下肢截肢后脑补偿的层级框架：基于DEFINE队列的横断面分析

《NeuroMarkers》：A proposed hierarchical framework of brain compensation following lower limb amputation: A cross-sectional analysis of the DEFINE (Deficit of Inhibition as a Marker of Neuroplasticity) cohort

　　

目的：下肢截肢导致感觉运动和认知情感功能发生深刻改变，促使机体需要适应性神经可塑性以维持生活质量。然而，大脑的结构性代偿能力以及限制或支持这一过程的因素仍知之甚少。本研究旨在探讨下肢截肢患者区域脑体积与功能、感觉、心理和生活方式变量之间的关联，并在此基础上提出一个产生假设的脑代偿层级框架，以指导未来研究。

方法：本横断面分析纳入来自“抑制缺陷作为神经可塑性标志物”（Deficit of Inhibition as a Marker of Neuroplasticity, DEFINE）队列的14名参与者，他们在基线时接受了高分辨率结构磁共振成像和临床评估。脑体积使用基于人工智能的形态测量平台（NeuroQuant?）进行分析。研究人员评估了功能性活动能力、疼痛调节、认知表现、心理症状和生活方式危险因素，并进行了相关分析，以探索这些变量与皮质和皮质下区域脑体积之间的关系。

结果：较高的活动能力与尾状核和额下回体积增大显著相关。触觉敏感性降低和疼痛抑制减弱与初级运动皮层、腹侧间脑和脑干体积减少相关。疼痛灾难化和酒精使用与丘脑和眶额叶体积减少相关。相反，更好的认知表现与内嗅皮层和扣带皮层体积保留相关。值得注意的是，吸烟和体重指数（body mass index, BMI）与感觉运动和疼痛调节区域的广泛体积减少相关。

结论：研究结果提示，年龄、生活方式和心理负担等因素可能与截肢后脑适应相关，并支持需开展进一步纵向研究来阐明这些关系。

下肢截肢后脑补偿的层级框架：基于DEFINE队列的横断面分析

下肢截肢是对感觉运动系统的严重破坏，常导致运动控制、疼痛加工及认知-情绪适应方面的显著挑战。尽管截肢者之间的功能结局差异很大，但许多人仍能表现出明显恢复，这被越来越多地归因于大脑的神经可塑性（neuroplasticity）代偿能力。然而，支持这一适应的具体神经回路，以及可能限制或促进该过程的结构性、生活方式相关因素，目前仍不完全清楚。现有神经影像学研究多聚焦于孤立机制，如皮层重映射或丘脑连接性改变，缺乏系统层面的整合框架。为此，本研究基于“抑制缺陷作为神经可塑性标志物”（Deficit of Inhibition as a Marker of Neuroplasticity, DEFINE）队列的基线横断面数据，旨在探讨下肢截肢患者区域脑体积与功能、感觉、心理及生活方式变量之间的关联，并提出一个可检验的层级式脑代偿框架，以指导未来研究。

研究人员纳入了14名来自DEFINE队列的下肢截肢患者，所有参与者均接受了高分辨率结构磁共振成像和临床评估。通过相关分析，研究发现：较高的活动能力与尾状核和额下回体积增大显著相关；触觉敏感性降低和疼痛抑制减弱与初级运动皮层、腹侧间脑和脑干体积减少相关；疼痛灾难化和酒精使用与丘脑和眶额体积减少相关；而更好的认知表现与内嗅皮层和扣带皮层体积保留相关；吸烟和体重指数（body mass index, BMI）则与感觉运动和疼痛调节区域的广泛体积减少相关。这些结果提示，年龄、生活方式和心理负担可能与截肢后脑适应有关，并支持开展纵向研究的必要性。该研究的主要意义在于首次尝试在截肢人群中构建层级式脑代偿模型，将初级运动-感觉回路、认知-情感调节回路和内侧颞叶整合节点整合为一个系统框架，为神经康复干预提供了潜在的靶点。

本研究为横断面分析，受试者来自巴西圣保罗大学医学院物理医学与康复研究所（Instituto de Medicina Física e Reabilita??o, IMREA）常规康复项目，共14例下肢截肢者，使用基线数据。影像采集采用3-Tesla西门子MAGNETOM Prisma扫描仪的高分辨率T₁加权序列。脑体积分析使用基于人工智能的形态测量平台NeuroQuant?（Cortechs.ai），该平台结合机器学习与深度学习技术自动分割并量化脑结构。功能评估包括蒙特利尔认知评估（MoCA）、截肢者活动能力预测器（AMP）、弥漫性有害抑制控制（DNIC）测试、单丝触觉测试、Epworth嗜睡量表（Epworth）、疼痛灾难化量表（PCS）以及医院焦虑抑郁量表（HAD-A和HAD-D）。统计分析主要采用Pearson相关分析，强调效应量大小（r>0.35视为中等至强相关），未进行多重比较校正，符合探索性设计。

3.1 下肢截肢患者的人口统计学特征：该队列以男性为主（79%），平均年龄59±11岁，平均BMI为25.80±3.74 kg/m²。多为经股（膝上）截肢（69%），主要病因为血管/代谢原因（62%）。3.2 人口统计学特征与区域脑体积的关系：年龄与腹侧间脑（r=-0.80）和海马（r=-0.70）体积显著负相关；酒精使用与外侧眶额皮层体积显著负相关（r=-0.71）；截肢侧与上顶叶和缘上回体积负相关；白种人身份与丘脑和基底节体积较大相关。3.3 活动能力和功能结局与区域脑体积的关系：更高的AMP分数与尾状核体积（r=0.65）和额下回体积（r=0.58）显著正相关。3.4 认知表现与区域脑体积的关系：MoCA分数与内嗅皮层（r=0.49）、小脑灰质（r=0.44）、海马旁区（r=0.44）和扣带皮层（r=0.41）呈中等正相关（未达显著）。3.5 条件性疼痛调节与区域脑体积的关系：左侧DNIC与初级运动皮层体积显著负相关（r=-0.57），与杏仁核、腹侧间脑呈中等负相关，与尾侧前扣带皮层中等正相关。3.6 感觉阈值与区域脑体积的关系：右足单丝测试阈值与脑干（r=-0.97）、腹侧间脑（r=-0.96）和初级运动皮层（r=-0.93）体积