视神经脊髓炎（neuromyelitis optica，NMO)是一种主要累及视神经和脊髓的中枢神经系统特发性炎性脱髓鞘疾病^[1]，常以急性脊髓炎和／或视神经炎起病，呈进行性加重，复发率和致残率高。NMO最初被认为是仅累及视神经和脊髓的脱髓鞘疾病，随着对其发病机制的深入研究，越来越多证据表明NMO是一种针对水通道蛋白4 (aquaporin-4，AQP4）的自身免疫性星形胶质细胞病^[2,3]，可累及大脑半球，导致记忆力减退、信息处理速度下降、执行功能障碍等一系列认知障碍症状^[4,5,6]。随后，利用结构MRI(structure MRI，sMRI）及弥散张量成像（diffusion tensor imaging，DTI）方法的研究^[7,8,9]发现伴有认知功能障碍的NMO患者多个脑区灰质尤其是深部灰质核团体积明显萎缩、白质纤维束完整性受损、径向扩散率增大，这些研究均表明NMO患者存在广泛而隐匿的大脑损伤。基于体素的功能连接密度（functional connectivity density，FCD）计算是一种数据驱动方法，可以全面、客观地反映每个体素（节点）与其他所有体素（节点）平均功能连接强度，间接反映某一脑区在全脑功能网络中的作用和地位，是描述网络节点重要性的度量指标^[10]。笔者旨在期望从各脑区重要性改变的角度，探讨NMO患者肢体及认知功能障碍发生发展的病理生理机制。

1　材料与方法

1.1　研究对象

       搜集2014年12月至2016年12月期间就诊于重庆医科大学附属第一医院的23例NMO患者，其中男性2例，女性21例，年龄20~ 74岁，平均(40.1±12.73)岁，病程3~ 322个月，平均(84.45±82.1）个月，EDSS评分为1.5~ 5分，平均(2.74±1.65）分。同期招募20名（男性3名，女性17名）年龄、性别相匹配的健康志愿者，年龄21~ 67岁，平均（37.4±13.88）岁，作为对照。NMO患者纳入标准^[11]：(1)必要条件：以视神经炎和急性脊髓炎起病；(2）支持条件（至少满足两项）：头颅MRI表现不符合MS诊断标准；脊髓MRI长T2信号病灶连续达到3个或3个以上椎体节段；血清NMO-IgG阳性。排除标准：(1)既往有脑梗死、出血、外伤、肿瘤等疾病；(2)患有高血压、糖尿病、冠心病等；(3）有酗酒或药物滥用史。

       所有受试者均无MR检查禁忌证，均为右利手。检查前告知所有受试者研究目的及详细方法，所有受试者自愿参加并签署知情同意书；本研究经我院生物医学伦理委员会批准。

1.2　MRI数据采集

       利用Signa HDxt 3.0 T MRI扫描仪（美国GE公司），8通道头线圈及脊柱专用线圈分别采集头颅及脊髓MRI数据，扫描过程中受试者安静、清醒、闭目仰卧。扫描序列：(1)头颅MRI常规序列：轴位T1WI、T2WI、T2WI-FLAIR，层厚5.0 mm，层数20层；(2）静息态BOLD序列：GRE-EPI序列，TR 2000 ms，TE 30 ms，FA 90°，层厚3 mm，层间距1 mm，层数33，矩阵64 × 64，FOV 200 mm × 200 mm，240个时间点；(3）全脑高分辨率3D T1WI ：TR 8.3 ms，TE 3.3 ms，FA 12°，层厚1 mm，层间距0 mm，层数156，矩阵256 × 256，FOV 240 mm × 240 mm；(4）脊髓MRI常规序列：矢状位T1WI、T2WI、STIR，轴位T2WI。

1.3　MRI数据处理

       静息态BOLD数据采用DPARSFA (v2.3，http://www.restfmri.net)软件进行图像预处理，步骤如下^[12,13]：(1)去除前10时间点数据（排除受试者环境干扰的影响）、时间层及头动校正；(2)空间标准化，将数据转换到标准蒙特利尔神经学研究所(montreal neurological institute，MNI）空间，重采样为3 mm × 3 mm × 3 mm大小的体素；(3）选用0.01~ 0.08 Hz频率进行滤波，以去除高频噪声；(4）使用多元线性回归分析方法去除协变量，包括6个头动参数[排除3例NMO患者头动（平动> 2 mm和（或）转动>2° )，最后20例患者纳入统计]及全脑白质及脑脊液信号。

       利用DPARSFA软件中的degree centrality工具选项计算FCD值，相关系数r取值0.25，再利用SPM8软件对FCD值进行平滑，平滑核选择全宽半高（full width at half maximum，FWHM) 8 mm高斯平滑核，得到二值化平均FCD值用于进行统计分析。用xjview软件查看图像，提取差异脑区做为mask，用于事后比较。

1.4　统计学分析

       利用SPM8软件对两组分别行单样本t检验(P<0.05，FDR校正，体素>30)及双样本t检验(P<0.001，未校正，体素>30)，分析组间各脑区FCD值的变化。利用REST软件（v1.9, http: //www.restfmri.net）提取有组间差异脑区的FCD值，采用SPSS 20.0软件对有差异脑区FCD值与EDSS评分、病程行Pearson相关分析，以P<0.05为差异有统计学意义。

2　结果

2.1　组间比较连接密度差异脑区

       两组间比较分析显示，与健康对照组比较，NMO患者组FCD减弱的脑区包括双侧额叶(BA11)、左侧舌回、双侧小脑半球（方形小叶后部），FCD增加的脑区以左侧小脑半球（下半月小叶）为主（表1，图1)。

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图1  两组FCD有差异的脑区分布图(P<0.01，未校正，体素>30) NMO组FCD减弱的脑区包括双侧额叶(BA 11)、左侧舌回、双侧小脑半球（方形小叶后部），FCD增加的脑区以左侧小脑半球（下半月小叶）为主
图2  两组差异脑区FCD值与病程的相关性。左侧小脑半球（下半月小叶) FCD值与病程呈正相关(r= 0.6，P＝0.005)
Fig. 1  The FCD values difference between the NMO group and the control group (P<0.01, uncorrected, the cluster size was greater than 30 voxels) compared with the control group, patients with NMO showed significantly decreased FCD in the bilateral frontal lobe (BA 11), left lingual gyrus and bilateral cerebellum-6, increased FCD in the left cerebellum-crus. The color bar represents the t values.
Fig. 2  The correlations between the duration and FCD values. Significant correlation were found between the left cerebellum-crus FCD scores and duration in NMO patients (r=0.6, P=0.005).

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表1  NMO组FCD有明显差异的脑区
Tab. 1  Areas showing significantly changed FCD in NMO patients

2.2　FCD差异脑区与EDSS及病程的相关性

       提取有组间差异脑区的FCD值，与EDSS评分、病程分别进行相关性分析，发现NMO患者的病程与左侧小脑半球（下半月小叶) FCD值呈正相关(r=0.6，P=0.005) （图2)。

3　讨论

       NMO是一种主要由体液免疫介导的、侵犯视神经和脊髓为主的炎性脱髓鞘和坏死性疾病^[3]。随着水通道蛋白4 (aquaporin-4，AQP4）的发现，其特异性抗体的表达在视神经脊髓炎、复发性视神经炎（recurrent optic neuritis，RON)、纵向延伸横贯性脊髓炎(longitudinally extensive transverse myelitis lesions，LETM）及视神经脊髓型多发性硬化（optic spinal multiple sclerosis，OSMS）患者的脑脊液和血清中均可检测到。据此特点，Wingerchuk等^[14]将视神经脊髓炎和上述其他疾病合并统称为视神经脊髓炎谱系疾病(NMO spectrum disorders，NMOSDs)。NMO好发于中青年女性，平均发病年龄35~ 45岁，临床表现主要有视力下降及失明、脊髓病灶平面以下感觉运动功能障碍、自主神经功能紊乱等症状。越来越多的证据表明，NMO-IgG通过与星形细胞表面AQP4结合，引起补体依赖性细胞毒作用（complement dependent cytotoxicity，CDC)，导致白细胞浸润、血脑屏障破坏、细胞因子释放，进一步导致髓鞘丢失、少突胶质细胞和神经元凋亡，最终出现神经功能障碍^[15,16]。

       最近有研究利用独立成分分析的方法发现NMO患者静息状态下默认网络、额顶网络存在广泛的功能连接异常改变^[17]，但该方法只分析了大脑部分功能网络的变化，未能反映全脑的大尺度的功能网络连接改变情况。本研究采用的功能连接密度分析是近年提出的一种基于体素水平的功能连接新算法，与传统图论复杂网络分析不同，通过FCD值加权连接密度图方法，间接反映功能网络中某区域的作用和地位^[18,19,20]。

       本研究结果显示，与对照组相比，NMO组双侧额叶FCD减弱，而额叶BA 11区属于前额叶皮层的重要组成部分，与认知功能尤其是感觉、知觉等功能密切相关^[21]，该区域FCD减弱，推测可能与患者认知功能下降有关，与既往的研究发现NMO患者默认网络额叶功能连接下降相一致^[17]。舌回主要功能是参与视觉信息加工，左侧舌回FCD减低可能与患者视神经炎所致视力障碍有关^[22]，证明了舌回在视觉加工过程中的重要作用。

       与皮层功能枢纽区长程连接不同，皮层下功能枢纽以短程功能连接为主。Tomasi等^[23]发现小脑是皮层下主要功能枢纽之一，与视觉、边缘系统、运动皮层、岛叶及纹状体等存在广泛的功能连接，参与调节肌张力、维持身体姿势平衡，同时也参与某些高级认知活动。本研究结果显示，小脑半球既存在FCD增加的脑区（左侧下半月小叶），又存在FCD减低的脑区（双侧方形小叶后部），而其均属于新小脑的重要组成部分，与空间认知功能、情感及执行功能密切相关^[24]，增加与减低的脑区并存，推测可能有两种原因：一是脑区间的神经代偿作用，二是研究样本量不足所致的误差。另外，我们还发现NMO患者左侧小脑半球（下半月小叶) FCD值增加与病程呈正相关，患者总体病程较短且残疾程度较低，推测可能仍处于脑功能代偿范围内，尚未发展到严重失代偿阶段。

       本研究主要存在以下不足：FCD方法仅呈现了功能连接改变的区域，无法度量异常功能连接的路径及区域间功能连接的方向性；未能采集所有患者认知、记忆等评分，故未纳入统计资料，尚不能准确评价差异脑区FCD值与认知、记忆等功能的相互影响；样本量偏少。未来可继续搜集相关病例扩大样本量、联合扩散张量成像及各功能亚区结构成像等方法，探索功能连接改变的结构基础，进一步了解NMO随病程发生、发展的机制。

       总之，基于体素的FCD方法初步反映了NMO患者脑功能网络枢纽的分布，其异常FCD值区域在大脑及小脑功能网络内具有重要作用，这些区域可不同程度影响正常神经功能作用的发挥，且左侧小脑半球（下半月小叶) FCD值与病程相关，进一步证实了异常FCD值与临床症状存在相关性的假设。