偏头痛大脑的断连组：一种"连接病"模型

DOI: https://doi.org/10.1186/s10194- 021- 01315- 6

摘要

我们假设偏头痛患者的大脑连接组存在重构，表现为与疼痛感知、处理和调节相关的皮层区域之间的连接强度和密度均增加。

这种连接组重构导致网络效率和分离这两个竞争参数之间的失衡，可能构成能量资源与需求之间不匹配的神经基础，代表了偏头痛大脑能量功能障碍的神经相关物。

我们采用基于弥散加权MRI纤维束成像的图论分析方法，研究了94例无先兆偏头痛（MwoA）患者和91例健康对照者的脑"连接组"的图拓扑指标——即由白质通路（边）结构连接的一组灰质区域（节点）。

神经影像

我们观察到偏头痛患者较健康对照组：(1) 局部和全局网络效率更高（p < 0.001）；(2) 局部和全局聚类系数更高（p < 0.001）。

我们发现偏头痛患者较健康对照组在参与疼痛感知和调节以及疼痛体验的认知和情感归因的皮层节点之间，连接（边）概率更高（p < 0.001）。

在促进网络效率所需的资源投入与最小化连接代谢成本的需求之间的失衡，可能构成了偏头痛患者对触发因素易感性的基础机制。

扩展说明：基于结构连接组相较于短暂的功能连接组波动所具有的已知稳定性，我们认为我们的发现可能不受距偏头痛发作距离的影响 [365]。

未来的前瞻性高级神经影像学研究仍然至关重要，以进一步阐明观察到的结构断连性是偏头痛大脑的先天特征，还是由反复偏头痛发作经验引起的重塑过程的结果。

引言

数十年来已进行了大量研究探索偏头痛的大脑网络静息态功能连接（RS-FC），但由于患者人群同质性低、方法学途径不同以及静息态功能连接扫描过程中信号的极度变异性和易感性等因素，出现了矛盾的结果。

实现大脑网络或连接组之间功能通信的结构基质的特征在于高稳定性和可重复性，但在偏头痛中尚未得到广泛研究 [366]。

我们假设偏头痛患者可能表现出大脑连接组的重构，呈现连接强度和密度的增加，特别是影响参与多维疼痛处理的节点，并伴随中枢拓扑结构的重组。

由于促进网络整合和分离所需的高能量资源，我们进一步假设这种大脑连接组重构模式可能代表偏头痛大脑众所周知的能量功能障碍的神经相关物。

材料与方法

对于每组数据集（无先兆偏头痛组和健康对照组），校正后 p < 0.05 被认为节点对之间存在连接。

节点中心性指标：节点度（Node degree）：量化将一个节点连接到网络其余部分的连接数量。

这是基础网络指标，因为大多数其他指标最终都与节点度相关；节点强度（Node strength）：连接到节点的所有链路的权重之和；介数中心性（Betweenness centrality）：网络中包含给定节点的所有最短路径的比例。

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诊断

该分析用于测量组间差异，使用包含区域对的网络连接强度值，并采用FDR校正进行多重比较。

对于每个节点和全局指标，使用t检验检验零假设 MwoA = HC，对所有考虑的网络指标在 p < 0.05 水平拒绝该假设，并对所有网络节点使用错误发现率进行多重假设检验校正。

结果

两组（94例无先兆偏头痛患者和91例健康对照）在年龄和男女比例方面无显著差异。

除了仅在无先兆偏头痛患者矩阵中被鉴定为中枢的右侧后扣带皮层（PCC）和左侧下顶叶小叶（IPL）（基于AAL图谱）外，两组数据集在整个连接组中的中枢分布相似。

讨论

节点中心性的发现显示，在多数解剖区域对之间，边的连接概率值总体增加，鉴定出仅在无先兆偏头痛患者中的右侧PCC和左侧IPL作为中枢，以及仅在健康对照中的左侧距状裂皮层和右侧眶额皮层（OFC），当比较两组数据集时。

这一发现与既往关键的脑电图、脑磁图和MRI观察结果一致，这些研究显示在局限性偏头痛患者队列中聚类系数增加，这是由于疼痛相关脑区域之间结构和功能局部连接增加，导致皮层网络的实质性重组 [367–372]。

偏头痛患者中观察到的节点及其连接的效率、聚类系数和强度的增加，支撑了非线性的能量需求增长——用于管理大量内外部输入流——解释了能量需求增加和大脑对应激源的更大脆弱性。

结论

我们提出一种新的令人振奋的偏头痛病理生理学解释模型——将偏头痛视为一种"连接病"（connectopathy）。

未来的前瞻性高级神经影像学研究仍然至关重要，以进一步阐明观察到的结构断连性是偏头痛大脑的先天特征，还是由反复偏头痛发作经验引起的重塑过程的结果。

致谢

本摘要基于 Silvestro, Marcello; Tessitore, Alessandro; Caiazzo, Giuseppina; di Clemente, Fabrizio Scotto; Trojsi, Francesca; Cirillo, Mario; Esposito, Fabrizio; Tedeschi, Gioacchino; Russo, Antonio 于2021年发表于 The Journal of Headache and Pain 的工作生成。

神经影像

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慢性偏头痛中改变的脑结构网络拓扑