《Frontiers in Neurology》：Tumor lesions in the supplementary motor area may induce large-scale sensorimotor and cognitive network alterations— A functional and structural connectivity analysis
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背景：累及辅助运动区（supplementary motor area, SMA）的脑肿瘤患者术后常出现多为暂时性的对侧运动不能（“SMA综合征”），该综合征可能主要是一种执行功能相关的认知障碍。然而，其神经生理学相关机制尚不明确。鉴于SMA被认为是运动与认知
背景：累及辅助运动区（supplementary motor area, SMA）的脑肿瘤患者术后常出现多为暂时性的对侧运动不能（“SMA综合征”），该综合征可能主要是一种执行功能相关的认知障碍。然而，其神经生理学相关机制尚不明确。鉴于SMA被认为是运动与认知控制功能之间的网关，研究人员在SMA肿瘤患者中探索了SMA的结构连接（structural connectivity, SC）以及感觉运动网络（sensorimotor network, SMN）和认知网络的功能连接（functional connectivity, FC）。方法：13例SMA肿瘤患者和13名匹配的健康对照者术前接受了弥散张量成像（diffusion-tensor-imaging, DTI）和静息态功能磁共振成像（resting-state-fMRI）。比较两组间SMA的半球内（额斜束，Frontal Aslant Tract, FAT）及半球间SC（SMA-SMA、SMA-M1）。通过组独立成分分析（Independent Component Analysis, ICA）建立FC网络，并进行第二层感兴趣区到感兴趣区（ROI-to-ROI）分析以考察组间差异。结果：DTI显示患者SMA-M1连接出现微结构白质 disintegration 和较小纤维束体积（p < 0.005），FAT呈趋势性改变（p < 0.06），且患者SMA-M1纤维长度存在差异（p < 0.026）。SMA-SMA的SC未减少，但在患者中表现出更大的方差。患者不同认知网络内FC显著降低，而SMN内FC以及SMA与对侧额顶网络之间的FC则显著增加（p < 0.046）。结论：这项探索性研究发现，在治疗干预之前即存在感觉运动及大规模认知网络改变，提示肿瘤相关的SC disintegration可能伴随不同网络内部及网络之间FC的增高和降低。未来需结合神经心理学测试的研究来表征治疗前连接改变的行为学意义，并确定其是否影响术后功能结局。
论文解读
一、研究背景与目的
辅助运动区（supplementary motor area, SMA）位于大脑半球内侧额叶，长期以来被视为运动与认知控制功能之间的“网关”。累及SMA的脑肿瘤患者术后常出现对侧运动不能，即所谓的“SMA综合征”，可伴有缄默或表达性失语，症状多在数月内缓解，但恢复时间不一，部分患者功能恢复不完全。既往研究提示，只要初级运动皮层（M1）和皮质脊髓束未受结构性破坏，完全或近乎完全的功能恢复仍有可能；恢复时间可能与经胼胝体感觉运动纤维的完整性及对侧SMA的功能募集有关。然而，肿瘤患者术前运动功能得以保留的神经相关机制，以及术后功能恢复动态和程度的差异均未得到充分理解，个体功能预后难以预测。此外，SMA综合征被认为可能主要是一种执行功能相关的认知障碍，但SMA肿瘤患者中认知与运动功能的神经相关及其相互关系尚未明确。因此，研究人员开展了一项探索性研究，假设SMA肿瘤患者不仅在感觉运动网络中，而且在认知网络中均存在连接改变，尤其是与认知控制功能相关的网络表征。
二、研究设计与方法
研究人员纳入了13例SMA肿瘤患者（平均年龄49±15.4岁，5例男性，11例右利手）和13名年龄匹配的健康对照者（平均年龄48±19.7岁，7例男性，13例右利手）。所有受试者术前接受了3T磁共振扫描，包括弥散张量成像（diffusion-tensor-imaging, DTI）和静息态功能磁共振成像（resting-state-fMRI）。肿瘤体积基于增强T1和FLAIR图像分割。DTI数据分析采用确定性纤维追踪，重建了SMA与同侧额下回之间的额斜束（Frontal Aslant Tract, FAT）、双侧SMA之间的胼胝体连接（SMA-SMA）以及SMA与对侧M1之间的连接（SMA-M1），比较了两组间的纤维束体积、纤维数量、纤维长度及各向异性分数（fractional anisotropy, FA）、平均扩散率（mean diffusivity, MD）、轴向扩散率（axial diffusivity, AD）和径向扩散率（radial diffusivity, RD）。功能连接分析采用组独立成分分析（Independent Component Analysis, ICA）提取网络成分，并对14个与感觉运动或认知相关的网络成分（包括默认网络、额顶网络、突显网络、背侧和腹侧注意网络、感觉运动网络等）进行第二层感兴趣区到感兴趣区（ROI-to-ROI）连接分析，以检验组间差异。对于右侧半球肿瘤患者，图像经左右翻转以统一病灶侧别。
三、研究结果
3.1 人口学与临床特征
患者与对照组在年龄、性别和利手方面无显著差异。右侧半球肿瘤的FLAIR高信号病变体积大于左侧，但总病变体积（增强肿瘤+FLAIR高信号）在半球间无显著差异。术前仅2例患者存在轻微运动缺陷，1例存在轻度语言障碍。术后早期85%的患者出现SMA综合征，8例左侧半球肿瘤患者中有5例（38%）出现额外言语缺陷。随访时（中位133天），多数患者运动缺陷改善（81%），所有患者言语缺陷恢复，但55%的患者运动恢复不完全。
3.2 SMA的半球内和半球间结构连接
FAT分析显示，患者同侧半球FAT的MD和AD值显著高于对侧（MD: p=0.012; AD: p=0.01），提示同侧半球FAT微结构 disintegration。SMA-M1连接分析显示，患者标准化纤维束体积整体显著减少（p=0.005），且患者存在半球间纤维长度差异（p=0.026），即对侧SMA至同侧M1的纤维更长。患者AD值显著升高（p<0.019），MD呈趋势性升高（p<0.066）。SMA-SMA连接在患者中未减少，但方差较大；事后分析显示，无残余运动缺陷的患者相比有缺陷者，SMA-SMA纤维束体积呈趋势性增大（p<0.058）。
3.3 功能连接改变
ICA分析得到40个网络成分，其中14个被选入进一步分析。ROI-to-ROI分析识别出三个显著组间差异聚类（FDR校正p<0.046）。聚类1：患者外侧默认网络与前正中网络耦合降低，背侧注意网络和突显网络成分间连接降低；聚类2：同侧额顶网络与前默认网络连接降低，而前默认网络与外侧默认网络、前默认网络与外侧感觉运动网络、内侧与外侧感觉运动网络之间的连接升高；聚类3：对侧额顶网络与前正中网络（包含SMA）之间的耦合升高。
四、讨论与结论
研究人员发现，SMA肿瘤患者在治疗干预之前即存在结构和功能连接改变。这些改变不仅包括微结构纤维束 disintegration 和功能连接降低，还包括同源胼胝体SMA-SMA结构连接的更大变异，以及感觉运动网络内部、默认网络内部、SMA与默认网络之间、SMA与对侧额顶网络之间功能耦合的增强。这些连接改变可能不仅提示肿瘤相关的感觉运动网络改变，还可能涉及认知功能改变，但本研究未获取神经心理学数据，无法直接证实。研究人员推测，功能连接增加可能具有代偿意义，但也可能是病理性的过度活跃或神经血管耦合改变所致。研究局限性包括样本量小、肿瘤类型异质性、缺乏神经心理测试、DTI采集协议差异等。未来需在更大样本、多中心和纵向随访研究中验证这些发现，并探索治疗前连接改变是否与SMA肿瘤患者运动功能的认知控制相关及其对术后功能结局的影响。
总之，这项探索性研究表明，SMA肿瘤患者在治疗前已存在结构及大规模功能连接改变，这些改变可能反映肿瘤相关的结构 disintegration 及潜在的网络重组模式，为进一步理解SMA综合征的神经机制和优化个体化治疗策略提供了重要线索。
