重度单侧大脑中动脉M1段狭窄伴同侧分水岭梗死的体素级度中心性改变与认知表现

《Frontiers in Aging Neuroscience》：Voxelwise degree centrality alterations and cognitive performance in severe unilateral M1-segment middle cerebral artery stenosis with ipsilateral watershed infarction

　　

目的： 表征重度单侧M1段大脑中动脉（MCA）狭窄伴同侧分水岭梗死患者的体素级度中心性（DC）改变及其探索性临床关联。 方法： 本横断面研究纳入40例左侧病变患者、47例右侧病变患者及44例健康对照（HCs）。采用协方差分析（ANCOVA）比较静息态功能磁共振成像（rs-fMRI）衍生的加权度中心性（r > 0.25），校正教育程度，采用Tukey–Kramer检验，并经高斯随机场（GRF）校正的患者–对照对比（双侧体素P < 0.001；簇P < 0.05）。探索性临床关联采用Spearman秩相关评估。 结果： 简易精神状态检查（MMSE）评分组间存在差异（P < 0.001），两个患者组评分均低于对照组；蒙特利尔认知评估（MoCA）评分亦存在差异（P < 0.001），左侧组最低，右侧组居中，对照组最高。左侧组DC降低主要见于左侧颞叶–岛盖及中央后回–顶下区域，DC升高见于右侧内侧/皮质下及后正中线区域；最大DC降低簇峰值位于MNI坐标?48, ?18, 39（Z = ?5.5420）。右侧组DC降低主要见于右侧壳核/岛叶、颞叶及顶叶–感觉运动区域，DC升高见于左侧小脑；最大DC降低簇峰值位于MNI坐标48, ?27, 36（Z = ?6.0021）。在右侧组中，探索性名义关联见于MMSE评分与左侧小脑、右侧颞极上及右侧顶叶–感觉运动簇的DC之间（r = ?0.300至0.421；名义P = 0.003–0.040）。左侧组未见名义认知–DC关联，右侧组未见MoCA–DC关联。 结论： 分布性DC改变伴随认知表现差异，右侧病变中可见选择性探索性名义MMSE关联。DC可能值得进一步评估作为与认知差异相关的BOLD功能改变候选影像学特征。

重度单侧大脑中动脉M1段狭窄伴同侧分水岭梗死的体素级度中心性改变与认知表现：一项横断面rs-fMRI研究解读

一、研究背景与科学问题

重度单侧大脑中动脉（MCA）M1段狭窄伴同侧分水岭梗死是临床相关脑血管表型。尽管传统神经功能缺损可能相对轻微，认知损害仍具有重要临床意义，可能影响功能独立性、治疗依从性及康复参与。症状性颅内动脉粥样硬化性狭窄亦与复发性缺血事件风险增加相关。分水岭梗死累及动脉供血区远端边缘的皮质或内部分水岭区域。在重度MCA狭窄患者中，可见梗死位置和血管造影狭窄程度可能无法完全解释认知表现的变异。局灶性缺血损伤可能影响结构病变之外相互连接的脑区，导致脑功能组织的分布性改变。结构及血管影像虽可提供病变位置和动脉疾病的关键信息，但对个体脑区在全脑功能网络中的贡献提供的洞察有限。静息态功能磁共振成像（rs-fMRI）无需任务表现即可研究自发脑功能组织。度中心性（DC）是一种体素级、数据驱动的测量指标，量化每个体素与全脑其余部分的功能连接强度。既往缺血性卒中静息态研究已显示功能连接和中心性的分布性改变，而非局限于结构病变。卒中后认知损害与多个皮质及皮质下系统的分布性静息态连接异常相关，既有连接降低也有远端或对侧区域升高。BOLD功能测量还可能受卒中相关血流动力学延迟和脑血管反应性改变影响。然而，重度单侧M1段MCA狭窄伴分水岭梗死的全脑DC改变尚未充分表征，其与认知表现的关系亦不明确。为此，研究人员开展本研究，采用体素级加权DC分析表征MCAS-L和MCAS-R患者全脑功能中心性，并检验簇级DC值与认知表现的关联，同时探索性评估焦虑和抑郁症状评分。研究假设两个患者组均显示分布性DC改变，包括病变同侧联络区和感觉运动区DC降低及远端区域可能升高，且选定区域内DC变异可能与认知表现相关。

二、研究设计与主要技术方法

本研究为单中心横断面观察性研究，在广西医科大学第二附属医院神经内科开展，自2025年3月1日至2026年2月28日连续招募参与者。最终分析纳入131名参与者：40例左侧重度M1段MCA狭窄伴同侧分水岭梗死患者（MCAS-L）、47例右侧病变患者（MCAS-R）及44例健康对照（HCs）。纳入标准为单侧M1段MCA重度狭窄（70%–99%管腔狭窄，按WASID方法评估）伴弥散加权成像（DWI）确认的急性同侧分水岭梗死。排除大面积区域梗死、孤立穿支梗死、可疑栓塞性病变及M2或更远端MCA分支孤立狭窄。影像采集采用Siemens MAGNETOM Vida 3.0 T扫描仪，包括三维T1加权MPRAGE结构像和梯度回波平面成像（EPI）序列BOLD静息态功能像。rs-fMRI预处理采用DPARSFA模块（DPABI_V9.0_250415），基于MATLAB R2022a和SPM12，包括去除前10个时间点、层间时序校正、头动校正（排除平移>3.0 mm或旋转>3°的数据）、DARTEL空间标准化至MNI空间、回归白质/脑脊液信号及Friston-24头动参数、0.01–0.1 Hz带通滤波，未进行全局信号回归和空间平滑。加权DC计算基于体素间Pearson相关系数（阈值r > 0.25），求和后转换为Z值并以4 mm FWHM高斯核平滑。统计分析采用SPSS 26.0进行基线特征比较；体素级组间比较采用DPABI中ANCOVA，校正年龄、性别、既往卒中、高血压、糖尿病、高脂血症、平均框架位移（FD）及教育程度，随后进行Tukey–Kramer事后比较，患者–对照对比经GRF校正（双侧体素P < 0.001，簇P < 0.05），最小簇范围分别为50体素（MCAS-L vs. HCs）和53体素（MCAS-R vs. HCs）。簇级DC值与临床测量（NIHSS、mRS、MMSE、MoCA、HAMA、HAMD）的关联采用Spearman秩相关探索性分析。敏感性分析采用r > 0.20和r > 0.30阈值重复体素分析，簇峰值映射至Yeo 2011七网络皮质分区。

三、主要研究结果

3.1 参与者特征

三组间年龄、性别、教育程度、糖尿病及高脂血症无显著差异（均P > 0.05）。既往卒中和高血压存在显著组间差异（P < 0.001和P = 0.001），两个患者组均高于HCs，而MCAS-L与MCAS-R之间无显著差异。NIHSS和mRS评分亦存在显著组间差异（均P < 0.001），两个患者组均高于HCs，患者组间无显著差异。

3.2 认知与情绪评估

认知表现三组间差异显著。MMSE中位数分别为MCAS-L 24（IQR 8.0）、MCAS-R 26（IQR 4.0）、HCs 28.5（IQR 2.0）（P < 0.001），两个患者组均低于HCs，患者组间无显著差异。MoCA均值分别为16.0 ± 7.0、20.0 ± 4.4和23.0 ± 3.6（P < 0.001），三组两两比较均显著，呈左侧组最低、右侧组居中、对照组最高的梯度模式。HAMA和HAMD评分三组间无显著差异（P = 0.426和P = 0.830）。

3.3 度中心性差异

MCAS-L与HC对比经GRF校正后识别出5个显著簇。DC降低主要见于左侧罗兰迪克岛盖、颞中回及中央后回/顶下区域，DC升高见于右侧内侧/皮质下及后正中线区域。最大DC降低簇含424体素，峰值MNI坐标?48, ?18, 39（Z = ?5.5420）。MCAS-R与HC对比识别出6个显著簇。DC降低主要见于右侧壳核/岛叶、颞上回、颞中回及缘上回/顶叶–感觉运动区域，DC升高见于左侧小脑。最大DC降低簇含400体素，峰值MNI坐标48, ?27, 36（Z = ?6.0021）；DC升高小脑簇含241体素，峰值MNI坐标?6, ?72, ?42（Z = 5.1135）。敏感性分析采用r > 0.20和r > 0.30阈值时，主要侧化空间模式基本保留。

3.4 与临床评估的探索性关联

MCAS-L中未见名义簇级临床关联。MCAS-R中，MMSE评分与DC升高的左侧小脑簇（簇1）呈负相关（r = ?0.300，名义P = 0.040），与DC降低的右侧颞极上簇（簇3）呈正相关（r = 0.334，名义P = 0.022），与右侧顶叶–感觉运动/缘上回簇（簇6）呈正相关（r = 0.421，名义P = 0.003）。HAMD评分与右侧颞中回簇（簇4）呈名义正相关（r = 0.297，名义P = 0.042）。两个患者亚组均未见名义MoCA–DC关联。

四、讨论与结论

讨论部分指出，本研究主要发现包括：认知表现组间差异显著而神经功能缺损相对轻微；两个患者–对照对比均显示分布性且侧化的体素级DC差异；簇级临床关联具有选择性和探索性。DC降低模式在MCAS-L呈左侧为主（颞叶–岛盖及中央后回–顶下），MCAS-R呈右侧为主（壳核/岛叶、颞叶及顶叶–感觉运动），提示功能中心性的分布性改变而非局限于单一解剖区域。DC升高在不同患者组分布不同，MCAS-R见于左侧小脑，MCAS-L见于右侧内侧/皮质下及后正中线区域，可能反映缺血损伤后功能中心性的再分布，但横断面数据无法确定是否为代偿性神经元重组。认知关联仅在MCAS-R中观察到名义显著关联，MMSE与右侧颞极上及顶叶–感觉运动簇DC正相关、与左侧小脑簇DC负相关，提示BOLD功能中心性与认知表现之间呈区域依赖性关系而非简单一致模式。MCAS-L未见名义认知–DC关联及两组均未见MoCA–DC关联，不应解读为右半球认知–DC关系普遍占优，可能反映亚组特异性关系。情绪症状方面，HAMD与右侧颞中回DC存在单一名义关联，但鉴于组间HAMD无差异，应视为假设生成性发现。临床意义方面，结构影像界定缺血病变，常规神经量表主要表征显性神经功能缺损，体素级DC提供全脑网络中个体区域功能中心性的补充信息。局限性包括单中心横断面设计、样本量有限、缺乏卒中前认知测量、缺乏定量灌注及脑血管反应性测量、未生成标准化个体病变掩模及定量梗死体积、探索性相关未校正多重比较、MMSE/MoCA主要评估整体认知而非领域特异性功能。研究结论为：重度单侧M1段MCA狭窄伴同侧分水岭梗死与分布性且侧化的体素级DC改变及认知表现降低相关；MCAS-R中选定DC改变与MMSE表现存在探索性名义关联，而MCAS-L未见名义认知–DC关联。这些发现可能有助于理解该人群中伴随认知差异的功能中心性改变，需纵向、更大样本的多模态研究整合定量血管及病变评估和领域特异性神经心理学评价，以确定这些DC模式的稳定性和临床相关性。