卒中后认知障碍患者功能性脑网络拓扑改变：一项图论研究

《Clinical Neuroradiology》：Topological Alterations of Functional Brain Networks in Post-Stroke Cognitive Impairment: a Graph-Theoretical Study

　　

目的：采用静息态功能磁共振成像（rs-fMRI）研究卒中后认知障碍（PSCI）患者功能性脑网络的拓扑改变，并探讨网络组织与卒中后认知表现之间的关系。

材料与方法：本研究以前瞻性方式纳入45例缺血性卒中患者，其中卒中后认知障碍（PSCI）患者21例、卒中后非认知障碍（PSNCI）患者24例，并招募30名年龄、性别及受教育程度相匹配的健康对照（HC）。所有受试者均接受脑静息态功能磁共振成像（rs-fMRI）检查及认知功能评估。研究进一步采用组间比较分析，以明确全局及节点拓扑指标的组间差异，以及不同脑区与认知评分之间的相关性。

结果：与健康对照（HC）组相比，PSCI组和PSNCI组均表现出显著的功能性脑网络拓扑改变，包括特征路径长度（Lp）增加、全局效率（Eg）和局部效率（Eloc）降低，以及小世界属性（σ）受损。然而，PSCI组与PSNCI组在全局网络指标上未见显著差异。在节点水平上，PSCI和PSNCI患者左侧内侧及旁扣带皮质、左侧尾状核以及右侧旁中央小叶的节点聚类系数（NCp）和节点局部效率（NLe）升高。Pearson相关分析显示，在PSCI组中，Eloc（r?=?0.580，P?=?0.006）、σ（r?=?0.513，P?=?0.017）及标准化聚类系数（γ）（r?=?0.581，P?=?0.006）与MoCA评分呈正相关；在PSNCI组中，聚类系数（Cp）（r?=??0.492，P?=?0.015）与MMSE评分呈负相关。

结论：PSCI患者脑网络的全局与节点拓扑属性均发生改变，表现为全脑信息传递效率受损及整合能力下降。全局属性异常与认知功能障碍相关，这为从影像学视角理解PSCI的神经认知机制提供了有价值的线索。

该文发表于《Clinical Neuroradiology》，围绕卒中后认知障碍（post-stroke cognitive impairment，PSCI）的脑网络机制展开研究。缺血性卒中是全球致残和死亡的重要原因，而PSCI作为卒中后最常见且致残性较强的并发症之一，发生率高，且在早期阶段仍存在较高漏诊风险。既往研究已提示，PSCI与默认网络、显著性网络等关键认知网络的功能连接异常及局部脑区活动异常有关，但多数静息态功能磁共振成像（resting-state functional magnetic resonance imaging，rs-fMRI）研究主要聚焦局部脑区或单一指标，尚不足以系统揭示卒中后全脑功能网络的重构特征。认知功能本质上依赖于分布式神经系统间的协同作用，因此，从脑网络层面分析PSCI具有重要必要性。图论（graph theory）提供了一种将脑组织视为复杂网络并定量评估整合、分离及效率等拓扑属性的框架，适合用于揭示卒中后脑网络重组规律。基于此，研究人员比较了PSCI、卒中后非认知障碍（post-stroke non-cognitive impairment，PSNCI）与健康对照（healthy controls，HC）三组的全脑功能网络拓扑差异，并进一步分析网络指标与认知表现的关系，以期寻找与卒中后认知障碍相关的影像学标志。

研究人员采用前瞻性队列设计，纳入2025年6月至9月于医院神经内科及急诊医学科收治的急性缺血性卒中患者45例，其中PSCI 21例、PSNCI 24例，同时招募30名年龄、性别和受教育程度匹配的社区健康对照。所有受试者接受MRI扫描及认知评估，并于卒中后3个月通过简易精神状态检查（Mini-Mental State Examination，MMSE）和蒙特利尔认知评估（Montreal Cognitive Assessment，MoCA）进行认知分层。影像学方面，研究使用3.0T MRI采集rs-fMRI与结构像，经标准预处理后，基于AAL90脑区模板构建90×90功能连接矩阵，利用GRETNA工具箱开展图论分析，在稀疏度0.05–0.40范围内计算全局与节点拓扑指标，并以曲线下面积（area under the curve，AUC）汇总指标以提高稳健性；统计学上采用方差分析、错误发现率（false discovery rate，FDR）校正及相关分析评估组间差异和脑网络指标与认知评分之间的关系。

在研究结果部分，论文首先报告了临床资料分析。三组在年龄、性别分布和受教育程度方面差异均无统计学意义，说明组间人口学特征匹配良好。与HC组相比，PSCI组的MoCA和MMSE评分显著下降，证实该组存在明确认知功能损害。

在“卒中患者全局拓扑属性变化”部分，研究表明三组脑功能网络均保留小世界组织架构，提示即使在疾病状态下，脑网络仍维持一定复杂网络特征。然而，与HC组相比，PSCI组和PSNCI组均表现出多项全局拓扑指标异常，包括特征路径长度（Lp）升高、全局效率（Eg）降低、局部效率（Eloc）降低、小世界属性（σ）下降以及标准化聚类系数（γ）下降。这些结果说明缺血性卒中后脑网络的全局整合能力和信息传递效率受损，网络从高效优化状态转向较低效的组织模式。论文据此指出，卒中造成的局灶性损伤可能沿功能和结构通路扩散，导致广泛的网络级功能障碍。值得注意的是，PSCI与PSNCI两亚组在这些全局指标上并无显著差异，提示常规全局拓扑参数更多反映卒中本身导致的网络紊乱，而不足以单独区分是否合并认知障碍这一临床表型。

在“节点属性变化及相关脑区”部分，研究进一步分析了特定脑区的局部拓扑重构。结果显示，与HC组相比，PSCI组在左侧内侧及旁扣带回的节点聚类系数（nodal clustering coefficient，NCp）显著增高；左侧内侧及旁扣带回、左侧尾状核和右侧旁中央小叶的节点局部效率（nodal local efficiency，NLe）显著升高。PSCI与PSNCI之间在这些节点指标上同样未见显著差异，而节点效率、节点度和节点介数等其他指标在FDR校正后亦未发现显著组间差异。研究据此认为，这些脑区的节点拓扑异常更可能反映卒中后的网络重组过程，而非PSCI所特有。论文对相关脑区功能进行了归纳：扣带皮质是边缘系统（limbic system）的核心组成部分，参与注意调控、执行控制和情绪加工；尾状核属于基底节（basal ganglia）关键结构，与执行控制、持续注意及反应选择密切相关；旁中央小叶则参与运动与躯体感觉整合，并涉及更高阶认知过程。上述脑区局部聚类或局部效率升高，可能提示局部高连接状态或代偿性重组，但若这种重组无法支持远距离高效通信，则仍可能伴随认知损害。

在“相关性分析”部分，研究揭示了网络拓扑与认知表现之间的联系。在PSCI组中，局部效率（Eloc）、小世界属性（σ）和标准化聚类系数（γ）均与MoCA评分呈正相关，说明网络局部信息处理能力、小世界组织完整性和局部互联程度越好，整体认知表现越佳。这一结果提示PSCI的关键特征不仅在于存在网络异常，更在于网络拓扑与认知行为之间的耦联关系发生破坏。相较之下，PSNCI组在FDR校正后未观察到全局网络指标与认知评分的显著相关性，但聚类系数（Cp）与MMSE评分呈负相关，说明较高的局部聚类并不必然意味着更优认知，过度局部分离反而可能限制远距离通信和全局整合，进而影响认知表现。

在“关于共同驱动效应与阈值选择的方法学考虑”部分，作者强调，基于双变量Pearson相关构建的功能连接网络可能受共同驱动（common-drive）或共同源效应影响，即某一共同来源可同时影响多个节点，从而在节点间产生伪连接。这类假阳性边可能增加表观网络密度，并偏倚聚类系数、特征路径长度、全局/局部效率及小世界属性等图论指标。因此，本文结果应被理解为统计学意义上的功能网络组织特征，而非直接或因果性的解剖通路。另一方面，网络阈值的选取也会显著影响图论分析结果：低阈值可能保留噪声连接，高阈值则可能剔除具有生物学意义的弱连接。为降低单一阈值选择带来的偏倚，研究采用跨0.05–0.40稀疏度范围的AUC方法汇总指标，但作者同时指出，这一策略仍无法完全消除阈值依赖性及双变量相关网络的内在局限。

论文还总结了研究局限。首先，样本量相对较小，可能限制检出PSCI与PSNCI之间细微差异的统计效能。其次，随访时间较短，尚不能反映卒中恢复不同阶段脑网络组织的动态演变。再次，认知评估主要基于MoCA和MMSE等筛查工具，难以全面刻画不同认知域的特异性损害，且可能受教育程度和社会心理因素影响。此外，由于网络构建采用双变量Pearson相关并经历二值化与阈值化处理，所得边连接可能包含间接关联及共同驱动相关的假阳性连接，从而影响图论指标的解释。

总体而言，该研究表明，PSCI患者脑网络的全局及节点拓扑属性均发生改变，主要表现为全脑信息传递效率下降及整合能力减弱。研究进一步指出，全局网络异常与认知功能障碍密切相关，提示卒中后认知损害不仅涉及局灶脑损伤，更体现为全脑功能网络组织方式的重构与失衡。该研究从影像学和网络神经科学角度为理解PSCI的神经认知机制提供了依据，也为后续筛查潜在影像学标志物及优化康复干预策略提供了参考。

研究结论翻译：卒中后认知障碍患者脑网络的全局与节点拓扑属性均已发生改变，表现为全脑信息传递效率受损和整合能力下降。全局拓扑属性异常与认知功能障碍相关，这为从影像学视角理解卒中后认知障碍的神经认知机制提供了有价值的见解。