改变灌注状态对成人烟雾病脑网络重塑的机制研究

Cerebral hypoperfusion is a key cause of cognitive impairment in adult moyamoya disease (MMD). Surgical revascularization helps in maintaining cerebral perfusion and cognitive improvement, but the underlying mechanism is undetermined. Regular laboratory technique is helpless in the deep mechanism study of MMD with cognitive impairment because of shortage of animal model and human specimen. Recent development of complex network theory and neuroimaging technique may offer us an opportunity to explore the neural mechanism of cognitive impairment. Cognitive impairment reflects the aberrant information processing, and our previous fMRI studies demonstrate that MMD with cognitive impairment presents with certain neural functional patterns, and these patterns change with both the decrease and postoperative increase of regional blood flow. The present study will innovatively combine time-scale electrophysiology and space-scale fMRI techniques with complex network theory to build functional networks, then explore the network reorganization mode from multi-dimensions, and further understand the concomitant network topological changes with postoperative hemodynamic and cognitive improvement. This study may help in elucidating the neural basis of MMD with cognitive impairment, developing imaging markers for disease evaluation, and advancing the fundamental-clinical translational research of brain science.

脑低灌注是成人烟雾病认知损害的重要发病基础，通过手术可纠正灌注并改善认知功能，但机制不明。由于缺少动物模型和相关病理标本，常规实验室技术无法进行烟雾病认知障碍深入的机制研究。近年来复杂网络理论和脑成像技术的发展为认知损害的机制研究提供新思路。认知损害是功能脑网络信息处理能力异常的外在表现，我们前期的系列功能磁共振研究证实烟雾病的认知损害对应特定的脑功能模式，且该模式随灌注降低和术后改善而呈现一定规律。本课题将首次引入时间尺度的电生理技术，结合空间尺度的功能磁共振技术，利用复杂网络分析方法，从多尺度构建脑网络，研究低灌注对网络节点间脑电交互的重塑机制，以及术后灌注改善导致网络拓扑学及认知修复的一致性变化规律。本研究可能对阐明烟雾病致认知障碍的脑损伤机制，对筛选用于病情评估及预后判断的影像学指标，对脑基础研究的临床转化具有一定意义。

脑低灌注是成人烟雾病认知损害的重要发病基础，且通过手术可以有效改善脑灌注，从而改善认知功能，但具体机制不明。由于缺少动物模型和相关病理标本，常规实验室技术无法进行烟雾病认知障碍深入的机制研究。近年来复杂网络理论和脑成像技术的发展为认知损害的机制研究提供了新思路。我们前期通过系列功能磁共振研究已经证实了烟雾病认知功能存在特定的损害模式，且该模式会随着病情进展和术后改善呈现一定规律。.本课题在引入高密度头皮脑电，并结合功能磁共振和人工智能算法，利用复杂网络理论，从多尺度和多层次构建脑网络。课题首先综述了在认知损害评估中，不同模态检测手段的优缺点，包括评价灰质和白质损害情况的结构磁共振,评价血流灌注及代谢的SPECT和PET,评价脑功能的fMRI、EEG、功能性近红外光谱技术（fNIRS）以及脑磁图（MEG）。从空间尺度、时间尺度、功能属性、结构属性以及相关研究热度五个指标，定量比较了这些技术，为后续合理评价脑网络状态提供参考。课题随后分三个部分展开。首先是利用高空间分辨率的fMRI，以空间尺度检测成人烟雾病脑网络的异常环节，探索不同灌注状态下动态网络拓扑学参数的改变；随后是利用高时间分辨率的EEG，以时间尺度检测成人烟雾病脑网络的异常环节，探索不同灌注状态下脑网络信息交互随病情改变的特征规律；最后是通过手术改变灌注状态，结合时-空尺度锁定认知功能改善的网络关键靶点，为后续创新治疗方法及多中心临床验证提供研究基础。.综上，本课题从不同时间-空间尺度，探索了局部灌注模式变化导致的网络拓扑学和认知改变规律，也筛选出可用于认知评估和预后判断的影像学指标，为临床转化提供理论基础和方法学支持。