述研究和大腦半球間抑制理論一致，認(rèn)為在正常情況下，雙側(cè)大腦半球間處于某種相互抑制的平衡狀態(tài)，而腦卒中早期患側(cè)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)受損，對(duì)健側(cè)大腦半球的抑制作用減弱，使健側(cè)大腦半球興奮性增強(qiáng)，增強(qiáng)對(duì)患側(cè)大腦半球的抑制作用。同時(shí)，本研究結(jié)果還顯示，患側(cè)輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)對(duì)健側(cè)輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)存在正性功能連接，健側(cè)輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)對(duì)健側(cè)初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)存在負(fù)性功能連接，已知輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)在運(yùn)動(dòng)準(zhǔn)備和執(zhí)行過程中發(fā)揮重要作用，提示這種大腦半球間效應(yīng)連接對(duì)雙側(cè)初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)間的抑制性失衡起代償作用；Spearman秩相關(guān)分析顯示，健側(cè)初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)對(duì)患側(cè)初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)的有效連接強(qiáng)度值與上肢運(yùn)動(dòng)功能呈負(fù)相關(guān)，提示可以用于運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)的評(píng)價(jià)。

既往研究主要集中于腦卒中恢復(fù)期和慢性期患者，急性期橫斷面研究缺少對(duì)激活腦區(qū)間有效連接的研究［25?26]。本研究共納入22例急性缺血性卒中患者，進(jìn)一步探討腦卒中急性期運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)激活和神經(jīng)功能重組情況。但本研究仍存在不足之處：（1）數(shù)據(jù)采集時(shí)患側(cè)對(duì)指運(yùn)動(dòng)為被動(dòng)任務(wù)，健側(cè)對(duì)指運(yùn)動(dòng)為主動(dòng)任務(wù)，可能對(duì)結(jié)果造成影響，但也有學(xué)者認(rèn)為，主動(dòng)任務(wù)與被動(dòng)任務(wù)對(duì)感覺運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)的激活程度大致相同，無明顯差異［27?28]。（2）未設(shè)立正常對(duì)照者作為對(duì)照組，無法比較腦卒中患者與正常對(duì)照者大腦皮質(zhì)激活程度的差異。（3）是腦卒中急性期的橫斷面研究，無法探討隨著時(shí)間延長(zhǎng)，運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)激活模式改變和神經(jīng)功能重組改變情況。

綜上所述，本研究采用對(duì)指運(yùn)動(dòng)任務(wù)fMRI和動(dòng)態(tài)因果模型評(píng)價(jià)急性缺血性卒中患者大腦皮質(zhì)激活情況和運(yùn)功皮質(zhì)網(wǎng)絡(luò)連接改變情況，患側(cè)初級(jí)運(yùn)動(dòng)皮質(zhì)激活程度與神經(jīng)功能呈負(fù)相關(guān)、與運(yùn)動(dòng)功能呈正相關(guān)，提示可以作為腦卒中急性期運(yùn)動(dòng)功能的有效評(píng)價(jià)指標(biāo)，對(duì)評(píng)價(jià)運(yùn)動(dòng)功能康復(fù)和康復(fù)治療效果有一定指導(dǎo)意義。

［1]Pin?Barre C,Laurin J.Physical exercise as a diagnostic,rehabilitation,and preventive tool:influence on neuroplasticity and motor recovery after stroke.Neural Plast,2015:ID608581.

［2]Lake EM,Bazzigaluppi P,Stefanovic B.Functional magnetic resonance imaging in chronic ischaemic stroke.Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci,2016,371:1705.Liu M,Pu CQ.Chinese guidelines for the diagnosis and

［3]treatment of acute ischemic stroke 2014.Zhonghua Shen Jing Ke Za Zhi,2015,48:246?257［.劉鳴,蒲傳強(qiáng).中國(guó)急性缺血性腦卒中診治指南2014.中華神經(jīng)科雜志,2015,48:246?257.]Friston KJ,Litvak V,Oswal A,Razi A,Stephan KE,van Wijk

［4]BC,Ziegler G,Zeidman P.Bayesian model reduction and empirical Bayes for group(DCM)studies.Neuroimage,2016,128:413?431.Rehme AK,Eickhoff SB,Wang LE,Fink GR,Grefkes C.Dynamic causal modeling of cortical activity from the acute to

［5]the chronic stage after stroke.Neuroimage,2011,55:1147?1158.Grefkes C,Nowak DA,Eickhoff SB,Dafotakis M,Küst J,Karbe H,Fink GR.Cortical connectivity after subcortical stroke assessed with functional magnetic resonance imaging.Ann

［6]Neurol,2008,63:236?246.Pekna M,Pekny M,Nilsson M.Modulation of neural plasticity as a basis for stroke rehabilitation.Stroke,2012,43:2819?2828.Grefkes C,Ward NS.Cortical reorganization after stroke:how much and how functional?Neuroscientist,2014,20:56?70.

［7]Kim B,Winstein C.Can neurological biomarkers of brain impairment be used to predict poststroke motor recovery:a

［8]systematic review?Neurorehabil Neural Repair,2017,31:3?24.Marshall RS,Perera GM,Lazar RM,Krakauer JW,Constantine

［9]RC,DeLaPazRL.Evolution ofcorticalactivation during recovery from corticospinal tract infarction.Stroke,2000,31:656?661.Feydy A,Carlier R,Roby?Brami A,Bussel B,Cazalis F,Pierot

［10]L,Burnod Y,Maier MA.Longitudinal study of motor recovery afterstroke:recruitmentand focusing ofbrain activation.Stroke,2002,33:1610?1617.Pineiro R,Pendlebury S,Johansen?Berg H,Matthews PM.

［11]Functional MRI detects posterior shifts in primary sensorimotor cortex activation afterstroke:evidence oflocaladaptive reorganization?Stroke,2001,32:1134?1139.Luft AR,Waller S,Forrester L,Smith GV,Whitall J,Macko RF,SchulzJB,HanleyDF.Lesion location altersbrain

［12]activation in chronically impaired stroke survivors.Neuroimage,2004,21:924?935.Rehme AK,Fink GR,von Cramon DY,Grefkes C.The role of the contralesional motor cortex for motor recovery in the early days after stroke assessed with longitudinal fMRI.Cereb Cortex,

［13]2011,21:756?768.Termenon M,Achard S,Jaillard A,Delon?Martin C.The"hub disruption index,"a reliable index sensitive to the brain networks reorganization: a study of the contralesional

［14]hemisphere in stroke.Front Comput Neurosci,2016,10:84.Kasner SE,Chalela JA,Luciano JM,Cucchiara BL,Raps EC,McGarvey ML,Conroy MB,Localio AR.Reliability and validity of estimating the NIH stroke scale score from medical records.Stroke,1999,30:1534?1537.

［15]Platz T,Pinkowski C,van Wijck F,Kim IH,di Bella P,Johnson G.Reliability and validity of arm function assessment with standardized guidelines for the Fugl?Meyer Test,Action Research Arm Test and Box and Block Test:a multicentre study.Clin Rehabil,2005,19:404?411.

［16]Volz LJ,Sarfeld AS,Diekhoff S,Rehme AK,Pool EM,Eickhoff SB,Fink GR,Grefkes C.Motorcortex excitability and connectivity in chronic stroke:a multimodal model of functional

［17]reorganization.Brain Struct Funct,2015,220:1093?1107.Zhang J,Meng L,Qin W,Liu N,Shi FD,Yu C.Structural damage and functional reorganization in ipsilesional M1 in well?

［18]recovered patients with subcortical stroke.Stroke,2014,45:788?793.Ward NS,Newton JM,Swayne OB,Lee L,Thompson AJ,Greenwood RJ,Rothwell JC,Frackowiak RS.Motor system

［19]activation after subcortical stroke depends on corticospinal system integrity.Brain,2006,129(Pt 3):809?819.Kokotilo KJ,Eng JJ,Boyd LA.Reorganization of brain function

［20]during force production after stroke:a systematic review of the literature.J Neurol Phys Ther,2009,33:45?54.Fan YT,Wu CY,Liu HL,Lin KC,Wai YY,Chen YL.Neuroplastic changes in resting?state functional connectivity

［21]after stroke rehabilitation.Front Hum Neurosci,2015,9:546.Kahan J,Foltynie T.Understanding DCM:ten simple rules for the clinician.Neuroimage,2013,83:542?549.

［22]Schulz R,Buchholz A,Frey BM,B?nstrup M,Cheng B,ThomallaG,HummelFC,GerloffC.Enhanced effective connectivity between primary motor cortex and intraparietal sulcus in well?recovered stroke patients.Stroke,2016,47:482?

［23]489.Huang SQ,Hu T,Chen ZG,Zhong JL,Xiao F,Yuan XP.Comparative study of cortical activation between patients with

［24]acute cerebral infarction and healthy subjects during passive index finger movement using BOLD?fMRI.Fang She Xue Shi Jian,2010,25:271?275［.黃穗喬,胡濤,陳志光,鐘鏡聯(lián),肖芳,袁小平.急性期腦卒中患者和健康成人食指被動(dòng)運(yùn)動(dòng)BOLD?

［25]fMRI.放射學(xué)實(shí)踐,2010,25:271?275.]Chen ZG,Huang SQ,Liu B,Zhong JL,Ye RX,Xu XM.Functional MRI observation of brain reorganization in patients

［26]with acute stroke.Zhongguo Yi Xue Ying Xiang Ji Shu,2008,24:1547?1551［.陳志光,黃穗喬,劉波,鐘鏡聯(lián),葉瑞心,許曉矛.腦卒中急性期的腦功能重塑觀察.中國(guó)醫(yī)學(xué)影像技術(shù),2008,24:1547?1551.]Lee CC,Jack CR Jr,Riederer SJ.Mapping of the central sulcus

［27]with functional MR:active versus passive activation tasks.AJNR Am J Neuroradiol,1998,19:847?852.Guzzetta A,Staudt M,Petacchi E,Ehlers J,Erb M,Wilke M,

［28]Kr?geloh?Mann I,Cioni G.Brain representation of active and passive hand movements in children.Pediatr Res,2007,61:485?490.