《Journal of Neuroscience Research》：Resting-State Brain Entropy Reveals Altered Neural Dynamics and Cognitive Associations in Mild Traumatic Brain Injury: A Longitudinal Study
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轻度创伤性脑损伤（mTBI）伴随持续性躯体、认知及情绪症状，但恢复过程中功能性脑改变尚未被充分理解。本研究在mTBI后第一年开展纵向研究，考察静息态功能磁共振成像（rs-fMRI）衍生的静息态自发BOLD活动不规则性或复杂性指标——脑熵（BEN）。研究纳入48
轻度创伤性脑损伤（mTBI）伴随持续性躯体、认知及情绪症状，但恢复过程中功能性脑改变尚未被充分理解。本研究在mTBI后第一年开展纵向研究，考察静息态功能磁共振成像（rs-fMRI）衍生的静息态自发BOLD活动不规则性或复杂性指标——脑熵（BEN）。研究纳入48例mTBI患者在急性期为伤后<14天、伤后6个月及12个月三个时间点采集rs-fMRI数据，并以34名健康对照（HCs）为参照。BEN采用样本熵（SampEn）量化。mTBI患者同时接受生活质量与认知功能行为评估。行为评估显示患者报告的生活质量与客观认知表现逐步改善。横断面分析揭示BEN呈动态、时间依赖性改变：相较HCs，mTBI患者在急性期与6个月阶段于楔前叶、颞叶、枕叶及感觉运动区呈现更高BEN，而在12个月随访时感觉运动、枕叶及额顶叶区域BEN降低。纵向分析显示BEN随时间的区域渐进性下降。区域BEN纵向变化与认知表现的若干关联在楔前叶等区达到名义显著，但未通过多重比较校正。结果表明mTBI恢复伴随静息态BOLD不规则性的动态、区域特异性改变，BEN有望作为追踪mTBI恢复中演化神经动力学的影像生物标志物。
研究背景与立项依据
轻度创伤性脑损伤（mTBI）占所有创伤性脑损伤70%–90%，虽冠以“轻度”，仍可导致高达30%患者遗留躯体、认知与情绪障碍。既往rs-fMRI研究多聚焦大规模网络（默认模式网络、执行控制网络、显著性网络）连接与拓扑改变，但难以刻画自发神经活动的不规则性与信息处理的动态演化。脑熵（BEN）作为rs-fMRI衍生指标，以样本熵（SampEn）量化BOLD时序复杂度，反映神经动力学灵活性与状态转换能力；在衰老、阿尔茨海默病、抑郁、精神分裂症等场景中BEN改变已被报道，但在mTBI纵向恢复中的演化规律尚属空白。鉴于mTBI功能恢复多发生于伤后第一年这一关键窗口，研究人员开展此项纵向神经影像—行为联合研究，旨在明确BEN是否可捕捉恢复期演化神经动力学并作为无创影像生物标志物。
主要技术方法与队列
研究人员于马里兰大学巴尔的摩分校机构审查委员会获批后，从R Adams Cowley休克创伤中心招募18–60岁、伤后24小时内入院、格拉斯哥昏迷量表（GCS）13–15且满足头颅CT阳性或意识障碍/遗忘/面颅创伤者48例mTBI；健康对照（HCs）34名来自社区。mTBI组在伤后<14天、≈6个月、≈12个月行3.0 T Siemens Prisma扫描（TR=943 ms，TE=30 ms，多带加速4，体素3×3×3 mm3，500卷）及T1-MPRAGE；HCs单次扫描。rs-fMRI经CONN工具箱预处理（重对齐、切片定时、aCompCor去噪、Friston 24参数运动模型、0.01–0.1 Hz带通），以BENtbx计算体素级SampEn（m=2，r=0.5×标准差）。行为学采用TBI生活质量问卷（TBI-QoL）与NIH Toolbox认知电池（NIHTB-CB）。统计上横断面用SPM12两样本t检验（年龄性别协变量，体素p<0.005簇水平FDR p<0.05），纵向用配对t检验，脑—行为关联用偏Pearson相关接Benjamini–Hochberg FDR校正。
研究结果
3.1 人口学与临床：mTBI组48例、HCs 34例，年龄无差，性别与受教育年限有差；mTBI平均GCS 14.69±0.60，56.3%意识丧失，33.3%影像阳性。
3.2 行为评估：TBI-QoL显示急性期躯体功能、躯体症状、社会参与差于HCs（p<0.001/p=0.017/p<0.001），6个月仅躯体功能与社会参与留存差异（p=0.043），12个月全域无差；组内急性期至6、12个月躯体功能与社会参与显著改善（p<0.001）。NIHTB-CB显示急性期听觉词语学习、Flanker抑制控制、维度变更卡片分类及流体认知综合分低于HCs（p≤0.003），6个月同前并现图片词汇差（p=0.012），12个月仅维度变更卡片分类留存差异（p=0.013）；组内仅听觉词语学习急性至12月提升（p<0.001）。
3.3 组级BEN比较：横断面中急性期mTBI高于HCs于楔前叶/后扣带、右颞中回、右枕梭状回、右角回（DMN、颞联想、视觉、额顶网络）；6个月高BEN存于右枕梭状/舌回、右中央前回、右颞中回；12个月反向，mTBI低于HCs于右中央前回、右枕极、左楔叶、右后缘上回。纵向（n=30完成三时点）显示BEN全局递减：急性→6月降于右额中回、左颞平面、右中央前/后回；6→12月降于双侧距状/楔叶；急性→12月降于楔前叶、右后缘上回、右外侧枕回、右中央后回。
3.3.3 熵—认知关联：楔前叶BEN变化与列表排序工作记忆（6→12月ρ=-0.492）、Flanker（急性→12月ρ=0.407）、流体认知综合（ρ=0.396）等达未校正显著，但FDR后q>0.05，仅作假设生成。
讨论浓缩
研究人员指出，mTBI恢复非静态异常而是时序复杂度演化：急性期DMN/颞叶高熵或系损伤后神经噪声与代偿重组，12月感觉运动/视觉低熵或示网络巩固与效率提升。行为上生活质量与多数认知缺陷一年内回归常态，但执行功能中维度变更卡片分类恢复滞后。BEN动态轨迹与行为改善并行，虽脑—行为相关未过多重校正，楔前叶枢纽角色仍支持DMN参与高阶认知恢复。局限性为样本偏小、HCs行为亚样本少、无独立验证队列、种族分布不均。
结论翻译
本纵向研究在mTBI伤后第一年提供神经—行为综合刻画：患者至12个月客观认知与部分生活质量显著改善，伴BEN时间依赖改变（早期相对高变异性过渡至后期相对低变异性）。探索性分析提示区域BEN纵向变化与认知恢复潜在关联。综上，脑熵可作为追踪mTBI恢复中演化神经动力学的有望影像生物标志物。
（该文发表于《Journal of Neuroscience Research》）
