神经根型颈椎病（cervical spondylotic radiculopathy，CSR)约占颈椎病的50%～70%，是以神经根受累并出现相应的神经支配区域功能障碍的一类临床综合征，发病率高^[1]。神经根支配区域的疼痛是CRS最常见的临床症状，其主要表现为颈肩部疼痛，若持续疼痛超过3 ～6个月，则可定义为慢性疼痛。痛觉由脑系统网络间协调活动产生，持续疼痛作为一种刺激可以影响脑网络的正常连接模式^[2]，从而造成疼痛患者脑功能紊乱，出现焦虑、抑郁等精神疾患，甚至发生认知水平下降，影响患者生活质量^[3]。

       目前多个研究指出不同慢性疼痛患者的静息状态网络（resting state network，RSN）中受慢性疼痛影响的主要网络是默认网络（default mode network，DMN)，多名学者使用fMRI研究报道了多种不同类型慢性疼痛中DMN功能连接的显著变化，表明慢性疼痛与DMN动态功能连接变化有关^[4]，且有学者提出DMN功能连接可作为慢性疼痛的一个潜在的神经影像学标记^[5]。立成分分析法（independent component analysis，ICA）基于数据本身特征从静息态脑网络中提取出默认网络，进而研究CRS慢性颈肩痛患者脑DMN的功能连接变化。

1　材料与方法

       扫描前确认受试者体内无金属留置物、心脏起搏器等MRI扫描禁忌证，与受试者沟通以取得其配合，受试者均签署知情同意书。受试者均是右利手，本研究获得湖北省宜昌市中心人民医院医学伦理委员会批准。

1.1　研究对象

1.1.1 　CRS慢性颈肩痛患者组

       CRS慢性颈肩痛患者组：收集本院符合标准的患者14例，纳入标准是：(1）经MRI诊断为神经根型颈椎病且引起颈肩部疼痛时间持续达3个月以上；(2)身体其他部位无急性以及慢性疼痛；(3)未进行过如针灸、手术等疼痛治疗。排除标准：(1)由肩关节疾患、颈肩部肌肉劳损或占位等其他原因引起的颈肩部慢性疼痛；(2)颅内以及椎管占位、影响认知的疾病及精神疾病等。

1.1.2　正常健康对照组

       正常健康对照组：共搜集15例健康志愿者。纳入标准：(1)既往体健，无颈椎间盘突出以及压迫神经根征象；(2）无肩关节疾患、头痛及颈肩痛等身体其他部位急性或慢性疼痛；(3）颅内无占位及影响认知功能的疾病及精神疾患。

1.2　数据采集

       采用荷兰Philips公司Ingenia 3.0 T双射频源超导MR扫描受试者。数据采集包括颅脑常规MRI、高分辨率3D-T1结构像及fMRI扫描。扫描前嘱受试者放松，平卧于检查床保持不动并固定其头部，带耳机减小噪音干扰，嘱其保持清醒且尽量不做任何思考。

       fMRI采用的是梯度回波-平面回波成像（GRE-EPI)序列：TR 35 ms，TR 2000 ms，翻转角80° ，视野240 mm×240 mm，矩阵64×64，体素大小3 mm× 3 mm×4 mm，层厚4 mm，共35层，230个时间点的数据。颅脑高分辨率3D-T1结构像采用的是3D快速场回波(FFE)序列：TE 4.6 ms，TR 9.8 ms，翻转角为20° ，视野256 mm×256 mm，矩阵256×256，体素大小1 mm× 1 mm×1 mm，层厚1 mm，共170层。

1.3　数据处理

1.3.1　数据预处理

       调用Dpabi (http://www.rfmri.org/DPABISurf)软件工具包对fMRI数据进行预处理，预处理步骤包括：将原始文件转换为NIFTI格式，去除时间点（前20个），时间层面校正，头动矫正（排除水平移动>2 mm及旋转移动>2°的受试者），空间配准以及空间平滑(FWHM ；4 mm×4 mm×4 mm)。

1.3.2　独立成分分析分离及识别默认网络

       使用GIFT软件（http://icatb.sourceforge.net/）中的infomax算法对29名受试者进行组空间ICA，独立成分的个数由软件包采用最小描述长度法（minimum description length，MDL）估计为38个，为避免受试者顺序及随机性对ICA结果的影响，使用RandInit和Bootstrap方式重复运算100次，默认网络模板选取GIFT软件自带模板，进行空间ICA分析得到与默认网络模板最匹配的成分为默认网络。然后计算每个受试者的成分和相应的时间过程（反向重建）并转换为z分数进行统计分析，将两组数据进行组内及组间t检验，以P<0.01有统计学意义。

1.4　统计分析

1.4.1　一般临床资料统计分析

       用spss 13.0对年龄、性别以及受教育程度进行统计分析，对年龄和受教育程度两因素进行独立样本t检验，对性别因素进行χ²检验。

1.4.2　默认网络统计分析

       默认网络组间统计分析：采用rs-fMRI数据分析工具箱（resting-state fMRI data-analysis tooklist，REST）依次对颈肩痛慢性疼痛组及正常对照组完成组内单样本t检验统计分析，组间进行双样本t检验统计分析。比较结果使用Alphasim进行簇校正，P值取0.01作为组间比较具有显著统计学差异的检验标准。

1.4.3　相关性分析

       组间默认网络统计分析后，提取有显著统计学差异的脑区，计算其功能连接均值与患者VAS评分做相关性分析。

2　结果

2.1　临床资料统计分析结果

       正常对照组与CRS慢性颈肩痛组比较，年龄(P=0.30)、性别(P=0.59）及受教育程度(P=0.60）均无统计学意义（表1)。

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表1  神经根型颈椎病慢性颈肩痛组与健康对照组人口学特征分析结果
Tab. 1  Demographic characteristics of CNSP-CSR patients and healthy controls

2.2 　ICA提取默认网络结果

       利用ICA提取的38个成分中，识别符合默认网络频带分布且与默认网络脑区分布相符的成分作为默认网络。默认网络包含的脑区包括内侧前额叶皮质、后扣带回／楔前叶、顶下小叶、海马、角回、外侧颞叶等。

2.3　默认网络组间功能连接分析结果

       与正常组对比，神经根型颈椎病慢性颈肩痛患者丘脑、海马、基底核、左侧颞中回及楔前叶的功能连接强度减低，右侧颞上回功能连接增强（表2)，如图1所示(P<0.01，AlphaSim校正，Cluster size≥18)。

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图1  CRS慢性颈肩痛组与正常对照组功能连接双样本t检验结果图(P<0.01，AlphaSim矫正，Cluster size≥18)，蓝色区域显示组间对比功能连接减低的脑区，红色至黄色区域显示组间对比功能连接强度增高的脑区。颜色代表t值的正负，红色代表t值是正值，蓝色代表t值是负值
Fig. 1  Two-sample t-test results of the functional connection between CSR patients with chronic neck and shoulder pain and the control group (P<0.01, AlphaSim correction, cluster size≥18), color scale denotes the t-value, red denotes a positive t-value, and blue denotes a negative t-value.

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表2  组间对比默认网络功能连接有差异的脑区
Tab. 2  Brain regions with abnormal functional connectivity of DMN between two groups

2.4　相关性分析

       与正常对照组相比，CRS慢性颈肩痛组的海马的功能连接强度与VAS得分存在相关性(r=-0.546， P=0.043)，其余存在差异的脑区功能连接与VAS得分无相关性，如图2所示。

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图2  海马的功能连接强度与VAS评分呈负相关(r=-0.546，P=0.043)
Fig. 2  The correlation between the VAS score and the functional connection strength of hippocampus is negative (r=-0.546, P=0.043).

3　讨论

       本研究对疗前体素内不相干运动扩散加权成1(intravoxel incoherent motion imaging diffusion-weighted imaging，IVIM-DWI）技术在预测PCa内分泌治疗CRS最常见症状是神经根支配区域的颈肩部疼痛，多项基于rs-fMRI的研究提出DMN是受慢性疼痛影响的主要网络，DMN的神经活动在大脑执行外部任务时受到抑制，在静息状态下高度活跃，DMN在注意力、记忆力以及自我内省中起关键作用^[6]。多个研究发现DMN功能连接在多种慢性疼痛中出现改变，因此有学者提出重组慢性疼痛"DMN的动力学"，以反映不同类型慢性疼痛生理及心理适应的过程^[7]。本研究采用ICA方法对默认网络进行探究，ICA利用数据本身的特征，不需要构造模型就可以提取局部脑区的功能信息，常被用于对局部脑功能网络进行分离和提取以及fMRI认知实验研究和疾病脑功能分析，是解决盲源分离极有价值的方法^[8]。

       在本研究结果中，CSR慢性颈肩痛患者DMN功能连接减低的脑区有丘脑、海马、基底核、颞中回及楔前叶；功能连接增强的区域有右侧颞上回。海马的功能连接强度与VAS得分存在负相关(r=-0.546， P=0.043)。这些DMN变化可能反映了疼痛直接刺激对脑功能连接的影响，也可能是疼痛时认知注意过程及情绪发生变化的基础。

       丘脑是感受和调制痛觉的重要中枢核团，Micalos等^[9]经fMRI研究发现慢性疼痛患者丘脑的神经元活化程度较对照组低，即慢性疼痛患者丘脑的神经活动是抑制性的，经镇痛治疗后降低的丘脑活化程度增强了；同时在其研究中发现慢性疼痛患者尾状核的rCBF以及神经元活性降低，尾状核活化增强时可抑制疼痛，由此推测尾状核可能与抑制疼痛相关。Yu等^[10]在其研究中发现除了与疼痛相关脑区ReHo值降低以外，还发现尾状核的ReHo值增高，且与病史长短呈正相关。丘脑以及颞叶是"疼痛矩阵"的重要组成脑区，与内源性疼痛控制有关；本研究中，CSR慢性颈肩痛患者丘脑功能连接减低可能与疼痛患者大脑对疼痛的抑制作用随疼痛时间延长而逐渐减弱有关。

       海马是DMN的核心脑区之一，Ezzati等^[11]研究诱发痛及慢性疼痛中发现海马与情感和认知等脑功能有关，也涉及对伤害性刺激的记忆能力和回避伤害的学习能力。有学者发现慢性疼痛患者海马体积缩小，神经元生发减少，突触可塑性降低等海马结构的改变，这些改变引起海马调节功能异常，慢性疼痛患者会出现抑郁，焦虑等负性情绪以及学习记忆能力减退^[12]。苏程果等^[13]研究发现针刺三阴交和地机穴后，海马、豆状核及岛叶等出现明显激活，说明针刺镇痛过程中患者心理活动发生变化可能与镇痛效果相关。本研究中慢性疼痛患者海马的功能连接减低与疼痛患者负性情绪相关，其可能由患者的认知以及记忆能力受损所引起。

       楔前叶是内侧痛觉系统的重要组成成分，主要负责加工处理因疼痛或其他不适引起的负面情绪，在认知功能网络中有很重要的作用^[14]。李霁等^[15]研究了穴位针刺治疗前后慢性坐骨神经痛患者与健康受试者DMN的差异，治疗前患者楔前叶、内侧前额叶、前扣带回等脑区功能活动减低，表明慢性疼痛影响DMN脑区神经元的活动；治疗后这些脑区的活动趋于正常，结果推测针灸治疗在镇痛基础之上对患者的心理及情感产生影响，这种影响可能与疼痛调节有关。Kutch等^[16]研究认为，楔前叶在调节注意执行控制网络中有重要作用，该网络中节点之间的功能连接变化可能是慢性疼痛患者认知功能改变的一个潜在神经机制。本研究中楔前叶的功能连接降低可能与慢性疼痛患者受疼痛干扰而出现注意力不能集中以及情绪低落有关。

       颞上回是处理听觉信息的中枢系统，疼痛作为一种复杂的心理生理现象，主要是体感脑区的功能发生了变化，但是也有研究提出疼痛也可影响听觉及视觉网络^[17]。Duke等^[18]对慢性肌肉骨骼疼痛患者进行研究，结果表明患者组颞上回和左侧小脑的功能连接增加。本研究中颞上回的功能连接增强，可能是慢性疼痛患者对疼痛的过度关注，从而影响其他的体感知觉系统相关。DMN是一个参与内省和自我导向认知的神经网络，功能连接增强可能反映出大脑对疼痛的过度关注以及聚焦，且对疼痛的聚焦已被研究证明会影响疼痛的知觉，对疼痛的关注也是慢性疼痛的一个潜在的异常神经机制^[19]，需要我们进一步研究探讨。

       VAS评分法简单易行且较敏感，在临床上广泛应用于对疼痛以及疼痛治疗的后的效果评分。为了进一步研究CRS慢性颈肩痛患者出现功能连接差异的脑区是否可以作为临床疼痛的神经生物学指标，本研究将出现差异的脑区功能连接强度与VAS评分进行Pearson相关性分析，疼痛强度与海马功能连接强度程呈负相关，随着疼痛强度的增加，海马的功能出现障碍，但是海马是否可以作为疼痛强度的神经生物学指标需要进一步研究。

       DMN内外环境检测功能是对外界刺激产生相应的回应^[20]，DMN脑区功能连接减低可以减少对慢性疼痛的记忆以及警觉，从而起到疼痛抑制的作用；且DMN的功能连接减低降低了疼痛感觉传导到疼痛矩阵的速度，改变了疼痛状态感觉的传导模式。本研究对CRS慢性颈肩痛患者的脑默认网络进行了初步的探讨与研究，结果表明慢性慢性颈肩痛患者的DMN功能连接发生变化，这些变化可能是疼痛作为刺激对脑区产生的影响以及疼痛时患者发生的注意力、认知以及情绪改变的基础。但由于本试验研究的样本量偏少，且对相关脑功能网络连接的改变尚在探讨中。在后期研究中，将加大样本量，并对CSR慢性颈肩痛患者脑功能网络连接的改变进一步深入探讨。