围手术期脑语言网络功能连接重组和重塑机制的研究

In glioma surgery involving language areas, traditional theories of localization have been showing disadvantages and demerits. According to the latest theory of dynamic distributed model, language networks probably are consist of multiple cerebral areas which are diversely distributed in space and highly relevant in function. The presence of brain tumors may have caused reorganization of the language networks, therefore underlying the challenge of functional preservation in eloquent areas brain tumor surgeries. The mechanisms by which the tumor influences the connection of language network and how the networks reconstruct still await elucidation. Our previous studies on functional mapping and language networks have given us the foundations. So in this project, we take the patients with glioma adjacent to language areas as tumor group; and healthy volunteers as control group. Then we explore the mechanisms of language network reconstruction before and after the brain tumor surgeries in language areas with the resting state fMRI by ① comparing the differences in functional connections between two groups; ② analyzing the relevance among tumor characteristics, language functions and their connections; ③ longitudinally comparing the dynamic changes of language networks in peri-surgical periods. We expect to achieve guidances for preservation of language functions and postoperative rehabilitations.

在脑语言区肿瘤手术中，传统的脑功能定位学理论和技术存在局限和挑战。根据最新的动态分布式模型理论，语言网络可能是由多个空间上分布广泛但功能上密切相关的脑区组成。肿瘤的生长可能使脑语言网络发生重组。然而目前脑肿瘤对语言网络功能连接的影响机制以及语言功能恢复过程中语言网络的重塑机制仍未被揭示。我们团队前期在语言区肿瘤功能定位和语言网络结构连接的研究中打下扎实基础。本项目拟采用静息态功能磁共振成像技术，以脑语言区肿瘤临床病例（肿瘤组）和健康正常志愿者（正常组）为被试，通过①对比两组间脑语言网络功能连接的差异；②分析肿瘤属性、语言功能与语言网络功能连接的相关性；③检测脑语言网络功能连接在围手术期的动态变化；从而探索围手术期脑语言网络功能连接重组和重塑机制，为术中脑语言功能的保护和术后康复提供理论指导。

脑语言网络及其皮质下的结构网络非常复杂，加之肿瘤对语言网络的影响，传统的定位学理论和方法逐渐展现其不足。新的理论认为，脑语言网络可能是由多个空间上分布广泛但功能上密切相关的脑区组成。肿瘤的生长可能使脑语言网络发生重组。然而目前脑肿瘤对脑语言网络的影响机制以及语言功能恢复过程中语言网络的重塑机制仍未被揭示。本课题基于多模态MRI（静息态功能磁共振、结构像及弥散张量成像），围绕上述问题开展了一系列研究。此外，我们还基于语言功能定位的金标准---直接皮质电刺激（DCS），构建了汉语语言中枢分布图。本课题针对大样本脑语言区胶质瘤病例，（1）发现了此类患者与正常被试脑语言网络的差异性，以及这些差异与语言功能异常之间的关系，揭示了此类患者语言功能重塑的神经机制，并将大脑病灶引起的脑重塑机制的研究范围扩展到小脑，弥补了既往研究框架的不足；（2）揭示了高级别胶质瘤（HGG）患者和低级别胶质瘤（LGG）患者与正常被试之间的语言功能差异，首次发现了LGG患者与HGG患者相较于正常被试的不同的脑语言网络重塑机制，为LGG与HGG引起的不同的脑重塑机制这一科学问题的探索提供了直接证据；（3）阐释了术前和术后大尺度大脑-小脑功能网络的动态变化规律，并采用机器学习算法基于术后短期脑连接模式预测术后远期语言功能，确定了术后语言网络重塑过程中的关键节点脑区和功能网络连接，可以为语言功能的保护和术后康复提供指导；（4）创立国人汉语脑语言区分布新图谱：该语言图谱的建立有助于指导大脑汉语语言区的精准手术，也为汉语神经语言学的理论研究提供了直接证据；（5）构筑脑语言网络的功能连接，建立汉语语言定位新方法：该项成果所确定的数种定位新方法将有希望在临床上进行推广，从而实现语言区的精准定位，临床价值较大。本研究的结果有望为术中脑语言功能的保护和术后康复策略的制定提供理论指导。