《Scientific Reports》：Analysis of correlation between structural changes and functional response in post-stroke motor recovery after cM1 LF-rTMS: an exploratory randomized trial
编辑推荐：
本研究针对脑卒中后上肢运动功能障碍的康复机制难题，创新性地采用多模态磁共振技术，探讨了对侧初级运动皮层低频重复经颅磁刺激(cM1 LF-rTMS)通过调节全脑、半球和模块水平的结构-功能耦合(SC-FC coupling)，促进运动功能恢复的神经机制。研究发现cM1 LF-rTMS能够优化脑网络配置，恢复半球间兴奋-抑制平衡，改善患侧体感/运动和听觉网络连接，其改变与Fugl-Meyer上肢评分(FMA-UE)改善显著相关。该研究为rTMS的神经调控机制提供了新的影像学生物标志物。
脑卒中作为全球致残率最高的神经系统疾病，其上肢运动功能障碍的康复一直是临床面临的重大挑战。尽管对侧初级运动皮层低频重复经颅磁刺激(cM1 LF-rTMS)已被证实能有效改善卒中后运动功能，但其具体的神经调控机制尚不明确。传统神经影像学研究多单独关注脑结构或功能的变化，难以全面揭示大脑这一复杂系统的整合特性。近年来，随着多模态神经影像学的发展，结构-功能耦合(SC-FC coupling)这一新兴指标逐渐受到关注，它能够量化白质连接与功能共激活模式之间的相关性，为理解脑网络整合提供了新视角。
在这一背景下，秦茵等人发表在《Scientific Reports》上的研究开创性地从全脑、半球和模块三个水平系统探讨了cM1 LF-rTMS对脑卒中患者脑网络结构-功能耦合的调控作用。研究团队假设cM1 LF-rTMS可通过介导复杂的SC-FC耦合变化，实现脑网络高效协调的信息分离与整合，从而促进运动功能恢复。
为验证这一假设，研究人员开展了一项探索性随机对照试验，纳入了50例伴有上肢运动功能障碍的缺血性脑卒中患者，随机分为真实rTMS组和假刺激对照组。所有患者在接受常规康复治疗基础上，rTMS组接受为期8周的cM1 LF-rTMS治疗，刺激参数为1Hz频率、90%静息运动阈值强度，每次1200个脉冲。
研究采用多模态磁共振技术，包括扩散张量成像(DTI)和静息态功能磁共振(rs-fMRI)，结合先进的脑网络分析方法，重点评估了干预前后不同水平SC-FC耦合的变化。具体技术方法包括：利用PANDA软件处理DTI数据构建结构连接矩阵，使用DPARSF软件处理rs-fMRI数据构建功能连接矩阵，基于AAL 90图谱定义脑网络节点和5个功能模块，计算全脑、半球和模块水平的SC-FC耦合，并进一步分析半球SC-FC耦合偏侧化指数(LI)、模块内连接、模块间连接和节点参与系数(PC)等指标。
运动功能评分比较
结果显示，干预后rTMS组Fugl-Meyer上肢评分(FMA-UE)改善更为显著，增加了18.30±6.27分，而对照组仅增加11.55±4.21分，组间差异具有统计学意义(P<0.001)，表明cM1 LF-rTMS能有效促进脑卒中患者上肢运动功能恢复。
SC-FC耦合分析
在全脑水平，两组干预后全脑SC-FC耦合均增强，但rTMS组变化更为明显(P=0.037)。在半球水平，rTMS组健侧半球SC-FC耦合增幅较小(P=0.020)。在模块水平，rTMS组患侧体感/运动和听觉网络SC-FC耦合显著增强(P=0.014)，而健侧体感/运动和听觉网络(P=0.037)、患侧边缘/旁边缘和皮下网络(P=0.040)及双侧默认模式网络(PL=0.046，PR=0.043)的SC-FC耦合降低。
半球SC-FC耦合LI和模块特征
rTMS组干预后半球SC-FC耦合LI较对照组增加(P=0.045)，且趋向于0，表明半球间兴奋-抑制平衡趋于正常化。结构网络分析显示，rTMS组患侧体感/运动和听觉网络模块内连接强度显著增加，而健侧相应网络降低。功能网络分析发现，rTMS组患侧体感/运动和听觉网络与边缘/旁边缘和皮下网络间的模块间连接强度显著降低，双侧默认模式网络间连接减弱，而与患侧边缘/旁边缘和皮下网络间连接增强。
脑网络特征变化与运动功能的部分相关分析
相关分析显示，在rTMS组中，全脑SC-FC耦合强度(r=0.477，P=0.045)和患侧体感/运动和听觉网络变化(r=0.474，P=0.047)与FMA-UE评分改善呈正相关，而健侧半球SC-FC耦合(r=-0.489，P=0.039)和体感/运动和听觉网络(r=-0.486，P=0.041)与FMA-UE评分变化呈负相关。半球SC-FC耦合LI变化(r=0.560，P=0.016)和健侧默认模式网络与患侧边缘/旁边缘和皮下网络间模块间连接强度(r=0.479，P=0.044)与FMA-UE评分呈正相关。对照组的相关分析结果无统计学意义。
本研究通过多水平SC-FC耦合分析，初步阐明了cM1 LF-rTMS促进脑卒中运动功能恢复的脑网络机制。研究表明，cM1 LF-rTMS能够诱导全脑、半球和模块水平的SC-FC耦合向更优化的配置方向发展，整合协调大规模运动、感觉和认知控制脑网络，恢复兴奋-抑制动态平衡。这些改变与脑卒中后上肢运动功能改善密切相关，表明SC-FC耦合可作为预测脑卒中患者神经可塑性变化的敏感神经影像学生物标志物，为评估cM1 LF-rTMS在神经调控运动康复中的疗效提供了新依据。
该研究的创新之处在于首次从多水平SC-FC耦合角度系统揭示了rTMS的神经调控机制，为理解脑卒中后运动功能恢复的脑网络重组提供了新视角。未来需要更大样本的多中心研究进一步验证这些发现的可靠性，并探索更复杂的计算模型以深入理解间接结构路径对功能连接的影响。
