脊髓损伤后大脑功能都有哪些改变？

来源：中华医学信息导报

脊髓损伤（SCI）作为一类世界范围内高发致残疾病，常导致患者运动和感觉功能的受损。目前对于SCI的治疗仍是全球性的医疗棘手问题。如何最大程度地恢复SCI患者的运动功能，一直是临床研究的热点和难点问题。在过去的几十年，众多研究者们尝试了各种方法如细胞移植、神经营养药物和组织工程技术等来修复SCI，但这些治疗措施在临床上疗效欠佳。目前临床上除了脊髓减压、稳定脊柱以及伤后8 h大剂量甲泼尼龙治疗外，对于SCI仍然缺乏有效的治疗手段。我们分析当前SCI治疗的困境，发现以往的这些研究多集中在SCI局部区域，而忽视了与脊髓结构和功能紧密相连的大脑。过去众多文献告诉我们：轴突损伤后，轴突的再生和修复主要依赖于神经元胞体的作用。而皮质脊髓束是由大脑运动皮层的锥体细胞发出的轴突组成，因而防止SCI后大脑运动皮层神经元的损伤，是促进受损的皮质脊髓束再生和修复的重要条件。基于此，我们推测大脑运动皮层的结构或功能变化，将会对SCI后运动功能的恢复起着重要的作用。

2015年发表在Science 杂志上的一篇文章（Sawada M，et al. Science，2015，350：98-101）证实了我们之前的推论。日本Yukio Nishimura领导研究团队以猴子为研究对象，对大脑在SCI后的功能作用进行了深入研究。结果表明，在SCI的早期康复中，大脑运动皮层的活性起着至关重要的作用。但动物实验毕竟不能真实反映人体的情况，SCI患者是否存在大脑结构和功能的改变，同时这种改变对患者的运动功能恢复起着何种作用？针对此问题，我们从2012年起就利用神经影像学先进的功能磁共振影像（fMRI）技术，对SCI后患者的大脑结构和功能改变情况展开了系统研究。我们首先采集了25例早期SCI患者和25例年龄、性别匹配的健康对照者的三维磁化准备快速梯度回波结构数据、脑白质扩散张量成像数据及fMRI数据。

我们通过fMRI检查发现，SCI患者在损伤早期双侧初级感觉运动皮层神经元活性降低（低频振荡振幅降低），而双侧小脑的神经元活性增强（低频振荡振幅增高）。同时双侧大脑半球间初级感觉运动皮层之间的功能联系减弱，而大脑半球内部一些和运动相关的脑区（初级感觉运动皮层、运动前区、辅助运动区、丘脑和小脑）功能联系增强。我们推测，SCI后由于上行感觉纤维和下行运动传导束的中断，使大脑的运动感觉中枢神经元处于一种低活性状态，但初级运动中枢会加强和其他运动中枢（运动前区、辅助运动区、丘脑和小脑）的联系，这种自发代偿作用在SCI的早期功能恢复中起着重要作用。以上结果被Neuroscience 杂志当作封面文章在2014年进行了重点报道（Hou JM& Sun TS.Neuroscience，2014，277： 446-454）。

SCI后双侧运动皮层功能活性减低是否是由于相应区域神经元的损伤导致的呢？为此，我们利用结构磁共振对运动皮层的厚度进行了分析。我们发现，SCI患者大脑萎缩的区域主要位于双侧初级运动皮层、初级感觉皮层、辅助运动区和丘脑（HouJM& SunTS.Neuroscience，2014，266：208-215），和我们发现的功能减低区域基本一致，大体上可以说明SCI后运动中枢功能减低是由神经元的萎缩或死亡导致的。

为了进一步探索大脑运动中枢萎缩对患者的功能恢复有着何种影响，我们对上述SCI患者进行长达6个月的随访，根据患者入院6个月后的运动功能恢复程度，将脊髓患者分为两个亚组：恢复较好组和恢复较差组。我们发现，SCI恢复较好组和恢复较差组均存在着双侧初级运动皮层（M1）的萎缩，但恢复较差组的萎缩程度更严重。同时SCI患者6个月时的运动恢复率和右侧初级运动皮层的脑白质FA值（r =0.76，P <0.001）、右侧大脑辅助运动区的灰质体积（r =0.75，p=""><>

以上结果说明，SCI患者损伤区域以上部位结构越完整，运动功能恢复越好（Hou JM&SunTS.Neuroimage,2015:MajorRevise）。总之，通过以上实验基本可以说明，SCI后大脑运动皮层的完整性对SCI患者的功能恢复有着至关重要的作用，大脑运动皮层损伤越小，患者的运动功能恢复越好。但对于SCI后大脑运动皮层损伤的机制，目前还并不清楚，需要进一步深入研究。我们在国家自然基金项目的资助下（批准号：81301679），初步发现小胶质细胞激活在运动皮层的损伤中起着重要作用。

总之，我们的实验数据表明，SCI早期即可导致大脑运动皮层厚度的萎缩、皮质脊髓束的脱髓鞘改变和脑功能的重塑。SCI患者大脑运动中枢完整性越高，患者运动功能恢复越好；以上部位萎缩越严重，患者运动功能恢复越差。这些发现说明，SCI后大脑的退行性改变对患者的运动功能恢复起着重要的阻碍作用。未来的研究不仅要修复受损的脊髓，还要预防或逆转大脑的这种结构性损伤，尤其是大脑运动中枢的萎缩。