多发性硬化症患者步行疲劳性的神经相关性：一项fNIRS研究

《Neurobiology of Disease》：The neural correlates of walking fatigability in people with multiple sclerosis: An fNIRS study

　　

步行疲劳性（Walking Fatigability, WF）是多发性硬化症（Multiple Sclerosis, MS）患者常见且致残的特征，但其神经基础尚不清楚。在此，研究人员研究了6分钟步行测试（6-Minute Walk Test, 6MWT）期间的实时皮质活动及其与步态速度和步态质量变化的关系。伴有或不伴有WF的MS患者（n=42）以及健康对照组（Healthy Controls, HC, n=25）完成了6MWT。研究人员使用功能性近红外光谱（Functional Near-Infrared Spectroscopy, fNIRS）测量了前额叶、前运动区和运动皮质中的皮质活动。同时，惯性测量单元（Inertial Measurement Units, IMU）逐分钟测量了步态速度和步态质量。伴有WF的MS患者（扩展残疾状态量表（Expanded Disability Status Scale, EDSS）=6 [2.62]）表现出速度和步态质量的显著下降，并伴随整个6MWT期间皮质激活模式的改变。虽然HC和无WF的MS患者（EDSS=3[1.75]）动态调节前额叶（p<.004）、前运动区（p<.043）和运动区（p<.032）的活动以响应任务需求，但伴有WF的MS患者表现出对前额叶皮质区域的持续依赖以及对更广泛步行网络的有限参与。在所有组别和皮质区域中，观察到一种总体皮质活动模式。具体而言，皮质活动在第一分钟达到峰值，在2-4分钟期间稳定，并在5-6分钟期间增加。在HC和MS患者中，相关性分析（rho:324–597）表明，皮质活动的更大增加与更好的步态速度/步态质量相关。然而，尽管这些关联表明HC可以招募更广泛的步行控制网络，但MS患者表现出以执行控制为主的脑-步态控制模式。这些发现表明，步行疲劳性可能部分由长时间步行过程中灵活招募皮质资源的能力受损所驱动。

**多发性硬化症患者步行疲劳性的神经相关性：一项fNIRS研究解读**

**研究背景与目的**
多发性硬化症（Multiple Sclerosis, MS）是一种慢性炎症性脱髓鞘疾病，影响中枢神经系统（Central Nervous System, CNS）白质和灰质，导致多种症状，包括步行障碍。其中，步行疲劳性（Walking Fatigability, WF）指长时间步行（如6分钟步行测试，6-Minute Walk Test, 6MWT）过程中步态表现随时间下降，是MS患者常见且致残的特征。既往研究认为WF可能与中枢疲劳（central fatigue）相关，即CNS无法维持运动神经元放电，导致神经资源招募不足，但直接证据有限。现有研究多聚焦于短时步行或任务前后皮质活动对比，缺乏对步行过程中实时皮质动态变化的监测。因此，本研究旨在通过功能性近红外光谱（Functional Near-Infrared Spectroscopy, fNIRS）实时监测6MWT期间皮质活动，探索WF的神经机制，并分析其与步态速度及步态质量变化的关系。该研究发表于《Neurobiology of Disease》。

**主要技术方法**
研究人员从比利时MS康复中心（Melsbroek国家MS中心和Overpelt Noorderhart RMSC）及哈塞尔特大学REVAL研究中心招募参与者，包括25名健康对照（Healthy Controls, HC）和42名MS患者（根据距离步行指数（Distance Walking Index, DWI）分为伴WF组（DWF，n=18）与无WF组（NDWF，n=24））。所有参与者完成6MWT，期间使用便携式fNIRS（NIRSport 2，波长730–850 nm，采样率5.1 Hz）测量双侧前额叶（包括前额极皮层（Frontopolar Cortex, FPC）和背外侧前额叶皮层（Dorsolateral Prefrontal Cortex, DLPFC））、前运动皮层（Premotor Cortex, PMC）、辅助运动区（Supplementary Motor Area, SMA）和初级运动皮层（Primary Motor Cortex, M1）的氧合血红蛋白（HbO）和脱氧血红蛋白（HHb）浓度变化；同时使用8个惯性测量单元（Opal V2, 128 Hz）逐分钟记录步态速度、步长、节奏、双支撑时间、步态变异性等指标。数据分析采用基于Homer3的MATLAB自定义代码，包括小波校正运动伪迹、低通滤波（0.09 Hz）及短通道回归去除系统性噪声。统计方法包括重复测量方差分析（ANOVA）和Spearman/Pearson相关分析，控制年龄因素。

**研究结果**
**3.1 步态特征、疲劳性指数与Borg量表**
与HC和NDWF组相比，DWF组在DWI、步速、节奏、步长、双支撑时间、足尖离地角度及步幅持续时间（最受影响和最少受影响侧）均显著恶化（p<.001）。Borg量表显示DWF组感知疲劳度高于其他两组（p<.001），且所有组别在6MWT结束时感知疲劳度均增加（p<.001）。

**3.2 皮质活动**
通过年龄校正的ANOVA分析，在FPC（对侧）、DLPFC（双侧）、PMC（对侧HbO和HHb，同侧HHb）及SMA（对侧HbO）发现显著的组别×时间交互作用（p<.05）。DWF组在整个6MWT期间表现出持续的皮质活动，而HC和NDWF组在1-4分钟活动下降、5-6分钟再上升，呈“U型”动态模式。

**3.3 前额极皮层（FPC）**
HC对侧FPC在1分钟与2-5分钟间HHb下降（p<.003），6分钟HbO回升（p<.009）；NDWF组在1-2分钟HHb下降后回升（p<.026）。DWF组无显著时间变化。Delta值（6分钟-1分钟）显示HC对侧FPC-HbO高于DWF和NDWF组（p<.007）。

**3.4 背外侧前额叶皮层（DLPFC）**
HC双侧DLPFC在1分钟与2-5分钟间HHb下降（p<.005）；NDWF组同侧类似下降（p<.008）。DWF组无显著变化。

**3.5 前运动皮层（PMC）**
HC同侧PMC在1-2分钟HHb下降（p<.002），对侧在1-4分钟下降后6分钟HbO回升（p<.012）；NDWF组在1-2分钟HHb下降（p<.015）；DWF组在3-4分钟HbO低于HC（p<.025）。

**3.6 辅助运动区（SMA）**
统计显著但事后分析未支持。

**3.7 疲劳性指数与皮质活动变化的相关性**
MS组：DWI与对侧DLPFC-HHb正相关（rho=0.332，p=.032）；步速与对侧DLPFC-HbO（rho=0.329，p=.034）及同侧SMA-HbO（rho=0.340，p=.049）正相关；步态节奏与双侧SMA-HbO（rho=0.340–0.451，p<.05）及对侧DLPFC-HHb（rho=0.347，p=.024）正相关；步幅持续时间（最受影响侧）与对侧SMA-HbO负相关（rho=-0.430，p=.009）。HC组：步速与FPC-HbO正相关（r=0.429，p=.036），与对侧DLPFC、PMC、SMA、M1-HHb负相关（rho=-0.437~-0.506，p<.05）；步态节奏与同侧FPC-HbO正相关（r=0.500，p=.013）；足触地角度（最受影响侧）与对侧DLPFC、SMA、PMC-HHb负相关（rho=-0.496~-0.537，p<.05）。

**讨论与结论**
讨论部分指出，本研究首次实时监测6MWT期间皮质活动动态，发现HC和NDWF组能灵活调节FPC、DLPFC、PMC等区域活动以响应任务需求，而DWF组持续依赖前额叶（尤其是DLPFC和SMA），表现出更局限的皮质网络参与。相关分析显示，HC可通过更广泛的网络（包括M1、PMC、FPC）调节步速和步态质量，而MS患者仅依赖DLPFC和SMA，提示执行控制主导的步态模式。这种受限的皮质-步态偶联可能部分解释WF的发生。此外，FPC活动与步态变异性（步幅持续时间变异）正相关，表明过度皮质招募可能引入噪声，增加跌倒风险。研究结论翻译如下：**6. 结论**
长时间步行（如6MWT）过程中步速和步态质量的下降，在一定程度上与测试末期神经资源招募能力相关。虽然HC调动更广泛的步行网络，但MS患者似乎受限，主要依赖DLPFC和SMA，表现出更偏向执行控制的步行模式。综合来看，MS患者的步行疲劳性可能由互补机制驱动：i) 6MWT末期神经资源招募的灵活性有限，以及ii) 皮质步行控制网络的参与减少。6MWT期间皮质活动的时间动态进一步揭示，第1、5和6分钟需要更大的皮质活动贡献（即执行性步态控制），而第2-4分钟呈现更稳定、更自动化的步态模式。这种向执行控制的转变在表现出距离步行疲劳性的MS患者中显著减弱。