青少年灰质厚度和白质参数与皮质脊髓兴奋性的关联：一项导航经颅磁刺激研究

《Brain Topography》：The Associations of Grey Matter Thickness and White Matter Parameters on Corticospinal Excitability in Adolescence: A Navigated TMS Study

　　

大脑结构与功能测量（如静息运动阈值 (rMT)）之间的关系备受关注，并在成人中已有研究，但青少年研究尚缺乏。研究人员利用磁共振成像 (MRI) 和导航经颅磁刺激 (nTMS) 研究了rMT与运动皮层灰质厚度及白质参数之间的相关性。研究招募了45名16至19岁的参与者（20名男孩和25名女孩）。研究人员确定了拇短展肌的rMT，并研究了手节区 (hand knob) 和扩展手节区 (extended hand knob) 中rMT与灰质厚度及白质参数（各向异性分数 (FA)、平均扩散率 (MD)、径向扩散率 (RD) 和轴向扩散率 (AD)）之间的相关性。初级运动皮层的灰质厚度与rMT相关。研究人员还发现，初级运动皮层更广泛区域的白质参数RD和MD与rMT呈正相关。灰质和白质似乎都影响青少年时期的皮层兴奋性。理解正常大脑发育对于理解病理性神经发育过程是必要的。

青少年时期是大脑结构和功能快速成熟的关键阶段，但现有研究多聚焦于成人，缺乏对青少年运动系统中结构性变化与功能性指标（如皮层兴奋性）之间关联的深入探讨。静息运动阈值 (rMT) 作为衡量皮质脊髓兴奋性的重要指标，在成人中已发现与灰质厚度、白质微观结构等存在关联，但青少年群体的相关证据尚属空白。为阐明正常青少年神经发育过程，并最终为理解神经发育障碍提供依据，研究人员开展了此项研究。该研究招募了来自芬兰东部大学PANIC研究队列中45名16至19岁的健康青少年（20名男孩，25名女孩），结合磁共振成像 (MRI) 和导航经颅磁刺激 (nTMS)，系统分析了rMT与初级运动皮层灰质厚度及白质参数（包括各向异性分数 (FA)、平均扩散率 (MD)、径向扩散率 (RD) 和轴向扩散率 (AD)）之间的相关性。研究发表在《Brain Topography》上。研究结论表明，灰质厚度与rMT呈正相关，白质参数RD和MD在更大范围的初级运动皮层区域也与rMT正相关，提示青少年时期皮层兴奋性受灰质和白质共同影响，这对理解正常神经发育及神经发育障碍的病理机制具有重要意义。

主要关键技术方法包括：使用3.0T MRI扫描仪（Philips Achieva 3.0T X）采集全脑T₁加权、T₂加权、FLAIR序列及扩散张量成像 (DTI) 数据（b₀=1000或800 s/mm²，16个扩散方向）；采用导航经颅磁刺激系统（eXimia 3.2.2，双相线圈）定位手节区 (hand knob) 热点，并确定双侧拇短展肌的rMT（通过Motor Threshold Assessment Tool (MTAT) 以%-MSO表示）；利用FSL软件处理DTI数据生成FA、MD、RD、AD参数图，并手动勾画手节区及扩展手节区 (extended hand knob) 的感兴趣区 (ROI)，同时使用Freesurfer软件测量相应区域灰质平均厚度；统计分析采用线性混合效应模型，校正性别、年龄和线圈-皮层距离 (CCD)，并检验双侧半球间的相关性一致性。

研究结果部分包含以下关键发现：
1. The Influence of Coil-to-Cortex Distance (CCD), Age and Sex：通过Pearson相关分析，发现CCD与双侧半球rMT均呈正相关（左半球r=0.48，P=0.003；右半球r=0.53，P=0.001），而年龄与rMT无显著关联。年龄与右侧半球手节区MD（r= -0.48，P=0.002）、RD（r= -0.38，P=0.013）和AD（r= -0.32，P=0.040）呈负相关，提示白质成熟趋势。男性右侧半球CCD显著高于女性（P=0.008），且总灰质和白质体积均更大。
2. Grey Matter：经校正性别、年龄和CCD的偏相关分析，发现rMT与手节区灰质厚度呈正相关（R=0.30，P=0.018），即皮层越厚，rMT越高，皮层兴奋性越低；而扩展手节区灰质厚度与rMT无显著相关。
3. White Matter：rMT与扩展手节区的RD（r=0.34，P=0.028）和MD（r=0.31，P=0.043）呈正相关，但与手节区或扩展手节区的FA和AD无显著相关，表明白质微结构变化（尤其径向和平均扩散率）与皮层兴奋性存在关联。

讨论部分指出，该研究首次在青少年中揭示了rMT与灰质厚度及白质参数（RD、MD）的正相关关系，与部分成人研究结果一致（如老年人群中的皮层厚度关联），但也存在差异，如未发现FA与rMT的显著关联。研究人员认为，青少年期白质仍在持续髓鞘化（RD下降反映髓鞘形成），这可能解释与成人研究的分歧。此外，青少年运动皮层灰质虽已趋于成熟，但皮层下白质仍在发育并影响皮层兴奋性，且谷氨酸能系统变化和GABA能功能增强也可能参与调节。研究局限性包括样本量较小，但采用了导航TMS和多种白质参数，提高了发现可靠性。
结论翻译：总之，研究人员发现青少年期rMT与皮层厚度及白质参数MD和RD呈正相关。皮层厚度关联出现在初级运动皮层，白质参数关联出现在初级运动皮层更广泛区域。尽管运动皮层灰质在青少年期应已成熟，但仍在发育的皮层下白质似乎影响皮层兴奋性，而大脑功能仍在发育中。这项研究为正常大脑发育和功能提供了一定见解，这是理解青少年期发生的神经发育障碍所必需的。未来研究需进一步阐明不同年龄组间皮层兴奋性结构基础的差异。