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成人烟雾病患者静息状态执行控制

  在成人烟雾病中尚未报道静息时脑内连接网络内的异常局部连接。研究人员的目的是检查执行功能障碍患者的执行控制,默认模式和显着性网络的区域同质性,以探索潜在的机制。招募了多名患有烟雾病的成年患者和多名正常对照受试者。通过和记忆和执行筛选的执行子测试来评估执行功能。与正常对照相比,病例组区域同质性主要表现为额叶和顶叶回,仅在左颞中回增加。随后的脑内连接网络分析表明,与正常对照相比,烟雾病患者左侧前外侧皮质和左顶叶下顶的区域同质性显着降低;正确的执行控制的左顶叶下顶,优势额回和前外侧皮质;默认模式右侧前躯,左侧内侧额上回和右侧内侧眶额回;以及显着性网络的左中额叶回和右补充运动区。当提到铃木的阶段分类时,在所有检查的脑内连接网络中观察到区域同质性随疾病严重程度降低的趋势,但只有双侧执行控制达到统计学显着性。最后,只有双边执行控制表现出平均区域同质性值与执行绩效的显着相关性。研究人员的结果为成人烟雾病的病理生理学提供了新的见解。大量神经心理学研究已经解决了患有烟雾病的成年患者的血管性认知障碍问题。血管性认知障碍是一种以亚临床脑血管缺陷或临床卒中和神经认知障碍为特征的综合征,影响执行功能注意力,记忆,语言和视觉空间功能的至少一个认知领域。在成人烟雾病中,执行功能被认为主要受损,但潜在的神经机制仍然未知。
   神经影像学研究表明,内在连接网络在认知处理中发挥着重要作用,如双边执行控制网络,默认模式网络和显着性网络。虽然最近的文章已经注意到这些谘询网络正常执行控制性能的贡献,在执行缺陷的异常功能活动仍不清楚,尤其是在成人烟雾病。可以通过静息状态功能磁共振成像呈现脑的神经元基线活动。在先前的研究中,研究人员初步证明成年烟雾病表现出低频率波动的幅度的特定的功能性图案,该图案改变以下认知障碍。然而,对于具有执行功能障碍的成人烟雾病,静息状态脑内连接网络内的异常局部连接知之甚少。局部一致性是开发来分析自发血氧水平依赖性功能磁共振成像信号。因此,基于研究人员现有的工作,本研究的目的是分析静息状态脑内连接网络内的区域同质性,并进一步了解成人烟雾病的病理生理变化。
  多名成人烟雾病患者连续入组。纳入标准包括年龄在几岁之间,通过数字减影血管造影确诊在大脑皮质,基底神经节,脑干或小脑中未观察到异常,但小幅度的高信号既不大于图像上最大尺寸任意截止值,也不大于脑皮质下白质中的囊肿。参与没有近期或远端脑出血的证据;招募前无手术干预;身体上能够进行认知测试。患有严重神经系统疾病或精神疾病的患者,可能会损害认知,或与其他脑血管疾病,严重的全身性疾病以及服用苯二氮卓类药物氯硝西泮等药物的患者被排除在外。病例组的血管造影分期基于已公布的铃木阶段分类指南:缩窄颈内动脉顶点;二,启动烟熏菌;三,进步颈内动脉随着烟雾病的增加而狭窄的狭窄;四,颈外动脉侧支循环的发展;五,颈外动脉侧支的强化和烟雾状络脉的减少;颈内动脉的闭塞与烟雾状络脉的消失。在正常对照组中招募了二十四名没有记忆症,精神疾病,任何脑血管疾病的健康年轻受试者。病例和正常对照组在年龄,性别,教育背景和优势手上相匹配。由训练有素的神经心理学家向受试者提供一系列神经心理学测试,他们不知道患者的诊断或研究目的。在这些测试中,迷你精神状态检查的总分为全局认知,足迹测试部分执行分测验的总和为执行功能。使用特斯拉术中磁共振成像系统扫描参与者。使用梯度回波平面成像,时间重复/时间回波获得静止状态静息状态功能磁共振成像数据;视场;矩阵大小;切片厚度几毫米。扫描持续约多分钟。采用快速损坏的梯度调用回波反演恢复序列采集结构图像:轴截面,时间重复/时间回波,反转时间,翻转角,切片间空间,视场,采集矩阵。
   使用包进行数据预处理。由于初始磁共振成像信号的不稳定性,丢弃了前几个体积。剩余的多个体积用切片定时校正和切片重新校准进行头部运动校正。使用最小二乘最小化重新调整功能体积,而不对旋转历史进行高阶校正,然后将其标准化为蒙特利尔神经学研究所模板。将图像翘曲成各向同性体素,然后在半最大高斯核处用全宽度平滑。接下来,研究人员通过使用静息状态功能磁共振成像数据分析工具包对每个体素的时间序列进行线性趋势减法和时间滤波,以减少高频噪声和低频漂移的影响。基于区域的均匀性的假设,一致性值的系数获得通过来计算时间序列的给定体素的相似性到其最近点相邻的体素的功能性簇内。随后,以体素方式生成单独的区域同质性图,并通过减去从整个脑获得的平均区域同质性并除以标准偏差来标准化为。最后,使用高斯滤波器对区域同质性图进行空间平滑,并将其标准化为标准模板。为了产生进一步使用的掩模,单样本检验主要在每个受试者的区域同质性图上针对病例和正常对照组以整体大脑中的体素方式进行。然后,进行双样本检验以检查生成的掩模内的组间区域同质性差异。随后,使用工具箱进行独立成分分析以检索静止状态脑内连接网络,然后根据公开可用的脑内连接网络图谱识别执行控制,默认模式和显着性网络。在每个参与者中提取脑内连接网络的基于体素的区域同质性之后,使用独立样本检验在病例组和正常对照组之间比较数据。此外,为了确定脑内连接网络变化与疾病严重程度之间的关系,研究人员根据基于分类的烟雾病阶段进一步细分病例组,计算每种情况下脑内连接网络的平均区域同质性,并在不同亚组之间进行比较。最后相关系数计算在脑内连接网络的平均区域同质性和病例组的神经心理学测试之间。在校正的时设定显着阈值。
   导致该研究入组的初步临床表现是多名患者的短暂性脑缺血发作;几例患者轻微中风,无明显斑块;几例患者头痛。出现症状的主要是运动和感觉缺陷;其他症状包括言语缓慢,晕厥和精神减慢。根据铃木的阶段分类,几例为二期,多例为三期,几例为四期,其余几例为分期五.病例和正常对照组在年龄,性别分布和教育水平方面没有显着差异。正如预期的那样,病例组在简易精神状态检查中的得分显着低于正常对照组。关于执行功能,在时间消耗和记忆和执行筛选得分的总和中,病例组的表现比正常对照组差。这两个测试相关性很好。值得注意的是,本研究中有几名患者由于文盲无法完成。使用检验,在铃木分类的不同阶段的患者中比较这几个测试的得分。结果表明,与烟雾病的阶段的推进,患者在所有几次测试中表现更差。显示了病例和正常对照组之间的全脑区域同质性差异。与正常对照组相比,病例组左侧背外侧前额叶皮层,右侧内侧额上回,右侧内侧眶额回,左侧顶叶回,右侧额上回的区域同质性显着降低,右侧补充运动区。此外,在左中颞回中注意到显着增加区域同质性。列出了详细的区域清单。两组间静息时双侧执行控制,默认模式和显着性网络的基于体素的区域同质性差异。与正常对照相比,病例组在左侧执行控制的前外侧皮质和左顶叶下顶中显示出显着降低的区域同质性,右侧执行控制的左顶叶下顶,右侧额上回和前外侧皮质,右侧前躯,左侧内侧额上回,右侧内侧眶额回,如同以及显着性网络的左中额叶回和右补充运动区。
   迄今为止,只有少数已发表的研究关注成人烟雾病中执行功能的异常功能连接。通过使用区域同质性分析,本研究揭示了成年烟雾病患者自发性神经元活动的连贯性普遍降低。当提及双侧执行控制,默认模式和显着性网络的静息状态脑内连接网络时,显示出统计学上显着的区域同质性降低的大多数区域属于这些脑内连接网络。此外,区域同质性降低的趋势与所有这些脑内连接网络中的疾病严重程度一致,但只有双侧执行控制达到统计学显着性。最后,只有双侧执行控制与执行功能的神经心理学测试显示出显着的相关性。最近使用基于模型和无模型方法的研究表明,执行控制的功能网络,也称为额顶网络,主要涉及前外侧皮质,中额回右侧额上回和后顶叶回。此外,默认模式的关键节点主要包括前躯后扣带皮层,内侧前额回,角回和内侧颞回。此外,显着性网络主要位于腹外侧前额叶皮质,前岛叶和前扣带皮层。基于独立成分分析,研究人员的结果表明,显示出显着区域同质性差异的大多数区域属于这些脑内连接网络,这意味着执行控制,默认模式和显着性网络可能是成年烟雾病中恶化的关键脑内连接网络。血液动力学分析显示,脑血流中的慢性缺乏在病因学上诱导成人烟雾病的执行性能受损,还表明烟雾病患者表现出区域特异性灌注模式,包括相对中心的灌注保留。在四个脑内连接网络中,双侧执行控制相对远离脑中央区域,并且仅发现双侧执行控制显示出具有疾病严重性的连贯神经元信号的显着减少。这些结果以及患者在所有四种脑内连接网络中表现出广泛的区域同质性降低的结果,表明血液动力学缺陷与异常执行控制,默认模式和显着性网络之间存在明显的联系,并且表明双侧执行控制主要随着疾病进展而恶化。
  通过评估每个脑内连接网络内部和之间的功能交互,先前的研究发现执行控制和默认模式在任务执行期间以竞争关系运行,并且执行控制抑制默认模式从内部无关思想重新分配认知资源并关注目标导向任务。此外,报告当认知负荷增加时,功能连接在默认模式内降低,而在执行控制内增加,并且显着性网络与两个脑内连接网络连接更多以将资源分配给最稳定的显着事件。然而,迄今为止发表的大多数研究都是基于健康参与者;因此,目前尚不清楚这些脑内连接网络如何在功能上相互作用。本研究检查了成年烟雾病患者,并显示所有这些脑内连接网络表现出自发神经元活动的区域连贯性降低。此外,研究人员观察到只有双边执行控制表现出区域同质性与执行控制绩效的显着正相关。因此,研究人员认为潜在的神经机制可能涉及两个因素:脑内连接网络的直接损伤,特别是由慢性缺血引起的双侧执行控制,首先,该研究是横截面的,样本量很小;因此,研究人员无法根据执行功能障碍细分患者,并进一步检测成人烟雾病进展的神经认知恶化。研究人员不能排除随着成年烟雾病进展的可能性,这些脑内连接网络中的节点的区域同质性值可能会改变,即使是相反的方式。此外,只有就名患者包括五期亚组。因此,当研究人员测试亚组之间的差异时,统计功效的强度受到影响。显然,需要进一步研究更大的样本量。其次,目前的网络研究是基于独立成分分析的静止状态体素观察,并与公众可用的一组感兴趣区域一起确定。由于脑内连接网络内相互作用的潜在机制尚不清楚,因此成人烟雾病患者需要基于区域方法的任务相关调查。本研究表明静息状态脑内连接网络中的成像烟雾病伴有执行功能障碍的异常局部连通性。需要进一步调查以更好地了解成人烟雾病的病理生理变化。

 
烟雾病简介
   烟雾病是一种病因不明、以双侧颈内动脉末端及大脑前动脉、大脑中动脉起始部慢性进行性狭窄或闭塞为特征,并继发颅底异常血管网形成的一种脑血管疾病。由于这种颅底异常血管网在脑血管造影图像上形似“烟雾”,故称为“烟雾病”。
   烟雾状血管是扩张的穿通动脉,起着侧支循环的代偿作用。患者的临床表现复杂多样,包括认知功能障碍、癫痫、不随意运动或头痛,其中最常见的是脑缺血,可表现为短暂性脑缺血发作、可逆性缺血性神经功能障碍或脑梗死,其中TIA常由情绪紧张、哭泣、剧烈运动或进食热辣食物等诱发。
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首都医科大学附属北京天坛医院
复旦大学附属上海华山医院
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