基于fMRI的脑瘫患者肩痛脑网络拓扑特性研究及其临床意义

《BMC Neurology》：Topological properties of brain networks in patients with hemiplegic shoulder pain: a functional magnetic resonance imaging study

本研究针对脑卒中后偏瘫性肩痛(HSP)这一高发并发症，通过静息态功能磁共振成像技术，首次系统比较了HSP患者与非疼痛组患者脑功能网络的拓扑属性差异。研究发现HSP患者全局网络效率降低、特征路径长度增加，节点属性分析显示执行控制网络、默认模式网络和基底节区等疼痛相关脑区存在显著改变，为揭示HSP的中枢机制提供了新的神经影像学证据，对临床诊疗具有重要指导意义。

　　

脑卒中已成为全球第二大死亡原因和第三大致残原因，随着人口老龄化进程的加速，这一公共卫生问题日益严峻。偏瘫性肩痛(HSP)作为脑卒中后常见并发症，发生率高达34%-85%，通常在发病后2-3个月内出现。这种疼痛不仅影响患者的康复进程，还加重了社会经济负担。传统观点认为HSP主要与肩关节周围肌肉无力、肩关节半脱位等外周因素有关，但近年研究发现中枢神经系统机制在HSP发生发展中同样扮演重要角色。

目前对疼痛脑机制的认识主要来源于尸检结果、脑活动直接记录及动物模型，而功能磁共振成像(fMRI)技术的出现为无创研究疼痛相关的脑功能连接变化提供了有力工具。然而，专门针对HSP的影像学研究仍然匮乏。正是基于这一背景，Niu等人在《BMC Neurology》上发表了这项创新性研究，旨在通过静息态fMRI技术探究HSP患者脑网络拓扑属性的改变。

研究团队采用多学科交叉方法，主要运用了以下关键技术：首先从山西白求恩医院招募50例脑卒中后偏瘫患者，根据是否伴有HSP分为疼痛组(16例)和非疼痛组(34例)；接着使用3.0T西门子磁共振扫描仪采集高分辨率T1加权像和静息态功能像数据；然后采用DPARSF工具包进行数据预处理，包括头动校正、空间标准化和滤波等步骤；进而基于自动解剖标记(AAL)图谱构建个体脑网络，并利用GRETNA软件计算全局和节点水平的拓扑属性；最后使用SPSS进行统计学分析，采用Bonferroni校正进行多重比较。

全局脑网络特性结果显示，两组患者在稀疏度0.1-0.4范围内均表现出明显的小世界属性(σ>1)。通过加权网络分析发现，与非疼痛组相比，HSP组表现出显著降低的全局效率(0.1733±0.0047 vs. 0.1765±0.0044; P=0.02)和延长的特征路径长度(0.3224±0.0152 vs. 0.3170±0.0089; P=0.001)，而局部效率、聚类系数等指标无显著差异。这一发现表明HSP患者的脑网络整合能力受损，信息传递效率下降。

区域脑网络分析揭示了更为精细的改变。HSP组在右侧额下回岛盖部和眶部的节点度中心性和节点局部效率显著降低(P<0.05)。节点介数中心性在右侧苍白球、左侧背外侧额上回、左侧额下回三角部和左侧中央盖区减少，而在左侧丘脑、右侧海马旁回、左侧枕下回和左侧角回增加(P<0.05)。这些区域主要分布在执行控制网络(ECN)、默认模式网络(DMN)、基底节和语言网络等重要脑网络中。

执行控制网络的相关发现特别值得关注。背外侧额上回(SFGdl)和额下回(IFG)作为ECN的关键节点，在认知控制、情绪调节和冲突解决中发挥核心作用。这些区域的节点属性改变可能与HSP患者伴随的情感障碍密切相关。前额叶皮层作为慢性疼痛调节的关键区域，其可塑性变化已得到多项研究证实，包括灰质体积减少、兴奋性降低等神经重塑现象。

默认模式网络的变化同样引人深思。海马旁回作为DMN的重要组成部分，在感知和情感信息处理、长期记忆编码中起关键作用。该区域的过度激活与焦虑特质相关，这为解释HSP患者常伴随的情绪障碍提供了神经基础。角回作为语义处理的核心区域，其连接增强可能反映了患者对疼痛相关信息的异常加工过程。

语言网络的异常为理解HSP提供了独特视角。Broca区(额下回岛盖部)节点属性的减弱可能与患者的语言表达障碍有关，这种障碍可能影响疼痛的准确报告和临床识别。同时，基底节区特别是丘脑的改变与中枢性卒中后疼痛的机制相呼应。丘脑作为痛觉信号传递的重要中继站，其功能重组可能是HSP发生的重要机制之一。

本研究结论表明，HSP患者的脑网络拓扑属性向较弱的小世界组织方向偏移，节点改变主要集中在与疼痛处理和情绪调节相关的ECN、DMN和基底节区。此外，语言网络也被证明在HSP的发展和进展中具有特异性作用。这些功能脑网络和区域可能成为HSP治疗的潜在靶点。

该研究的创新性在于首次系统比较了HSP患者与非疼痛患者的脑网络差异，为理解HSP的中枢机制提供了新的视角。研究结果不仅有助于揭示HSP的神经基础，还为神经调控治疗提供了潜在靶点。例如，针对前额叶皮层的经颅直流电刺激(tDCS)或重复经颅磁刺激(rTMS)可能通过重组皮层网络来缓解疼痛。同时，研究也存在一些局限性，如样本量较小、未分析脑网络改变与具体临床症状的关系等，这些都需要未来通过多中心合作和多模态数据整合来进一步完善。

总之，这项研究通过先进的神经影像学方法，深入揭示了HSP患者脑功能网络的改变特征，为这一常见但复杂的卒中后并发症的中枢机制研究开辟了新方向，对临床诊断和治疗具有重要的理论与实践意义。