多模态磁共振技术对脑损伤后工作记忆损害康复的脑机制研究

Working memory deficits are the major clinical findings of the patients with acquired brain injury, which severely impact on independence in activities of daily living and at work. Therefore, the rehabilitation on working memory deficits must be the focus of our work in the clinical cognitive rehabilitation. A prospective, randomized controlled intervention study which involved large sample size and was completed by our research group has demonstrated the effectiveness of memory rehabilitation training. However, the brain mechanisms underlying memory improvement following an intervention remain unclear. This study aims to, on the basis of pre-clinical study, conduct a contrast study on the characteristics of functional and structural connectivity of neural networks of working memory in patients with acquired brain injury versus normal controls, using resting-state functional connectivity magnetic resonance imaging, task-specific functional magnetic resonance imaging and diffusion tensor imaging, combined with cognitive behavioral examinations. Another purpose is to reveal the characteristics of dynamic change of neural networks of working memory pre- and post-intervention in patients with working memory dysfunction. We, firstly, intend to uncover the intrinsic correlation between functional and structural connectivity of neural networks of working memory. Secondly, we attempt to unveil the potential neural substrates and compensatory mechanisms underpinning working memory rehabilitation, that is, the influence of rehabilitation on the plasticity of working memory networks. Furthermore, the relation between long-lasting curative effect and stability of neural networks will be clarified. Finally, our research is bound to provide novel theoretical basis and evidence support to working-memory-related cognitive rehabilitation, and throw further light on improving and developing the existing rehabilitation therapy.

工作记忆损害是脑损伤患者认知障碍的常见表现并严重地影响患者的日常生活和工作的独立性。因此，对其进行康复是临床认知康复工作的重点。我们前期的前瞻性、大样本、随机、对照研究工作已证实了记忆障碍康复训练的有效性。然而，康复干预的有关机制尚不清楚。本项目拟在前期临床研究的基础上，联合应用静息态、任务态功能磁共振和弥散张量成像技术，结合认知心理行为学实验，对比研究脑损伤工作记忆损害患者与正常对照组工作记忆神经网络的功能连接和结构连接特点；对比研究脑损伤患者工作记忆康复干预前后工作记忆神经网络的动态改变特征。从神经影像学的角度探讨工作记忆神经网络的功能连接和结构连接之间的内在关系；揭示康复干预对工作记忆损害可能的中枢机制及代偿途径即康复训练对工作记忆网络可塑性的影响；阐明疗效持久性与网络稳定性之间的关系，为工作记忆相关的认知功能康复提供新的理论依据和循证支持，为完善和发展现有康复疗法开辟新思路。

工作记忆（Working Memory, WM）指的是对信息进行暂时加工和存储的能量有限的记忆系统，在许多复杂认知活动中起着重要的作用，WM一旦受损，将严重影响患者的日常生活、工作和学习。本研究旨在应用多模态磁共振技术，探讨脑损伤患者WM障碍的神经影像学机制，以及计算机化工作记忆训练对脑损伤患者大脑功能和结构的影响。本研究共入组22例（其中15例完成治疗前后两次神经心理学和神经影像学试验）符合入选标准的获得性脑损伤患者作为患者组（试验组），30例健康自愿者作为对照组，实验组患者接受4周的计算机化工作记忆训练。通过研究，我们发现：（1）脑损伤患者工作记忆障碍可能的神经影像学机制为：①工作记忆障碍患者增加工作记忆网络脑区的激活强度以应对任务负荷增加的能力受损；工作记忆障碍患者在执行工作记忆任务时，工作记忆脑区激活减弱而默认脑区激活增强；②脑损伤患者工作记忆能力减退的静息态功能连接机制很可能是工作记忆网络内部各脑区之间的功能连接显著减弱；③脑损伤患者工作记忆能力减退很可能是因为与工作记忆密切相关的额顶叶区域白质纤维的结构完整性受损。（2）计算机化工作记忆训练对获得性脑损伤患者大脑功能和结构网络的影响可能是：①工作记忆训练可以提升脑损伤患者增加工作记忆网络脑区的激活强度以应对任务负荷增加的能力；工作记忆训练可增强脑损伤患者工作记忆网络脑区的功能激活强度，同时减弱默认脑区内功能激活的强度；②工作记忆训练可以增强脑损伤患者工作记忆网络内部的静息功能连接；③工作记忆训练可以增加左侧额中回及右侧顶下小叶的白质结构完整性。本研究关于工作记忆障碍神经影像学机制以及计算机化工作记忆训练对获得性脑损伤患者大脑功能和结构的影响的发现，不仅可为工作记忆障碍的病因学提供新的理论基础，而且可以为脑的功能可塑性和结构可塑性理论提供更多的证据，也为计算机化工作记忆训练应用于临床认知康复训练提供新的参考和指导。