幕上脑损伤在意识障碍患者中映射到共同的人类脑回路

Supratentorial Brain Lesions in Unconscious Patients Map to a Common Human Brain Circuit

作者信息Joshua Kahan, Rafael Vignoli Lippert, Bassam Al-Fatly, Qi Shen, Vedant Kansara, Mohamad J Alshikho, Batool Rizvi, Heather Shouel, Satoshi Egawa, Jerina Carmona, Lucie Kruger, You-Lim Song, Angela Velazquez, Alex J Klein, Danielle H Bass, Daniel Samano Martin Del Campo, Ana Karen Bolanos Saavedra, Elizabeth E Carroll, Vincent Perlbarg, Louis Puybasset, Shivani Ghoshal, Sachin Agarwal, David Roh, Soojin Park, E Sander Connolly, Ayham Alkhachroum, Adam M Brickman, Jan Claassen
PMID41933510
发布时间2026-07
DOI10.1002/ana.78224

实验完整度

研究为观察性队列研究,包含VLSM和LNM等影像分析方法,但缺乏功能验证或机制验证实验,主要基于相关性分析。

主要模型

人类脑出血患者队列(115例)

重点核对

病变网络映射使用哈佛大学Genomic Superstruct项目的1000名健康受试者规范连接组数据 VLSM和LNM分析均以损伤体积、脑室内出血、脑室外引流置管和出血至成像天数为协变量 主要分析使用包含ICH和周围水肿的病变掩模,并约束于AAL3灰质体素 意识状态评估使用昏迷恢复量表修订版(CRS-R)

摘要

目的:幕上脑损伤患者经常出现意识障碍,但其潜在机制尚不清楚。大规模网络功能障碍已被提出作为与意识障碍相关的多种局灶性幕下和幕上脑损伤的统一概念。功能影像学研究已表明,使用病变网络映射(LNM)可以将导致相同症状的不同部位病变连接到共同的网络。方法:为了识别意识障碍的常见受损网络,在一项前瞻性、双中心观察性队列研究中,对115名因幕上脑出血(ICH)导致局灶性脑损伤的人类受试者使用了LNM。结果:对比意识保留(n = 45)和意识受损(n = 70)的患者,我们确定了一个共同的脑区域网络,该网络更可能与意识受损相关的局灶性脑损伤相连。意识障碍患者的病变更可能连接到一个包括额叶-岛叶-边缘联合皮层、皮层下唤醒和神经调节节点以及腹侧纹状体-苍白球回路的网络。数据提示优先连接到唤醒回路和联合皮层的组合。解释:意识受损的患者共享一种分布式网络受累的常见模式,我们推断这与意识调节机制相关,可能作为神经调节疗法的有希望的靶点。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
幕上脑出血导致的意识障碍是否共享一个共同的损伤网络?
核心机制
意识障碍与额叶-岛叶-边缘联合皮层、皮层下唤醒和神经调节节点以及腹侧纹状体-苍白球回路的功能连接受损相关。
主要证据
对比意识保留和意识受损患者的病变网络映射,发现意识受损患者的病变更可能连接到一个包括上述区域的网络,且该网络与默认上行唤醒系统(dAAN)的分布重叠。
研究意义
研究为意识障碍的电路级解释提供了支持,并可能为神经调节疗法提供潜在的靶点。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

患者招募与分组

纳入幕上脑出血患者,并根据意识状态分为意识受损组和意识保留组。

纳入115例幕上ICH患者,其中70例意识受损,45例意识保留。根据CRS-R评估意识状态。

2

影像数据获取与病变掩模绘制

获取MRI数据并绘制病变掩模,用于后续分析。

患者在症状出现后约第7天进行MRI扫描。使用3D Slicer手动绘制血肿、周围水肿和脑室内出血的掩模。

3

空间预处理

将病变掩模标准化到MNI空间,并约束至灰质体素。

使用SPM12将病变掩模配准到MNI空间,应用AAL3图谱约束灰质,并平滑(4mm FWHM)。

4

体素级病变症状映射(VLSM)

检验特定脑区损伤是否与意识障碍相关。

使用FSL的PALM进行体素级置换检验,比较意识受损组与保留组的病变位置差异,校正协变量。

5

病变网络映射(LNM)

识别与意识障碍相关的共同功能连接网络。

以每个病变掩模为种子,在1000名健康受试者的规范连接组中进行静息态功能连接分析,生成病变网络图,并比较组间差异。

6

网络水平表征

表征病变网络与已知大规模功能网络及默认上行唤醒系统(dAAN)的关系。

将病变网络图与Yeo-7图谱和哈佛dAAN图谱进行比较分析。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
3D Slicer--version
SPM12----
MATLABMathWorksversion
FSL----
Lead-DBS--version

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
患者入组
纳入标准包括原发性ICH、幕上位置、年龄≥18岁;排除标准包括继发性ICH、幕下位置、癫痫等。
阅读提示:Materials and Methods 的 Study Design 部分
MRI获取
MRI在症状出现后约第7天进行,若患者不稳定则尽可能接近第7天。
阅读提示:Materials and Methods 的 MRI Sequences 部分
病变掩模绘制
使用3D Slicer手动绘制血肿、水肿和IVH;主要分析使用ICH和水肿联合掩模。
阅读提示:Materials and Methods 的 Lesion Masks 部分
空间预处理
使用SPM12配准并标准化到MNI空间,AAL3脑图谱约束灰质,4mm平滑。
阅读提示:Materials and Methods 的 Spatial Pre-Processing 部分
统计分析
协变量包括损伤体积、IVH、脑室外引流和出血至成像天数;5000次置换;TFCE校正。
阅读提示:Materials and Methods 的 Voxel-Based Lesion Symptom Mapping 和 Lesion Network Mapping 部分