《Behavioural Brain Research》：Aberrant prefrontal network patterns in post-stroke prolonged disorders of consciousness: evidence from resting-state fNIRS
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本研究采用静息态功能性近红外光谱（fNIRS）探究中风后pDoC患者前额叶网络功能连接特征。结果显示，pDoC组较HC前额叶网络功能连接显著减弱，网络拓扑指标（聚类系数、局部/全局效率、特征路径长度）均降低，关键节点区域（如右侧前运动皮层、左侧前额极）的连接度进一步下降。MCS亚组在右侧前运动皮层和补充运动皮层连接强于UWS亚组，但左侧前额极连接较弱。研究表明fNIRS可作为评估前额叶网络异常的无创工具，为pDoC诊断和监测提供潜在生物标志物|
余功|谢宁清|刘颖|林俊斌|郑军|郝志梓|黄海龙|江婷|夏璐|傅凯|张鑫|廖维静
中国湖北省武汉市武汉大学中南医院神经康复科
摘要
中风是导致非创伤性长期意识障碍（pDoC）的主要原因之一。鉴于前额叶皮层在意识中的关键作用，本研究旨在探讨中风后pDoC患者前额叶网络的异常情况。我们使用静息态功能性近红外光谱（fNIRS）技术，收集了21名中风后pDoC患者和19名年龄及性别匹配的健康对照组（HC）的数据。根据昏迷恢复量表修订版（Coma Recovery Scale-Revised），患者被分为轻度意识状态（MCS）组12人和无反应觉醒综合征（UWS）组9人。我们分析了两组前额叶网络的功能连接性和拓扑特性。与健康对照组相比，pDoC组的功能连接性显著减弱，网络拓扑结构也受到破坏，表现为聚类系数（Cp）降低、局部效率（Eloc）和全局效率（Eg）下降以及特征路径长度（Lp）延长。多个前额叶区域的节点指标也出现下降，包括节点聚类系数（NCp）、节点效率（Ne）和度中心性（DC）。在患者亚组之间的直接比较中，MCS组在右侧运动前皮层和辅助运动皮层（PreM & SMA_R）内的功能连接性明显强于UWS组，但在左侧额极区（FPA_L）内的连接性较弱。因此，利用便携式fNIRS评估前额叶网络的完整性有助于识别诊断和监测中风后长期意识障碍的潜在生物标志物。
引言
长期意识障碍（pDoC）包括昏迷、植物状态/无反应觉醒综合征（UWS）和轻度意识状态（MCS）等病症，其特征是清醒和意识障碍持续超过28天[1]。准确评估pDoC患者的意识水平是一个重要的临床挑战。虽然行为量表，特别是昏迷恢复量表修订版（CRS-R），仍然是诊断和分型的金标准[2][3]，但在严重运动缺陷或意识波动的患者中存在局限性[4]。值得注意的是，约34%的UWS患者可能仍保留隐匿意识，这突显了高误诊率[5]。因此，欧洲和美国的神经病学指南现在强调神经影像学在提高诊断准确性方面的辅助作用[4][6]。
静息态功能性磁共振成像（fMRI）和脑电图（EEG）研究在将意识与大规模脑网络联系起来方面发挥了重要作用，揭示了默认模式网络（DMN）和额顶叶网络（FPN）的关键作用，其中前额叶皮层作为核心枢纽[7][8][9]。然而，fMRI和EEG的操作复杂性限制了它们在常规床边监测中的应用。相比之下，功能性近红外光谱（fNIRS）作为一种便携式的替代方法，能够在患者较少配合的情况下绘制功能性脑网络图[10][11][12]。pDoC研究的一个主要混淆因素是病因的异质性，因为不同原因（如创伤性脑损伤（TBI）、缺血-缺氧性脑病（IHE）、脑出血（CH）和脑梗死（CI））的结果和死亡率差异显著[14]，这表明可能存在不同的潜在病理生理机制。此外，脑出血或脑梗死患者通常伴有全身性脑血管损伤，这可能会影响基于血氧水平的功能成像信号质量[15]。尽管fMRI证据表明急性中风中的DMN破坏与意识障碍相关，但这一发现尚未扩展到中风后的pDoC患者。为填补这一空白，本研究采用静息态fNIRS来研究中风后pDoC患者前额叶网络的功能连接性和拓扑特性，旨在识别潜在的诊断和监测生物标志物。
受试者
受试者
2023年5月至2024年12月期间，从武汉大学中南医院招募了21名符合欧洲神经病学学会（European Academy of Neurology）指南中pDoC标准的中风后患者。同时招募了19名年龄和性别匹配的健康对照组（HC）。所有患者和对照组均为右利手，且无精神疾病史。所有受试者均接受了由受过标准化量表管理培训的医生进行的多次CRS-R评估。
临床统计结果
21名pDoC患者符合纳入标准（表2）。人口统计分析显示，pDoC组和HC组在年龄或性别上没有显著差异（p > 0.05）。同样，在比较MCS组和UWS组时，年龄、性别或疾病持续时间也没有显著差异（p > 0.05），详见表3。
功能连接性
图2显示了HC组和pDoC组的平均全脑功能连接性。可以观察到pDoC组的功能连接性显著减弱
讨论
本研究利用静息态fNIRS系统地研究了中风后pDoC患者前额叶脑网络的变化。主要发现如下：首先，患者前额叶皮层的功能连接性普遍减弱，涉及区域内和区域间的连接。其次，图论分析显示全局网络拓扑结构显著退化，包括全局整合效率和局部效率的降低
局限性
尽管本研究支持静息态fNIRS在识别中风诱导的pDoC前额叶网络变化方面的价值，但仍需承认一些局限性。首先，样本量较小（n=21），尤其是MCS组（n=12）和UWS组（n=9）的参与者数量有限，可能降低了检测细微但有意义组间差异的统计功效。此外，从少量数据估计的效果大小（如相关系数和组间差异）也可能受到限制
结论
本研究证明了静息态fNIRS在评估中风后pDoC患者前额叶网络异常方面的临床实用性。通过基于皮尔逊相关性的功能网络构建和图论分析，我们发现了这些患者的特征性前额叶变化，包括功能连接性显著减弱、全局和局部网络效率降低以及关键节点区域的枢纽功能受损。fNIRS被证明是一种可靠的方法
作者声明
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作者贡献声明
黄海龙：数据可视化。郝志梓：数据可视化。郑军：研究。林俊斌：研究。夏璐：数据验证。江婷：数据验证。傅凯：研究监督。刘颖：方法学、数据整理。谢宁清：初稿撰写、正式分析。廖维静：撰写、审稿与编辑、项目管理。余功：资金获取、概念构思。张鑫：撰写、审稿与编辑、资源协调。
致谢
本研究在武汉大学中南医院神经康复科进行。研究方法获得了武汉大学中南医院医学伦理委员会的批准（2024083），每位受试者或其法定代表均已签署书面知情同意书。资金来自武汉大学中南医院神经康复科的青年项目（ZNXKPY2023019）。我们感谢所有研究人员和受试者的支持
