阿尔茨海默病进展中脑功能连接与扣带束微结构的关系研究

《European Radiology Experimental》：Connectivity related to major brain functions in Alzheimer disease progression: microstructural properties of the cingulum bundle and its subdivision using diffusion-weighted MRI

本研究聚焦于阿尔茨海默病（AD）进展中的脑功能连接变化，通过弥散加权磁共振成像（DWI）技术，自动重建扣带束及其亚区，揭示其微结构特性与痴呆进展的关联，为理解AD的神经生物学基础提供新见解。

　　阿尔茨海默病（Alzheimer's disease, AD）是一种常见的神经退行性疾病，其特征是记忆、认知功能逐渐下降，最终导致患者生活不能自理。随着人口老龄化的加剧，AD的发病率逐年上升，给社会和家庭带来了沉重的负担。目前，AD的发病机制尚未完全明确，但研究表明，大脑白质纤维的损伤和脑功能连接的改变在疾病进展中起着重要作用。

扣带束（cingulum bundle, CB）是大脑白质纤维束之一，它连接了从颞叶到额叶的多个脑区，与情感、记忆、认知等多种脑功能密切相关。然而，以往的研究对扣带束的结构和功能认识还不够全面，尤其是在AD患者中，扣带束的微结构变化及其与认知功能障碍的关系尚未得到充分揭示。为了深入探究这些问题，意大利博洛尼亚大学（University of Bologna）的研究人员开展了一项研究，旨在通过弥散加权磁共振成像（diffusion-weighted MRI, DWI）技术，自动重建扣带束及其亚区，并评估其微结构特性与痴呆进展的关系。

研究人员利用“阿尔茨海默病神经影像学倡议”（Alzheimer's Disease Neuroimaging Initiative, ADNI）数据库中的多壳层高角分辨率弥散成像（HARDI）数据集，对10名AD患者、18名轻度认知障碍（mild cognitive impairment, MCI）患者和21名认知正常（cognitively normal, CN）受试者进行了研究。他们采用概率性纤维追踪方法，结合弥散张量成像（diffusion tensor imaging, DTI）和神经纤维方向分散度和密度成像（neurite orientation dispersion and density imaging, NODDI）指标，重建了扣带束的三个亚区：亚扣带回（subgenual cingulum, SGC）、后扣带回（retrosplenial cingulum, RSC）和海马旁回（parahippocampal cingulum, PHC）。

研究结果表明，扣带束的三个亚区在路径、终止点和结构特征上存在显著差异。在所有弥散指标中，亚区之间的差异均具有统计学意义（p < 0.001）。与认知正常受试者相比，AD患者和MCI患者在平均弥散度（mean diffusivity, MD）（p = 0.007–0.038）、径向弥散度（radial diffusivity, RD）（p = 0.008–0.049）和神经纤维分散指数（neurite dispersion index, NDI）（p = 0.005–0.049）方面也存在显著差异。这些结果表明，扣带束的微结构特性与痴呆进展密切相关，其亚区的纤维群在功能上具有不同的作用，并且这些特性在AD和MCI患者中发生了显著变化。

在研究方法方面，研究人员采用了以下关键技术：

1. 多壳层高角分辨率弥散成像（HARDI）：这是一种先进的DWI技术，能够提供更详细的白质纤维信息，有助于重建复杂的纤维结构。
2. 概率性纤维追踪：与传统的确定性纤维追踪方法相比，概率性纤维追踪能够生成从每个种子点出发的大量可能轨迹，考虑了纤维方向的不确定性，更适合于重建复杂的纤维束。
3. 弥散张量成像（DTI）和神经纤维方向分散度和密度成像（NODDI）：这两种成像技术能够提供关于白质纤维微结构的定量指标，如MD、RD、NDI等，有助于评估纤维的完整性、密度和方向分散度。

研究结果表明，扣带束的三个亚区在微结构特性上存在显著差异，这些差异与痴呆进展密切相关。具体来说，SGC亚区主要与情感反应、认知功能和言语记忆有关；RSC亚区与冲突反应、运动功能和认知任务的执行有关；PHC亚区则与视空间、面部和记忆线索的传递有关。在AD和MCI患者中，PHC亚区的MD、RD和NDI指标发生了显著变化，表明该亚区对AD的退行性变化最为敏感。此外，研究人员还发现，扣带束的微结构特性与蒙特利尔认知评估（Montreal cognitive assessment, MoCA）和迷你精神状态检查（Mini-Mental State Exam, MMSE）的评分之间存在一定的相关性，尽管这种相关性在经过多重比较校正后并不显著。

研究结论和讨论部分强调了扣带束在AD进展中的重要作用。扣带束的微结构特性与多种认知功能密切相关，其亚区的纤维群在功能上具有不同的作用。通过概率性纤维追踪和先进的DWI技术，研究人员能够自动重建扣带束的亚区，并揭示其微结构特性与痴呆进展的关联。这些发现为理解AD的神经生物学基础提供了新的视角，并可能有助于开发新的生物标志物，用于预测MCI向AD的进展。然而，研究也存在一些局限性，如样本量较小，尤其是在MCI和AD患者中。未来的研究需要在更大的样本队列中进一步验证这些结果，并探索扣带束微结构特性与认知功能障碍之间的具体关系。此外，研究人员还计划将这种方法应用于临床术前评估中使用的多壳层HARDI数据集，以进一步验证其临床应用价值。