《PLOS One》：Spreading depolarization drives distant connectivity changes in the focally injured cortex
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皮质扩散性去极化（cortical spreading depolarization，SD）是一种缓慢传播的瞬时细胞去极化波，在急性脑损伤后可靠出现，但通常未被检测到。已知局灶性脑损伤会产生网络水平的功能障碍，使连接强度与方向在远离病灶部位发生改变（连接性交叉
皮质扩散性去极化（cortical spreading depolarization，SD）是一种缓慢传播的瞬时细胞去极化波，在急性脑损伤后可靠出现，但通常未被检测到。已知局灶性脑损伤会产生网络水平的功能障碍，使连接强度与方向在远离病灶部位发生改变（连接性交叉失活，connectional diaschisis），并可构成损伤后神经功能缺陷的基础。研究人员提出，损伤诱导的SD可能参与连接性交叉失活，并研究了SD对支持认知与感觉功能神经网络中功能连接与有效连接的影响。研究在自由活动大鼠额叶皮层局灶性微损伤后即刻记录皮层电活动。损伤诱导的SD沿同侧半球皮层传播，但未侵入对侧皮层。连接强度与方向通过非方向性（互信息函数，mutual information function，MI）与方向性（转移熵，transfer entropy，TE）指标估计，记录来自压后皮层（默认模式网络关键枢纽）与体感皮层。互信息分析显示，SD期间同侧半球初始高耦合，SD终止后出现更久的半球间解耦。SD后低连接状态下，未损伤皮层对损伤皮层的支配影响在两区域均增强。压后皮层作为默认模式网络组分，基线期呈现强半球间耦合，SD后发生复杂连接改变。因此，损伤皮层产生的SD扰乱远端皮层长程连接，并引起涉及默认模式网络的广泛网络重组；鉴于该网络在认知中的关键作用，损伤诱导SD所产生的连接改变可能参与脑损伤后认知缺陷的机制。
该研究围绕急性局灶性脑损伤后广泛存在的网络功能障碍展开。背景在于，皮质扩散性去极化（cortical spreading depolarization，SD）是急性脑损伤后反复出现却常被常规头皮脑电图遗漏的病理电活动；同时，局灶损伤不仅造成局部破坏，还会通过连接性交叉失活（connectional diaschisis）引起远隔完整脑区的连接强度与方向改变。既往研究多关注初级感觉或运动皮层，尚不清楚SD是否及如何影响跨模态高级网络，尤其是默认模式网络（default-mode network，DMN）。由于DMN连接异常与创伤后认知障碍密切相关，研究人员拟验证“损伤诱导SD介导连接性交叉失活”的假说，在自由活动动物中直接以高时间分辨率电生理刻画远端皮层网络重组。
研究人员通过对清醒自由活动大鼠实施额叶皮层局灶微损伤，记录远端压后皮层与体感皮层局部场电位（local field potential，LFP），用互信息函数（mutual information，MI）与转移熵（transfer entropy，TE）分别评估非方向性功能连接与方向性有效连接。结果显示：SD于伤后在同侧半球播散而不跨至对侧；MI先表现同侧半球高耦合，SD终止后发生持续半球间低连接；TE揭示低连接阶段未损伤半球对损伤半球的因果影响增强，且压后皮层作为DMN枢纽呈现更强基线连接与更复杂重组。结论提示，SD是连接性交叉失活的重要介质，可扰动长程连接并累及DMN，为脑损伤后认知缺陷提供机制解释，也具有监测与干预靶点意义。
关键技术方法上，研究纳入经筛选的清醒自由活动Wistar大鼠样本队列，植入引导套管与多通道LFP电极，于基线及双侧额叶顺序微损伤后连续记录。信号经去趋势与伪迹处理，在20秒非重叠时间窗内计算MI与TE：MI基于近邻估计的非参数互信息，刻画非线性相似性与同步；TE基于条件熵的方向性信息流，近似非线性格兰杰因果。统计采用极小极大准则并结合多重比较校正，SD时序指标用Wilcoxon检验。
研究结果如下。
互信息函数（Mutual information function）：分析显示压后皮层基线半球间MI显著高于体感皮层；SD去极化期内MI未变，终止后两区均出现长时程半球间MI下降，即同步性降低，且同侧半球在SD到达时出现短时高耦合。说明SD后远端脑区出现时间锁定的双相改变，先同侧超同步，后半球间解耦。
转移熵（Transfer entropy）：体感皮层在SD后表现为未损伤半球向损伤半球的单向TE增强；压后皮层则出现双向TE升高。同侧半球内，损伤半球仅在SD终止后短暂出现从体感向压后皮层的单向驱动增强；未损伤半球内无明显变化。结果表明有效连接方向在恢复早期发生重构，未损伤网络对损伤侧具有代偿性因果输入。
讨论部分总结：研究人员指出，损伤诱导SD引起从同侧高连接到半球间低连接的演化，未损伤皮层增强的驱动可能反映稳态网络可塑性，参与代偿与功能恢复。压后皮层因属DMN而基线连接更高、SD后改变更持久且具双向因果增强，这与临床脑损伤后DMN断开及认知障碍相呼应。该工作将SD、连接性交叉失活与DMN功能障碍机制相连。
研究结论译为：皮质扩散性去极化（cortical spreading depolarization，SD）自损伤皮层产生，可扰乱远端皮层长程连接，并引起涉及默认模式网络（default-mode network，DMN）的广泛网络改变；鉴于该网络在认知中的关键作用，损伤诱导SD所产生的连接改变可能参与急性脑损伤后认知缺陷的发生机制。
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