邵輝麗，杜小霞

1 靜息態(tài)默認腦功能網(wǎng)絡(luò)

基于血氧水平依賴(blood oxygen level dependent,BOLD)效應(yīng)的功能磁共振成像(fMRI)已廣泛應(yīng)用于腦神經(jīng)科學(xué)、認知和心理等方面的臨床和基礎(chǔ)研究中。

功能連接定義為兩個空間上遠離的腦區(qū)之間的時域相關(guān)性,空間上分離的腦區(qū)，在神經(jīng)生理活動過程中，如果區(qū)域之間的信號波動表現(xiàn)出高度的時間一致性，那么可以認為這些區(qū)域組成了一個緊密相關(guān)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。選擇腦區(qū)中的一個或若干個體素作為“種子點”，將該種子區(qū)與相應(yīng)全腦做相關(guān)分析，當某些腦區(qū)與“種子點”腦區(qū)顯示出高度時域相關(guān)性時，那么可以認為這些腦區(qū)與“種子點”共同構(gòu)成了一個與大腦某種功能相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)。

在Shulman[1]和Mazoyer[2]等研究的基礎(chǔ)上，Raichle[3]提出了靜息態(tài)默認腦活動網(wǎng)絡(luò)假說：大腦某些功能腦區(qū)在無任務(wù)的清醒，即所謂的靜息狀態(tài)下就存在比較強的活動，對于不同的任務(wù)或刺激，這些特定腦區(qū)出現(xiàn)了一致性的衰減，它們共同組成了一個特定的功能性神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，靜息態(tài)默認腦活動網(wǎng)絡(luò)。靜息狀態(tài)下的默認腦網(wǎng)絡(luò)可能與人腦的意識，記憶等高級功能有密切的關(guān)系。默認網(wǎng)絡(luò)被認為是一個高度有序的功能網(wǎng)絡(luò)，在被動休息時激活，在一些認知任務(wù)時去激活。最近研究發(fā)現(xiàn)：默認腦網(wǎng)絡(luò)作為一個內(nèi)在的注意網(wǎng)絡(luò)參與陳述性記憶功能[4]。眾多的研究一致認為：內(nèi)前額葉皮層的背側(cè)和腹側(cè)，楔前葉/后扣帶皮層(precuneus/posterior cingulated cortex，pC/pCC)，側(cè)頂葉，顳葉皮層和內(nèi)側(cè)顳葉共同組成了默認功能網(wǎng)絡(luò)[5]。

2 靜息態(tài)網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵節(jié)點pC/pCC

大腦是生物體內(nèi)結(jié)構(gòu)和功能最復(fù)雜的器官，是精巧和完善的信息處理系統(tǒng)，是由軸突相連結(jié)的神經(jīng)細胞網(wǎng)絡(luò)，而細胞本身，又是由生化反應(yīng)相連結(jié)的分子網(wǎng)絡(luò)，所以，大腦是一個解剖上極為復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)。目前采用復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)對靜息態(tài)腦活動的研究表明靜息態(tài)腦功能網(wǎng)絡(luò)具有無標度特性和小世界網(wǎng)絡(luò)(small world network)拓撲性質(zhì)，是一個無尺度網(wǎng)絡(luò)(scale-free network)，該網(wǎng)絡(luò)具有相對較高的簇系數(shù)(cluster coeffi cient)和較小的路徑長度(path length)[6]。靜息態(tài)默認腦網(wǎng)絡(luò)(default mode network,DMN)中各個腦區(qū)作用大小并不相同，通過對腦內(nèi)體素及腦區(qū)按度值和介數(shù)值排序，發(fā)現(xiàn)pC/pCC 都占比較大的比例。對該網(wǎng)絡(luò)作進一步統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)[7]：度值(degree)最大的10個節(jié)點中有6個位于扣帶回/楔前葉；介數(shù)值(betweenness)最大的10個節(jié)點中有4個位于扣帶回/楔前葉。由此我們可以推測pC/pCC在DMN網(wǎng)絡(luò)中扮演了重要角色，是靜息狀態(tài)下大腦活動的關(guān)鍵性區(qū)域[7]。

任務(wù)驅(qū)動神經(jīng)影像研究和DMN結(jié)構(gòu)功能分析表明默認功能網(wǎng)絡(luò)可以分為兩個相互作用的子系統(tǒng)[5]。內(nèi)在精神活動需要一個神經(jīng)平臺，而這個平臺需要這兩個子系統(tǒng)之間的相互作用[5]。內(nèi)側(cè)顳葉子系統(tǒng)根據(jù)已往經(jīng)歷以記憶和聯(lián)想的形式提供信息，這些記憶和聯(lián)想是構(gòu)建心理模擬活動的基本模塊。內(nèi)側(cè)前額葉皮層子系統(tǒng)在構(gòu)建“自我相關(guān)”的心理模擬過程中則使得這些信息的運用變得更加靈活。這兩個子系統(tǒng)集中在pC/pCC這個靜息態(tài)默認網(wǎng)絡(luò)中關(guān)鍵“中心”(Hub)附近[5]。Fransson[8]等利用偏相關(guān)分析方法(partial correlation analysis)研究結(jié)果指出pC/pCC可能是靜息態(tài)默認網(wǎng)絡(luò)中惟一與其他節(jié)點直接相互作用的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點。

在靜息狀態(tài)時，pC/pCC在調(diào)節(jié)默認網(wǎng)絡(luò)內(nèi)在活動中起重要作用，這與其在靜息態(tài)“自參考”相關(guān)的內(nèi)在思考過程中維持自我意識功能是一致的。另一方面在任務(wù)時，“自參考”心理思考任務(wù)典型地激活DMN的前部和pC/pCC[9]。許多早期影像研究證明pC/pCC參與各種涉及自我處理相關(guān)的各種認知活動。從代謝和生理機制角度來看，pC/pCC也被證明在DMN中起重要作用。如PET研究證明pC/pCC靜息態(tài)時代謝活動比其他腦區(qū)要高[10]。pC/pCC節(jié)點和DMN中其他結(jié)點間的廣泛聯(lián)系和強互連性使pC/pCC扮演了兩個子系統(tǒng)信息傳輸“樞紐站”的角色[9]。利用偏相關(guān)分析方法發(fā)現(xiàn)：pC/pCC、內(nèi)側(cè)前額葉(medial prefrontal cortex，MPFC)、兩側(cè)右下頂葉一起構(gòu)成了DMN網(wǎng)絡(luò)的“核心”，這些核心腦區(qū)之間有強的相關(guān)性，而與DMN網(wǎng)絡(luò)中的其他腦區(qū)間的相關(guān)性相對來說顯得稍弱多，比如與顳葉皮層和內(nèi)側(cè)顳葉間相關(guān)性較弱[5]。

研究表明,后扣帶回皮層和鄰近的楔前葉負責(zé)不斷地從我們自身和周圍世界收集信息，并自動地對這些信息進行分配。在靜息狀態(tài)下，楔前葉和扣帶皮層都是腦區(qū)代謝活動最大的腦區(qū)之一。楔前葉后部區(qū)域還與有意識的短時記憶回想有關(guān)[11]。中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)腦科學(xué)研究中心fMRI 研究結(jié)果證實[12]，至少有3 個重要的腦區(qū)：左外側(cè)前額葉皮層、扣帶回、枕內(nèi)皮層在工作記憶的注意轉(zhuǎn)移中起到了關(guān)鍵的作用。對動物的研究也指出后扣帶回,楔前葉對環(huán)境的定位起重要作用[13]。

3 多種疾病相關(guān)的默認功能網(wǎng)絡(luò)中pC/pCC與其他節(jié)點的異常連接

不同領(lǐng)域的研究發(fā)現(xiàn)，很多復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)擁有共同的重要特性：大部分節(jié)點只有少數(shù)幾個連結(jié)，而某些節(jié)點卻擁有與其他節(jié)點的大量連結(jié)。這些具有大量連結(jié)的節(jié)點稱為“集散節(jié)點”，其所擁有的連結(jié)可能高達數(shù)百、數(shù)千甚至數(shù)萬。很多網(wǎng)絡(luò)都是由少數(shù)一些具有眾多連結(jié)的節(jié)點所支配的，包括萬維網(wǎng)、細胞代謝系統(tǒng)，通常稱之為“無尺度”(scale free)網(wǎng)絡(luò)。與那些幾乎連結(jié)所有節(jié)點的集散節(jié)點相此，那些不重要的節(jié)點只擁有少量的連結(jié)，因而去除它們不會對網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)產(chǎn)生重大的影響。但是，對集散節(jié)點的依賴，也帶來了一個嚴重問題，只要去除少數(shù)幾個主要集散節(jié)點，就可導(dǎo)致整個網(wǎng)絡(luò)癱瘓。靜息狀態(tài)網(wǎng)絡(luò)是無尺度網(wǎng)絡(luò)，具有小世界特性，是否遵循同樣的運行規(guī)則？

從醫(yī)學(xué)角度來看，網(wǎng)絡(luò)異常和病理生理有關(guān)，DMN已成為表征和確定靜息態(tài)網(wǎng)絡(luò)活動異常的一個主要工具，有可能發(fā)展成為評價腦區(qū)不正常功能連接和某些神經(jīng)疾病的臨床前期診斷的一個生物學(xué)指標。pC/pCC節(jié)點功能異常可能導(dǎo)致某些生理病變：基于種子感興趣區(qū)關(guān)聯(lián)分析表明精神分裂癥患者pC/pCC內(nèi)在fMRI信號振蕩發(fā)生改變[14]。孤獨癥患者pC/pCC，MPFC和右下頂葉之間的內(nèi)在功能連接發(fā)生改變[15]。多動癥(attention-defi cit/hyperactivity disorder，ADHD)患者靜息態(tài)下pC/pCC內(nèi)在功能連接與正常對照組相比出現(xiàn)減弱[16]。有輕度遺忘傾向的患者靜息態(tài)默認功能網(wǎng)絡(luò)的功能連接和pC/pCC的區(qū)域同質(zhì)性出現(xiàn)衰減，這些患者后期可能面臨阿爾茨海默病(AD)的風(fēng)險[17]。早期的感覺動作處理任務(wù)研究發(fā)現(xiàn)：阿爾茨海默病患者與正常健康組相比，pCC和內(nèi)側(cè)顳葉等區(qū)域的靜息態(tài)活動明顯減少[18]。pCC在事件記憶回憶中起重要作用，這與pCC是阿爾茨海默病患者最早代謝減弱腦區(qū)的結(jié)論是一致的[19]。植物人的pCC與額葉前區(qū)的功能連接遭到破環(huán)[20]。最近我國的研究亦發(fā)現(xiàn)顳葉癲癇患者的pC/pCC無論是功能還是結(jié)構(gòu)的連接均顯著降低[21]。我國的科研工作者利用靜息態(tài)功能磁共振成像技術(shù)研究缺血性腦卒中患者康復(fù)治療前后運動功能網(wǎng)絡(luò)連接變化的特點，結(jié)果發(fā)現(xiàn)康復(fù)治療后左側(cè)和右側(cè)的運動皮層功能連接均降低，并且功能連接系數(shù)的降低與腦卒中患者上肢運動功能的改善相關(guān)[22]。

本文從復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)的角度入手，由統(tǒng)計結(jié)果可以得到楔前葉/后扣帶皮層是靜息狀態(tài)下默認網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵區(qū)域，是靜息態(tài)默認腦功能網(wǎng)絡(luò)中的重要集散節(jié)點。與2004年Greicius等利用感興趣區(qū)之間的相關(guān)性分析得到的結(jié)果具有一致性，即后扣帶回，額葉是大腦默認網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵區(qū)域[18,23]。目前的相關(guān)研究仍然面臨著困難和挑戰(zhàn)，大腦默認網(wǎng)絡(luò)中的關(guān)鍵區(qū)域與意識和認知功能的關(guān)系還不是很清楚；另外靜息態(tài)默認腦功能網(wǎng)絡(luò)的更確切的生理意義以及疾病狀態(tài)下異常網(wǎng)路與病理相關(guān)性需要進一步探索。

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