基于多模态功能磁共振成像的重复经颅磁刺激促进脑卒中运动功能恢复的作用机制研究

Neuroplasticity and functional reorganization of the motor cortex plays a critical role in post-stroke motor recovery. Repetitive transcranial magnetic stimulation (rTMS) is a non-invasive, painless, safe and novel therapeutic approach in neurological rehabilitation. rTMS may modulate motor cortical excitability and neuroplasticity, thereby potentially enhancing motor recovery post-stroke. However, the mechanism of action in rTMS remains unclear. Our previous study demonstrated the effectiveness of high-frequency and low-frequency rTMS on motor recovery during the early phase of ischemic stroke. As such, our current study seeks to further elucidate the underlying neural mechanisms of rTMS by utilizing functional magnetic resonance imaging (fMRI) coupled with neurophysiological (TMS) assessments. We will examine the early effects of rTMS on local neural activity and the motor cortex network, as well as its clinical correlation in patients recovering from stroke. More importantly, we will also evaluate the differences of brain organization patterns between high-frequency and low-frequency rTMS, and the factors that affect both of the therapeutic efficacy. Additionally, we will analyze the model of dynamic functional reorganization of motor cortex on post-stroke motor function recovery using electrophysiology, fMRI and clinical longitudinal follow-up data. This study seeks to clarify the mechanisms of rTMS, which we believe will provide important implications for guiding early-stage rehabilitation strategies and discovering novel therapeutic targets which aims at modulating neuroplasticity post-stroke, with the goal of enhancing motor recovery after stroke.

大脑神经可塑性和功能重塑对脑卒中后运动功能的恢复起着决定性的作用。重复经颅磁刺激（rTMS）是一种无创、无痛、安全的新型神经康复治疗技术，可改变大脑皮层兴奋性和调节神经可塑性，促进脑卒中患者的运动功能康复，但其具体作用机制尚不清楚。课题组前期研究已证实，高频和低频rTMS应用于早期缺血性卒中，可显著提高患者运动功能恢复能力。鉴于此，本课题应用多模态功能性磁共振（fMRI）联合神经电生理（TMS）技术，进一步研究rTMS治疗对早期脑卒中患者大脑局部运动区和皮层运动网络活动的作用，以及与临床运动功能恢复的关系；比较高频与低频rTMS治疗后脑功能重塑模式的差异及两者疗效的影响因素；另一方面，通过长期纵向随访运动功能、电生理和fMRI，分析脑卒中运动功能恢复的脑动态重塑模式。本课题揭示rTMS促进脑卒中运动功能恢复的脑重塑机制，对于指导脑卒中早期个体化康复治疗、寻找新的有效治疗靶点提供理论依据。

脑卒中已经成为世界范围内长期致残的首要原因。即使接受标准的康复治疗，仍有大于60%的脑卒中患者遗留不同程度的运动功能障碍。重复经颅磁刺激（rTMS）是一种新型的神经可塑性调节技术，在脑卒中运动功能恢复中的作用逐渐被证实。然而，rTMS对卒中早期脑功能重组的具体作用机制尚不清楚，其疗效的个体变异性较大，使得rTMS在脑卒中运动功能康复中的应用仍存在一定局限性。基于此背景，本项目采用随机对照研究证实rTMS促进急性期和亚急性期脑卒中运动功能恢复的有效性；同时利用多模态的评估手段，包括多模态功能磁共振（fMRI）及TMS技术，从局部脑区活动、脑区间功能活动及脑网络层面各个层面揭示了rTMS促进脑卒中后运动功能恢复的神经可塑性机制；基于长期随访，探寻与预后相关的神经影像标记及脑功能重组与运动功能预后的关系。.本项目结果首先进一步证实了高频与低频rTMS对于改善急性期脑卒中的运动功能障碍的临床有效性；同时利用多模式fMRI技术，阐明了高频和低频rTMS通过改变了患者局部神经活动兴奋性及皮层间和皮层内的运动网络功能连接，诱发了运动皮层功能重组，从而促进运动功能恢复；另外，基于长期纵向随访，探寻到预测急性期脑卒中患者远期运动功能预后的神经影像标记，即患侧主要运动皮层区的神经激活值，并建立了脑卒中运动功能预后的预测模型，揭示了脑卒中后运动功能恢复的动态重塑机制。.本课题利用神经电生理联合神经影像的多模态评估手段，从大脑“功能分离”和“功能整合”的不同角度，阐明了rTMS 促进脑卒中运动功能恢复的神经可塑性机制，明确了高频和低频rTMS 诱发脑功能重塑与运动预后的关系；发现了预测急性期脑卒中运动功能远期预后的神经影像标记，对于早期评估脑卒中运动功能预后、提供新的有效治疗靶点及指导早期个体化康复治疗具有重要的科学意义和应用价值。