基于静息态和任务态的脑网络连接性fMRI研究运动想象训练促进皮层下脑卒中患者功能恢复的作用机制

Motor imagery training (MIT) is a new therapy for stroke patients with hemiplegia. The mechanism of MIT in stroke patients is still unclear. Most former fMRI researchers focused on the change of activation in different cerebral cortices induced by the specific tasks through task-based fMRI. The interaction between these cortices should also be considered. At present there is a few studies about the cerebral network connectivity after stroke, however, no research has been reported corresponding the change of cerebral network connectivity in subcortical stroke patients after MIT. Our previous study has noted changes in resting-state functional connectivity between two subgroups: completely paralyzed hands (CPH) and partially paralyzed hands (PPH).The functional connectivity of the ipsilesional M1 with contralesional postcentral gyrus, superior parietal lobule and ipsilesional inferior parietal lobule was reduced in the CPH group compared with the PPH group. Moreover, the connectivity of these regions was positively correlated with the Fugl-Meyer Assessment scores (hand + wrist) across all stroke patients. This research is the further study to observe the change of the functional (undirected) and effective (directed) connectivity separately through resting-state fMRI and task-based fMRI in stroke patients after MIT intervention. It will provide a theoretical basis for mechanism of cerebral plasticity and guide our clinical work.

运动想象训练（MIT）是脑卒中偏瘫康复治疗的新方法。MIT究竟是通过何种机制来发挥作用，目前尚不清楚。以往fMRI研究多通过任务态fMRI观察任务引起的脑区激活情况，忽略了脑区间存在的相互作用，从脑网络连接性的角度研究卒中后的恢复机制仅有少量报道, 用fMRI方法研究MIT干预后皮层下脑卒中患者脑网络连接性的变化目前国内外未见报道。课题组前期对脑卒中患者静息态fMRI研究发现, 手功能恢复较差的患者与恢复较好患者相比，损伤侧初级运动区和损伤对侧中央后回、顶上小叶及损伤同侧顶下小叶之间的功能性连接减弱，且这种连接性减弱和患者上肢运动功能评分具有相关性。本研究是对前期研究的深入,结合静息态fMRI和任务态fMRI两种实验模态分别从脑区间功能性连接(无向连接)和有效性连接(有向连接)两方面去了解皮层下脑卒中患者MIT干预后脑网络连接性的变化，为探讨脑重塑作用机制提供理论依据，进一步指导临床。

运动想象训练（MIT）是脑卒中偏瘫康复治疗的新方法。MIT究竟是通过何种机制来发挥作用，目前尚不清楚。本研究从功能性连接(无向连接)、有效性连接(有向连接)和脑网络拓扑属性三方面研究卒中后MIT干预的运动恢复机制，为探讨卒中脑重塑机制提供理论依据。研究发现MIT疗效优于常规康复干预（CRT）可能的原因有：CRT主要通过患侧初级运动区和健侧初级运动区之间的功能连接增加而恢复运动功能，而MIT则除了增加与健侧初级运动区的功能连接，还增加了与健侧次级运动区如SMA和初级感觉区的功能连接，故MIT组的脑重塑模式较CRT组更复杂，涉及的脑区更多。MIT后脑卒中患者的M1区偏侧指数（LI）较干预前明显下降，干预前后差异有统计学意义，而CRT后脑卒中患者的LI虽有下降，但无统计学差异，说明MIT后脑卒中患者逐步恢复了M1间的功能连接对称性，更趋向健康人的对称模式。MIT后脑卒中患者的脑网络聚类系数（CC）较干预前明显增加，干预前后差异有统计学意义，而CRT后脑卒中患者的CC较干预前没有发生明显变化，说明MIT可以促进脑卒中患者脑网络局部信息的传递效率，这种效率的提高明显优于CRT。本研究进一步做了脑卒中患者聚类系数变化和上肢运动功能评分变化间的相关性分析，发现存在正相关（R = 0.42），即脑卒中患者聚类系数增加越多，则患者的上肢运动功能评分进步越大。最后，有向连接分析发现与健康受试组相比，MIT组干预前患侧M1到健侧小脑、健侧楔叶和健侧舌回等的有效连接降低，而到健侧额上回、健侧角回和健侧额中回等的有效连接增高，且发现MIT组干预前患侧M1与健侧小脑的有效连接变化和患者运动功能评分变化之间存在正相关，干预前患侧M1与健侧额中回的有效连接变化和患者运动功能评分变化之间存在负相关，提示这两个指标可能作为生物学标记（biomarker），成为判断皮层下脑卒中患者功能预后的预测因子。