脑白质高信号患者认知代偿依赖于额顶网络结构与功能耦合（SC-FC Coupling）的机制研究

本文系统探讨了脑白质高信号（WMH）患者认知功能代偿的神经机制，重点揭示额顶网络（FPN）的结构-功能耦合（SC-FC coupling）在轻度WMH阶段的关键作用。研究通过多模态磁共振成像（MRI）和认知评估，发现FPN的SC-FC耦合与WMH体积及认知表现（如数字广度任务）呈正相关，提示其可作为早期干预的潜在靶点。

　　

引言

脑白质高信号（White Matter Hyperintensity, WMH）是脑小血管病（Cerebral Small Vessel Disease, CSVD）的典型影像学标志之一，在T2加权磁共振成像中表现为高信号区域。WMH与认知功能障碍密切相关，尤其在执行功能方面表现显著。即使在轻度WMH患者中，约42%的个体报告存在记忆问题，但WMH与认知功能之间的关系在早期阶段尚未被充分认识。近年来，研究者逐渐关注到脑网络的结构与功能耦合（Structure-Function Coupling, SC-FC coupling）可能在WMH相关的认知代偿中发挥重要作用。SC-FC耦合反映了脑结构连接与功能连接之间的相关性，是神经信号传递完整性与灵活性的重要指标。本研究旨在通过多模态影像数据分析，探讨WMH患者不同脑网络的SC-FC耦合特征及其与认知功能的关系，特别关注轻度WMH阶段的代偿机制。

材料与方法

本研究回顾性纳入了617名WMH患者（平均年龄61±8岁，女性占46.5%），所有参与者均来自“老年人认知障碍、视网膜病变和脑血管病变（CIRCLE）”研究，并接受了多模态MRI扫描和全面认知评估。WMH严重程度根据Fazekas评分分为轻度（室周WMH Fazekas评分＜3且深部WMH评分＜2）和重度（室周WMH评分=3或深部WMH评分≥2）。通过弥散张量成像（DTI）和静息态功能磁共振成像（fMRI）数据，计算了7个主要脑网络的SC-FC耦合值，包括额顶网络（FPN）、背侧注意网络（DAN）、默认模式网络（DMN）、边缘网络（LMN）、躯体运动网络（SMN）、腹侧注意网络（VAN）和视觉网络（VIN）。认知功能评估采用了NINDS-CSN神经心理测试组合、迷你精神状态检查（MMSE）和蒙特利尔认知评估（MoCA）。统计分析包括线性回归、方差分析和受试者工作特征（ROC）曲线分析，均经过年龄、性别、教育水平及WMH体积的校正。

结果

参与者特征

本研究共纳入617名参与者，其中轻度WMH组374人（60.6%），重度WMH组243人（39.4%）。两组在年龄、性别、教育水平及血管危险因素（如高血压、吸烟）上存在显著差异。重度WMH组在多项认知测试中表现较差，包括MMSE、MoCA总分以及注意力、记忆和执行功能子项目。

WMH体积与认知功能的关系

在整个队列中，WMH体积与MMSE（β=?0.109, p=0.006）和MoCA（β=?0.070, p=0.050）得分呈负相关。在重度WMH亚组中，WMH体积与多项认知领域得分负相关，但在轻度WMH组中未发现显著关联，表明WMH对认知的负面影响主要在疾病进展到一定程度时显现。

网络SC-FC耦合的特征

不同脑网络的SC-FC耦合存在显著差异（F(4.68, 2882)=246.5, p<0.001）。额顶网络（FPN）的SC-FC耦合值最低，而躯体运动网络（SMN）的耦合值最高。在控制年龄和性别后，仅默认模式网络（DMN）在重度WMH组中表现出较高的SC-FC耦合（β=0.087, p=0.034）。

WMH体积与网络SC-FC耦合的关系

在整个队列中，WMH体积与DMN、SMN和VIN的SC-FC耦合呈正相关（均p<0.05）。在轻度WMH亚组中，FPN的SC-FC耦合与WMH体积正相关（r=0.149, p=0.028；β=0.136, p=0.049），且这一关联在调整教育水平和血管危险因素后仍然显著。而在重度WMH组中，未发现显著相关性。

SC-FC耦合与认知功能的关系

在轻度WMH组中，FPN的SC-FC耦合与MoCA总分（β=0.133, p=0.003）及其子项目（执行功能、注意力、命名能力）呈正相关。此外，FPN耦合值与数字广度向前测试（β=0.110, p=0.023）和霍普金斯词语学习测试（HVLT）识别得分（β=0.102, p=0.037）也显著相关。纵向分析显示，基线FPN SC-FC耦合可预测随访期数字广度向前测试的表现（β=0.245, p=0.038）。ROC分析进一步表明，基线FPN SC-FC耦合值（cut-off=0.144）可有效区分认知功能保持较好和较差的患者（AUC=0.653）。

讨论

本研究发现，在WMH的早期阶段，额顶网络（FPN）的SC-FC耦合随着WMH体积的增加而增强，并与认知功能（尤其是执行功能和工作记忆）呈正相关，表明FPN可能在轻度WMH中发挥代偿作用。这种代偿机制可能与脑网络的层级组织特性有关：FPN作为跨模态皮层，其SC-FC耦合更依赖于皮质内髓鞘形成和兴奋-抑制平衡的调节。WMH可能通过影响白质纤维连接间接改变FPN的神经活动模式，从而增强其功能代偿能力。然而，随着WMH进展到重度阶段，这种代偿机制可能达到极限，导致SC-FC耦合与认知功能之间的关联不再显著。

本研究的结果为WMH相关认知障碍的早期诊断和干预提供了重要依据。FPN的SC-FC耦合可能作为一种潜在的神经影像生物标志物，用于识别高风险个体并指导个性化治疗策略（如经颅直流电刺激）。未来的研究应进一步探索区域水平的SC-FC耦合变化，并结合多模态数据（如遗传学和生活方式因素）以深化对WMH病理机制的理解。

作者贡献

Xiao Zhu和Yifei Li共同负责研究设计、数据分析和论文撰写；Ying Zhou、Yaode He、Haiwei Huang和Huihong Ke参与数据整理和论文修订；Jianzhong Sun提供资源和项目管理；Min Lou负责总体指导、资金获取和最终审阅。

资金与伦理

本研究得到国家自然科学基金（82171276, U23A20426）和国家卫健委脑卒中防治工程项目的支持。所有研究流程均符合赫尔辛基宣言，并获得浙江大学附属第二医院伦理委员会的批准。

利益冲突

作者声明无利益冲突。