双侧手移植后真实与想象手部运动的大脑激活模式研究：fMRI揭示感觉运动皮层的功能重塑

本研究针对手移植后中枢神经系统如何整合新手的机制尚不明确的问题，采用事件相关功能磁共振成像（fMRI）技术，对一名双侧手移植受者术前及术后16个月内的三个时间点进行了追踪研究。研究发现，移植双手在真实运动和想象运动任务中均能显著激活对侧感觉运动皮层，且真实运动激活强度高于想象运动；随着时间推移，运动相关激活强度减弱并更集中于手部相关脑区，表明感觉运动皮层功能趋于正常化。该成果首次证实手移植后真实运动相比想象运动具有更强脑激活，为理解神经可塑性及移植后功能恢复提供了重要影像学证据，发表于《Cortex》。

　　

手部移植作为血管化复合组织移植（VCA）的重要领域，全球已开展约150例手术，能显著改善患者感觉、运动功能及生活质量。然而，中枢神经系统如何整合移植手的内在机制仍不明确。截肢后，大脑感觉运动皮层的核心拓扑结构虽保持稳定，但可能出现功能重组，如面部刺激可激活缺失肢体对应的脑区。手移植研究则进一步探索了神经可塑性：移植后运动与感觉刺激能激活对侧感觉运动皮层，且模式逐渐趋近健康人。但此前研究多关注真实运动相对于静息态的激活，或想象运动的脑活动，尚未在移植后群体中证实真实运动相比想象运动具有更强激活——这一健康人群的典型特征。

为深入探究上述问题，杜克大学医学中心的研究团队对一名60岁女性双侧手移植受者开展了纵向研究。该患者因脓毒症导致四肢截肢，移植手术在截肢后两年内进行，避免了长期截肢可能引发的广泛脑功能重组。研究采用事件相关fMRI技术，在术前及术后4、6、16个月共四个时间点，采集患者执行真实手指屈曲和想象手指屈曲任务时的脑活动数据。数据分析聚焦于患者特异的感觉运动网络（SMN）掩膜，采用fMRIPrep和FSL软件进行预处理和统计建模，对比了真实运动>静息、想象运动>静息以及（真实运动>静息）>（想象运动>静息）的激活差异，并评估了随时间的变化趋势。

实际运动激活 > 静息

在所有术后阶段，每只手的真实运动均显著激活对侧手部相关区域（如中央前回和中央后回），同时伴有双侧激活。直接比较双手激活发现，对侧手部区域的活动尤为突出。激活范围在术后早期阶段右手更广泛，可能与患者右利手优势相关，但在16个月时趋于对称。

想象运动激活 > 静息

想象运动在术前及术后各阶段均能激活对侧感觉运动皮层，且术前即可观察到该现象。与真实运动类似，想象运动也涉及内侧和额上区域的双侧激活，但手部特异性激活仍集中于对侧皮层。术前及术后早期，左手的想象运动激活范围更大，而16个月时双手趋于平衡。

实际运动 > 想象运动

关键发现是，在三个术后阶段，真实运动相比想象运动在对侧手部相关区域均表现出显著更强的激活。使用想象运动作为基线后，激活簇更集中于对侧感觉运动区，且非手部相关节点的激活随时间减少。右手在该对比中始终表现出比左手更强的激活，印证了利手优势。纵向比较显示，真实运动特异性激活在术后期间逐渐减弱，右手表现为双侧下降，左手仅右侧下降，提示神经表征趋于高效和聚焦。

本研究通过纵向fMRI分析，首次证实双侧手移植受者在术后早期即出现对侧感觉运动皮层的显著激活，且真实运动激活强度高于想象运动——这是移植后大脑功能恢复正常化的重要标志。激活模式随时间变得更为集中，强度降低，符合运动技能学习中的神经效率化规律。右手优势的持续性激活提示术前手偏好对脑功能重组的影响。这些发现支持功能等价理论，即实际与想象运动共享核心神经网络，但实际运动需更强的感觉运动区参与。研究为手移植后的神经机制提供了新见解，强调了短期移植窗口对促进脑功能恢复的潜在优势，并为康复策略的优化提供了理论依据。成果发表于《Cortex》，推动了精准神经康复研究的发展。