蛛网膜下腔出血后认知功能障碍的脑网络重构机制研究

Aneurysmal subarachnoid hemorrhage (SAH) is often accompanied by cognitive impairment, which is difficultly treated. Evidence show that brain network-oriented neuromodulation has become a promising potential treatment for cognitive impairment. However, the neural network mechanism of cognitive impairment after SAH is still unclear, absence of brain network imaging marker that can be used to guide treatment. Our previous research found that critical parameters reflecting white matter fiber integrity and local brain activity level, fractional anisotropy (FA) and amplitude of low-frequency fluctuation (ALFF), showed significant decreased in several cognitive-related brain regions in SAH rats, suggesting that SAH causes simultaneously structural and functional abnormalities in specific brain regions. However, it is unclear whether changes in connection properties between these brain regions are related to cognitive impairment. Therefore, the present study intends to acquire diffusion tensor imaging and resting state functional magnetic resonance imaging data from SAH rats and patients, exploring the structural and functional brain network changes of post-SAH cognitive impairment by using brain network analysis. For the brain functional network, a directed connectivity network is further constructed based on granger causality model, to deeply understand the mechanism of abnormal connectivity pattern, and to reveal the brain characteristic network for cognitive impairment after SAH, finally providing potential targets for network-guided therapy of cognitive impairment after SAH.

动脉瘤性蛛网膜下腔出血(SAH)常常伴有认知功能障碍，治疗棘手。文献显示以脑网络为导向的神经调控已经成为认知功能障碍非常有发展前景的潜在治疗手段。但目前，SAH后认知功能障碍的神经网络机制仍不清楚，缺乏能用于指导治疗的脑网络影像学标记。申请者前期研究发现反映白质纤维完整性、局部脑区活动水平的重要参数FA和ALFF在SAH大鼠的多个认知相关脑区中明显降低，表明SAH同时导致特定脑区的结构和功能异常，但是这些脑区之间的连接属性改变是否与认知功能障碍有关还不清楚。基于此，本课题拟通过采集SAH大鼠和患者的DTI和静息态fMRI数据，利用脑网络分析技术，探索SAH后认知功能障碍的脑结构和功能网络改变。对于功能脑网络，进一步基于Granger因果模型构建有向连接网络，以深入了解异常连接模式的内在机制，揭示SAH后认知功能障碍的特征性脑网络改变，为SAH后认知功能障碍的脑网络导向治疗提供潜在的靶点。

动脉瘤性蛛网膜下腔出血(SAH)常常伴有认知功能障碍，治疗棘手。文献显示以脑网络为导向的神经调控已经成为认知障碍非常有发展前景的潜在治疗手段。但目前，SAH后认知功能障碍的神经网络机制仍不清楚，缺乏能用于指导治疗的脑网络影像学标记。申请者前期研究发现SAH同时导致特定脑区的结构和功能异常，但是这些脑区之间的连接属性改变是否与认知功能障碍有关还不清楚。基于此，本项目通过采集SAH大鼠和患者的DTI和rs-fMRI数据，利用脑网络分析技术，探索SAH后认知功能障碍的脑结构和功能网络改变。.我们研究发现，1）SAH大鼠的DTI和rs-fMRI的改变区域具有较强的相似性。与健康大鼠相比，SAH大鼠存在广泛的皮层区域结构和功能异常，包括双侧颞叶和前额叶皮层；2）为了更准确地揭示与SAH患者认知功能障碍相关的特征性脑功能网络变化，为后续以脑网络为导向的神经调控治疗提供最佳干预靶点。申请人排除脑积水和癫痫等混杂因素的潜在影响，仅纳入并分析前交通动脉瘤破裂患者的rs-fMRI数据，并将额上内侧回(SFGmed)设置为种子点。采用基于种子点功能连接分析，与健康对照组相比，初步研究发现前交通动脉瘤破裂患者存在SFGmed与多个脑区之间的静息态功能连接下降，后者包括楔前叶、角回、扣带回、岛叶和海马。同时，结果还显示右侧SFGmed和海马之间的功能连接显著增强。相关分析进一步发现患者总体认知功能下降和更强的主观记忆抱怨与SFGmed-角回、SFGmed-扣带回之间的功能连接下降显著相关21。值得注意的是，这些功能连接异常的脑区几乎都是默认模式网络（DMN）的重要组成部分。前期研究结果为SAH后认知功能障碍的默认模式网络功能连接属性改变提供了可靠证据。.本研究结果揭示了SAH后认知功能障碍的神经网络机制，主要与默认脑网络和Papez环路异常有关，为该病的早期诊断和治疗评价提供脑网络影像学标记；为后续以脑拓扑属性改变为导向的认知功能治疗提供靶点依据，最终提高SAH的治疗效果。