脑卒中是最常见的致残和死亡原因，也是我国乃至世界备受关注的健康性问题。静息态功能磁共振成像(resting-state fMRI)是近年来迅速发展的一项脑功能成像技术，本研究对缺血性脑卒中患者在功能性电刺激(functional electrical stimulation, FES)康复治疗前后进行静息态fMRI扫描，以求从新的角度研究脑卒中后脑部运动功能网络的改变，从而进一步了解运动功能恢复的脑部机制。

1　研究背景

       以往功能磁共振成像(fMRI)研究通过被试者执行一定的任务从而激活相应脑区，即任务状态减去无任务状态得到激活信号的方法进行功能定位，并定量测定局部脑区激活的体素数，但是任务状态下的fMRI将各脑区看作为独立的功能单位，忽视了脑区之间的相互联系。研究发现在清醒闭眼的静息状态下人脑存在着大量自发的神经元活动^[1]，虽然其表现亦为依赖血氧水平的信号，但在静息状态下仅为低频振荡(LFF)，这种低频振荡(0.01~0.08 Hz)在脑功能网络内的不同脑区之间呈高度的同步性，即时间的一致性，即在静息状态的两个或多个时域相关的脑区间具有一定的功能连接^[2]。静息态fMRI已经被用于各种脑疾病的研究，如儿童注意缺陷多动障碍^[3]，阿尔茨海默病^[4]，多发性硬化^[5]，帕金森病^[6]等，文献显示2007年至2008年约有一半的临床研究使用了静息态fMRI^[7]，但是在脑卒中的应用还很少。在静息态fMRI扫描时，被试者没有任何特定的任务，只需要被试者静卧在扫描仪里，对于脑卒中患者容易配合进行扫描，研究者容易操作和控制扫描，因此静息态fMRI技术适用于缺血性脑卒中患者的脑功能神经网络的研究。

       静息态网络分别与注意、运动、视觉、听觉、语言等功能相关，各网络的脑区与任务状态下fMRI的脑区大体一致^[8]，并且脑区间的功能连接多与解剖连接相一致^[9]。早在1995年，Biswal^[1]等就已发现被试者在静息状态下两侧运动皮层具有功能连接。Xiong^[10]等发现与初级运动皮层相关的脑区包括辅助运动区、运动前区等。结果说明大脑在静息状态下这种持续的、自发的信号波动并不是随机噪声，而是反映了大脑神经活动的自发模式^[11]。

       FES是使用低频电流刺激失去神经控制的肌肉使其收缩，从而恢复肢体丧失的功能，帮助患者完成某些功能活动，如步行、手抓握和协调运动活动^[12]。Chan^[13]等利用FES系统治疗3例慢性脑卒中患者，刺激手和前臂的肌肉，研究发现康复治疗后患者上肢的抓握动作等功能显著提高。但是目前人们对FES促进运动功能恢复的内在机制仍然不明确，本研究将利用静息态fMRI对缺血性脑卒中患者在FES康复治疗前后脑部运动功能网络的变化进行探索式的研究。研究假设：脑卒中发生后健侧脑区对患侧脑区作用影响增加，即FES康复治疗前患侧依赖于健侧，FES康复治疗后则相反，即患侧脑区对健侧脑区依赖性减低，两侧的运动皮质功能连接降低。

2　研究方法

2.1　研究对象

       选择2009年9月-10月在北京天坛医院神经内科住院治疗的2例亚急性期缺血性脑卒中患者，男女各1例，男58岁，女63岁，均伴有单侧上肢障碍，Fugl-Meyer评分中手指屈伸分值为0，患者均为右利手，具备一定的认知功能。排除双侧梗死、其他神经系统疾病和精神障碍及有MRI检查的禁忌证。1例为右侧底节区梗死，1例为右侧桥脑梗死。两位患者均签署知情同意书。

2.2　评分量表

       两位患者均进行康复前及康复后的量表评估。认知量表包括简易智能状态检查表(MMSE)，蒙特利尔认知评估表(MoCA)。运动功能量表包括利手问卷，上肢的Fugl-Meyer评分，手臂动作调查测试(ARAT)，上肢运动评估量表(MAS)，日常生活质量评分(ADL)。被试者信息如表1所示。

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表1  被试者临床信息表

2.3　磁共振扫描及参数

       每位患者分别在康复前和康复后共进行两次磁共振扫描。使用西门子3.0 T Trio磁共振扫描仪进行静息态功能扫描(TR=2000 ms，TE=30 ms，Flip angle=90°，Slices=31，Resolution=64×64)及T1-MPRAG序列(TR=1900 ms，TE=2.13 ms，TI=900 ms，Flip angle=9°，Resolution=256×256，Slices=176)。受试者仰卧平躺于扫描床上，头部予以适当固定，用橡皮耳塞降低噪音，嘱其放松、闭眼平静呼吸，尽量保持头部及其他部位静止，同时尽量不要进行思维活动。

2.4　康复方法

       首次扫描后开始康复训练。首先为患肢10 min的牵伸运动或被动运动。然后进行20 min的FES电子手托(由香港理工大学汤启宇研制)治疗仪刺激下的双侧康复训练，包括抓握海绵、移动碗、推球、模拟饮水。FES通过表面电极刺激患侧前臂相关肌肉，从而刺激患手张开。最后进行40 min传统的OT康复训练。每日进行70 min的康复训练，每周5次，共20次。

2.5　数据处理方法

       采用北京师范大学认知神经科学与学习国家重点实验室开发的静息态功能磁共振数据分析处理软件包REST及SPM5对数据进行处理和分析。首先对数据进行预处理：剔除静息态扫描前10个时间点的图像数据，进行Slice Timing；头动校正，剔除头动在X、Y、Z轴的平动超过2 mm或旋转角超过2°的受试者数据；进行空间标准化，将图像配准到MNI空间；平滑(8 mm×8 mm×8 mm, FWHM)，以提高图像的信噪比。去除数据线性漂移，0.01~0.08 Hz带通滤波提取低频振荡信号部分，消除生理噪声。

       分别选取左侧和右侧运动皮层作为ROI，包括初级感觉运动皮层(SMC)，运动前区(PMA)及辅助运动区(SMA)(见图1)，分析左侧和右侧ROI内所有像素平均值的时间序列相关性。对同一患者康复前后两组数据进行比较。

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图1  ROI模板

3　研究结果

       研究发现两名脑卒中患者与康复前相比，康复后左侧和右侧的运动皮层功能连接都降低，康复前功能连接系数平均值r=0.742，康复后功能连接系数平均值r=0.697，功能连接系数平均降低值=0.045(见图2)。男性患者功能连接系数平均降低值=0.0138；女性患者功能连接系数平均降低值=0.076。

       左侧和右侧的运动皮层功能连接系数降低值与脑卒中患者上肢运动功能以及日常生活能力的改善相关(见图3)。结果显示康复后上肢运动功能改善，两侧的运动皮层功能连接系数降低。

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图2  康复前和康复后左侧和右侧的运动皮层功能连接图

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图3  功能连接系数降低值与运动功能评估关系图。Diff_corr：康复前后功能连接系数；Diff_FMA：康复前后上肢的Fugl-Meyer评分差异；Diff_ARAT:康复前后手臂动作调查测试(ARAT)评分差异；Diff_MAS：康复前后上肢运动评估量表(MAS)评分差异；Diff_ADL：康复前后日常生活质量评分(ADL)差异

4　讨论

       研究显示正常人静息态运动网络的双侧功能连接是对称的^[14]。正常人群PMA对同侧的初级运动区(M1)有明显的影响^[15]。另一研究显示与楔前叶(PCC)呈负性相关的区域包括SMA和PMA，原因可能是后两者同随意运动的预备与计划有关^[16]。目前多项研究证明脑部疾病能够引起静息态网络或功能连接的改变^[3,4,5,6,17]。He^[18]等发现，对卒中患者而言，静息态网络中的一部分受损，则该功能连接网络可能丧失，且程度与患者行为上的损害程度相关。Grefkes^[19]等发现卒中后SMA区对患侧M1区的作用减低，同时健侧对患侧M1区的抑制作用增强；后者同任务状态下fMRI的表现一致。一例早年行半侧胼胝体切除的患者现发现部分功能连接网络同正常人相似^[20]。本研究第一次利用静息态fMRI研究FES康复治疗前后运动功能网络连接的变化，初步结果证明了此前的研究假设，上肢运动功能改善后，即康复后患侧脑区对健侧脑区依赖性减低，两侧的运动皮质功能连接降低，并且功能连接系数的降低与脑卒中患者上肢运动功能的改善相关。今后将采用大样本进行深入的研究，增加无FES康复治疗的病例对照组以及正常对照组，从而进一步验证实验假设，并且从损伤部位和损伤容积的角度探讨对运动功能网络连接的影响。

       功能连接与结构连接(解剖连接)不是一一对应的，功能连接可以反映结构连接^[21]。但功能连接还反映间接的结构连接，如通过第三处脑区，两处本无直接结构连接的脑区在功能上有了连接，并被静息态fMRI反映，如Greicius^[22]等发现默认网络的额中前皮层与双侧颞中叶通过扣带回后部皮层及胼胝体压部后方皮层间接功能连接。此外，静息态fMRI还可以反映皮层下的功能连接^[23]。Xiong^[10]等使用静息态fMRI不仅能获得任务fMRI显示的与运动相关的脑区，还可以发现任务fMRI不能显示的脑区，如扣带回背侧运动相关区(CMAd)，讨论认为这与该区域是否参与任务的执行，信号是否足够大及在静息状态下是否也参与活动有关。今后的大样本研究将进一步研究默认网络及全脑网络在康复治疗前后的动态变化。