《Human Brain Mapping》：Test–Retest Reliability of Sensorimotor Activity Measured With Spinal Cord fMRI
编辑推荐：
在将脊髓功能磁共振成像（spinal fMRI）应用于评估实验或临床干预之前，建立其可靠性至关重要。既往研究主要将人类运动活动映射到同侧腹角，与肌节（myotome）和皮节（dermatome）投射一致。尽管已有这些见解，脊髓fMRI的重测信度仍研究不足。本研
在将脊髓功能磁共振成像（spinal fMRI）应用于评估实验或临床干预之前，建立其可靠性至关重要。既往研究主要将人类运动活动映射到同侧腹角，与肌节（myotome）和皮节（dermatome）投射一致。尽管已有这些见解，脊髓fMRI的重测信度仍研究不足。本研究评估了30名健康志愿者在感觉运动范式（涉及右手抓握和握力估计）期间的脊髓激活。受试者完成了两次相同的扫描访视，每次执行相同的任务两次，从而能够在单次实验访视内以及不同日期进行的访视之间考察重测信度。汇总所有任务运行，在脊髓节段水平C5–T1的同侧腹背侧区域以及C2–C3水平的内侧区域观察到运动诱发激活。尽管任务表现（握力）和fMRI信号质量（时间信噪比，temporal signal-to-noise ratio, tSNR）具有高度可靠性，但运动激活的可靠性在访视内和访视间均主要为差到中等，各任务运行之间的空间分布存在显著变异性。增加每个个体的任务运行数量提高了组水平激活的稳健性，表现为激活体素计数更高、聚类空间范围更大以及t统计量分布减弱。尽管研究人员证明运动诱发激活与运动回路的已知神经解剖学组织一致，但其低重测信度为脊髓fMRI的更广泛应用带来了挑战。需要理解功能成像中低可靠性的驱动因素，但研究人员建议必须超越测量误差，包括仔细考虑由神经生理和心理因素支撑的固有个体内变异性。
该研究发表于《Human Brain Mapping》，旨在解决脊髓功能磁共振成像（spinal fMRI）技术在临床转化前所面临的关键瓶颈——重测信度问题。脊髓作为运动系统的核心组成部分，在执行与控制运动中发挥着关键作用，但相较于高位中枢，其在人类运动功能中的贡献长期受到研究忽视。近年来，伴随图像采集与处理技术的进步，脊髓fMRI得以非侵入性开展，多项研究已证实单侧上肢运动可在脊髓fMRI中诱发以同侧腹侧为主的激活，且激活模式与肌节、皮节投射的已知功能解剖一致。然而，脊髓fMRI要成为可靠的实验评估工具或临床生物标志物，必须首先证明其测量结果的可重复性。既往评估脊髓fMRI重测信度的研究样本量较小（N=3或11），且仅在单次实验会话内进行评估，跨会话、大样本的信度数据严重匮乏。
研究人员招募了30名健康右利手成年人（17名女性，13名男性，年龄19–38岁），在两组独立的磁共振成像（MRI）访视中（间隔平均27天），每次完成两轮右手抓握任务，系统考察了单次访视内及不同访视间的重测信度。任务设计为A/B模块（ squeeze/rest ），要求受试者在8个挤压/休息模块中对橡胶充气球施加最大可持续握力，每个模块包含8个试次（试次时长2.5秒，模块时长20秒）。成像采集采用3 T GE MR750系统及颈部线圈，运用经优化的血氧水平依赖（BOLD）敏感回波平面成像（EPI）序列，配合光谱-空间激发脉冲、切片特异性线性匀场及二阶匀场技术。数据处理依托脊髓工具箱（SCT）进行预处理，包括基于根丝的注册（rootlet-based registration）至PAM50脊髓模板、生理噪声建模（PNM）及运动校正，采用基于置换的非参数检验进行统计推断。
研究人员发现，汇总全部四次任务运行，运动诱发激活分布于C5–T1节段同侧腹背侧区域及C2–C3节段内侧区域，与已知的神经解剖学组织一致。然而，尽管任务表现（组内相关系数ICC=0.73，访视间ICC=0.84）和整体fMRI信号质量（tSNR，访视内ICC=0.96，访视间ICC=0.79）呈现出良好涨⒈中考趴煽康闹柿浚硕せ畹闹匦挪舛ň鋈肓瞬涣桨粗械梅段↙CC范围0.08–0.44）。空间重叠度同样低下（Dice相似性系数DSC：运动激活访视内0.01、访视间0.04；握力校正后激活访视内0.14、访视间0.12）。值得注意的是，增加任务运行数量可改善组水平激活的稳健性——随着运行数从1个增加到4个，激活体素数量显著增加（r=0.96），t统计量分布趋于缓和，空间覆盖扩展至预期的C6–C8节段。
以下逐一介绍主要研究发现及其解读：
**右手抓握诱发C6–C8节段同侧腹背侧激活**
该研究结果验证了核心假设：手部抓握任务在C5–T1节段诱发以同侧为主的腹背侧激活，峰值位于C6–C7，与正中神经及尺神经的肌节支配（C5–T1）完全吻合。除预期的腹侧激活外，背侧区域的同步激活可能反映了感觉反馈伴随运动或早期感觉运动整合过程。C2–C3节段的额外激活则可能涉及本体感觉、姿势维持或跨节段神经投射，尽管该发现需更高空间分辨率的验证。研究人员指出，中等激活的双侧性和内侧延伸可能源于中间带（intermediate zone）的连合中间神经元活动，该结构连接左右半脊髓，参与上肢运动协调。
**运动激活低重测信度的方法学根源**
研究核心发现为：尽管信号采集质量优异，运动诱发激活的可靠性显著低于预期。研究人员系统排除了多种方法学干扰因素：颈部位移在访视内未发生变化但可靠性仍低，提示体位变化并非主因；根丝注册方法虽已优化个体间对齐，但其对重测信度的影响尚待评估；预处理中生理噪声的去除可能在提升有效性的同时降低重测信度，因结构化噪声（如心跳、呼吸）较神经活动的时间动态性更为稳定。研究人员强调，低可靠性不等同于低效度——既往脑fMRI研究已证实，低可靠性数据仍可包含生物学有意义的信息，且旨在去除伪信号的预处理会同时削减信度估计。
该研究的独特价值在于将讨论从单纯的技术优化拓展至对"可靠性"概念的深层反思。研究人员指出，组内相关系数（ICC）本质为个体间变异与个体内变异之比值，而传统fMRI任务设计恰恰旨在最小化个体间变异、最大化组水平响应，这与高ICC所需的条件存在结构性张⒗?.hd］募顾韃拥闹匾嘉?203;在于：脊髓并非静态信息中继站，而是持续适应内外需求的动态系统，其神经可塑性（如运动学习诱导的尾-头侧激活转移）、重复抑制效应、以及个体神经解剖差异（如根丝分布变异）均可能贡献于激活模式的时程变化。换言之，观测到的"低信度"可能部分反映了真实的生物学变异性，而非纯粹的测量误差。
**数据量与范式优化**
该研究的次要发现强调了充足统计检验力的必要性：增加个体观测数量较单纯扩大样本量更为有效地提升检测效能，这一结论与脑fMRI的神经影像人研究建议相呼应。同时，研究人员反思了任务选择的权衡——手部抓握虽因大效应量而利于信度评估，但其多肌群参与特性也可能增加激活模式的变异性，针对特定肌节的任务或可提供更高的空间特异性。
综合全文，**研究结论**可概括为：该研究揭示了脊髓感觉运动激活与其已知神经解剖学组织的一致性，同时暴露了其低重测信度这一制约临床转化的关键障碍。研究数据表明，理解脊髓fMRI可靠性的挑战需要超越测量误差的单一视角，深入认识由神经生理动态性和心理行为因素驱动的固有个体内变异性。这一发现为脊髓fMRI的方法学优化和临床前验证提供了重要方向。
