TBS对卒中后吞咽障碍脑网络及白质微环境的调节及机制研究

Theta-burst stimulation (TBS) is promising in treatment of post-stroke dysphagia. However, the mechanism of neural control of TBS on post-stroke dysphagia remains unclear. In our previous studies, we combined used TBS and motor evoked potential (MEP) and amplitude of low-frequency fluctuation (ALFF) to uncover the potential mechanism of TBS on swallowing cortex. We found that TBS is easy to facilitate contralateral brain cortex instead of inhibition. We speculate TBS could be used to adjust the balance between excitability and inhibition of the whole brain network and local microenviroment of white matter. To further investigate the exact mechanism of TBS in large-scale brain networks（e.g. gray matter and white matter brain networks） and microenviroment of white matter（e.g. the integrity of neuraxon, glial cell proliferation, inflammatory cells,necrosis and edema）, we plan to explore the brain networks and white matter microenviroment in patients with post-stroke dysphagia by using longitudinal resting-state functional MRI (Rs-fMRI) and diffusion basis spectrum imaging (DBSI). Furthermore, we are going to identify the complicated relationship between the metrics of networks and microenviroment white matter and clinical data by using machine learning methods. Then, we will construct the therapeutic and predicted model on the basis of multimodal MR biomarkers, and disclose the mechanism of neural control of TBS on post-stroke dysphagia. It is helpful to provide theoretical and practical basis for the treatment of TBS on post-stroke dysphagia.

θ短阵快速脉冲（TBS）在卒中后吞咽障碍的治疗中具有较好的应用前景，但TBS干预卒中后吞咽障碍的中枢调控机制尚不清楚。前期研究中，我们采用TBS结合运动诱发电位（MEP）及神经元低频振幅（ALFF）研究发现TBS刺激吞咽皮层时更容易使对侧皮层易化而非竞争性抑制。我们推测这种作用是通过TBS对全脑网络的兴奋抑制平衡调节及局部白质微环境调节实现的。为进一步从大尺度（灰质和白质脑网络）及白质微环境（轴索完整性、胶质细胞增生、炎性细胞、坏死及水肿）视角阐明TBS的作用机制，本项目拟对卒中后吞咽障碍患者行纵向静息态脑功能成像（Rs-fMRI）和扩散基组光谱成像（DBSI），旨在研究脑网络和白质微环境的动态变化，并采用机器学习方法探索脑网络和微环境指标与临床指标的复杂关系，以建立基于MR生物学指标的TBS治疗及预测模型，并揭示TBS干预卒中后吞咽障碍的中枢调节机制，为TBS治疗提供理论和实践依据。

本项目以θ短阵快速脉冲（TBS）对吞咽皮层的神经作用机制为前提，研究不同模式TBS对吞咽障碍的康复神经机制。项目采用TBS结合静息态功能磁共振（Rs-fMRI）分析TBS刺激脑吞咽中枢后脑局部活动一致性（ReHo）、脑动态功能连接（DFC）及脑功能连接度中心度（DC）改变及与临床评价量表的关系。①首选采用持续性TBS（cTBS）刺激左侧吞咽脑皮层作为虚拟病灶，然后于右侧吞咽脑区施加间断性TBS（iTBS）进行刺激，采用DFC技术观察两种模式TBS导致的脑功能动态变化模式，结果显示iTBS具有增加双侧脑区功能连接的效应。②采用ReHo分析方法测量静息状态下自发脑活动的后效，结果表明，cTBS对初级感觉运动皮质的ReHO无明显影响，iTBS促进双侧感觉运动皮质的ReHO增加和多个皮质下区域的ReHO降低。③采用不同TBS方案对受试者舌骨上肌运动皮质进行TBS后，结果显示cTBS主要导致同侧连接度中心度（DC）增加，iTBS能够促进吞咽运动皮质的兴奋性，增加包括双侧感觉运动网络在内的多个脑区的连通性。本项目国际上首先阐述了TBS干预后受试者吞咽皮层的作用机制，为进一步阐述TBS干预卒中后吞咽障碍的中枢调节机制奠定了基础，项目结果提示TBS 在卒中后吞咽障碍的康复治疗具有较好的前景。部分技术达到与国际接轨、国内领先水平，基本达到了预期目标，本项目先后在Front Behav Neurosci，Front Neurosci，Front hum neurosci，Bipolar Disord，Front Aging Neurosci，Neural plasticity等杂志发表与本项目相关的SCI文章12篇。基于目前的研究结果，本单位康复科已采用iTBS技术对卒中后吞咽障碍患者进行治疗，取得较好的临床效果，实现了项目技术的临床转化。通过本项目的实施，建立了系列研究质量控制标准，建立了一支多学科研究团队，培养硕士研究生4名。进行了广泛的学术交流和推广，组织TBS与fMRI相关技术研讨会1次，课题组成员参加国内学术会议共4人次，本项目相关内容以科普形式在网站进行宣传，另外，以本项目作为研究基础，先后申请到两项省级课题。本项目下一步将继续在现有的研究方向上进行拓展，进一步实现临床转化。