《Frontiers in Neurology》：Effect of canalith repositioning on resting-state brain functional connectivity in patients with benign paroxysmal positional vertigo
1 引言
良性阵发性位置性眩晕（BPPV）是最常见的外周前庭性疾病之一，约占眩晕患者的17–42%。其典型特征为由特定头位变化诱发的短暂眩晕和特征性眼震，症状通常不超过60秒。BPPV临床表现多样，包括恶心、呕吐及平衡障碍，且在老年人群中更为普遍。目前公认的发病机制是碳酸钙晶体从椭圆囊斑异常脱落并移行至半规管，这些脱落的耳石可能增强前庭对重力刺激的敏感性，从而引发眩晕和眼震。此外，BPPV的发生与年龄、性别、头外伤、高血压、偏头痛等多种风险因素相关。
功能性近红外光谱（fNIRS）是一种基于血流动力学反应的无创脑功能监测技术。它利用近红外光（650–950 nm）对生物组织的穿透性以及血红蛋白物种（氧合血红蛋白HbO，脱氧血红蛋白HbR）对光的不同吸收特性，通过修正的比尔-朗伯定律量化光源与探测器之间的光衰减，从而计算皮层血红蛋白浓度的相对变化。fNIRS具有无创、便携、成本低等优点，适用于认知、情绪、运动控制等多种脑功能研究。其在神经科学和临床医学中的应用不断扩展，尤其在探究特定刺激下的神经反应机制方面展现出独特优势。fNIRS对运动伪影的耐受性使其特别适用于行走、社交互动、康复训练等自然情境下的脑活动研究。
本研究旨在利用fNIRS技术，分析BPPV患者耳石复位治疗前后静息态HbO信号的功能连接强度，从而探讨该疗法对BPPV患者静息态脑功能网络的影响。此举将阐明治疗效果的神经机制，深化对BPPV病理生理学及治疗后神经可塑性重组机制的理解，并有望为评估复位疗效和优化治疗策略提供新的神经影像学生物标志物，最终为BPPV的精准诊疗贡献力量。
2 材料与方法
2.1 参与者
研究纳入了2024年7月至2025年7月期间在空军特色医学中心眩晕中心就诊的50例BPPV患者作为实验组（男性17例，女性33例；平均年龄49.50 ± 11.64岁），其中包括38例后半规管耳石症（PSC-Can）和12例水平半规管耳石症（HSC-Can）。同时招募50名健康志愿者（男性19例，女性31例，平均年龄46.30 ± 13.25岁）作为对照组。所有参与者均签署了知情同意书，研究方案经空军特色医学中心伦理委员会批准（批准号：2024-91-PJ01）。
2.2 实验设备与量表
研究采用VertiChair BPPV诊疗系统进行诊断和耳石复位治疗。后半规管耳石症使用Dix-Hallpike试验诊断并采用Epley法复位，水平半规管耳石症使用Roll试验诊断并采用Barbecue法或Gufoni法复位。采用NirSmart-500pro设备采集BPPV患者静息态数据。临床症状评估采用头晕障碍量表（DHI）量化疾病对日常生活活动的影响，并应用视觉模拟量表（VAS）评估眩晕主观严重程度。
2.3 数据采集与预处理
实验采用NirSmart-500pro功能性近红外光谱系统连续测量和记录参与者大脑中HbO和脱氧血红蛋白（HbR）的浓度变化。使用配备32个光源和27个探测器的头帽，形成79个有效测量通道，平均源-探测器间距为3厘米。根据既往研究，将测量通道分为五个感兴趣区：前额叶皮层（PFC）、中颞回（MTG）、双侧运动皮层（MC）和双侧体感皮层（SC）。由于HbO信号在功能连接研究中具有更高的信噪比，后续分析仅聚焦于HbO信号。
参与者在静息态数据采集前，需舒适静坐3分钟以达到平静状态。正式采集时，受试者保持身体静止放松，避免刻意思考或计数，双眼注视屏幕中央的“+” fixation十字，持续采集10分钟静息态fNIRS数据。成功接受耳石复位治疗的BPPV患者于治疗后30分钟进行第二次fNIRS数据采集，并再次完成DHI和VAS量表。
数据预处理采用NirSpark软件包进行，包括原始数据质量检查、运动伪影校正（样条插值算法）、带通滤波（0.01–0.08 Hz）以衰减生理噪声，并基于修正的比尔-朗伯定律将光密度信号转换为HbO浓度变化。通道间的功能连接强度通过计算Pearson相关系数并进行Fisher‘s Z转换以进行后续统计分析。
2.4 样本量计算
基于预实验数据，设定显著性水平（α）为0.05（双尾），统计效能（1?β）为0.90，计算得出所需最小样本量为45例。为提高研究可靠性并考虑10%的失访或数据排除率，最终样本量确定为50例。
2.5 统计分析
采用独立样本t检验比较健康对照组与BPPV患者基线静息态FC值及年龄的组间差异，采用χ2检验比较性别、教育水平及高血压、糖尿病、高脂血症等基础病患病率；采用配对样本t检验分析BPPV组复位前后的静息态FC值及量表评分，统计学显著性设定为p < 0.05。此外，采用Spearman相关分析评估DHI评分、VAS评分与全脑平均FC强度之间的关系，以及VAS评分与视觉皮层区域FC强度的关系。
3 结果
3.1 研究对象基线特征
两组受试者在性别、年龄、教育水平方面均无统计学显著差异（p > 0.05）。
3.2 fNIRS静息态功能连接结果
3.2.1 基线差异
在全脑水平，BPPV组与对照组平均FC强度无统计学显著差异（t = 1.695, p > 0.05）。
在感兴趣区水平，BPPV患者特定区域对之间的FC强度显著更高，具体表现为MTG-MC（t = 3.341, p < 0.01）以及MTG-SC（t = 3.645, p < 0.01）连接增强。
3.2.2 复位效果
耳石复位显著改变了BPPV患者的静息态FC模式：
全脑分析显示，复位前平均FC强度（0.58 ± 0.22）显著高于复位后（0.50 ± 0.20）（t = 3.171, p < 0.01）。
感兴趣区水平分析显示，复位后七个区域对FC强度显著降低，包括PFC-OC（t = 2.832, p < 0.05）、PFC-MTG（t = 2.713, p < 0.05）、PFC-MC（t = 2.192, p < 0.05）、OC-MC（t = 3.235, p < 0.01）、OC-SC（t = 3.088, p < 0.01）、MTG-MC（t = 3.461, p < 0.01）和MTG-SC（t = 3.034, p < 0.01）。
3.2.3 复位后状态
在全脑水平和特定感兴趣区水平，患者组与对照组之间的平均FC强度均无统计学显著差异（p > 0.05）。
3.3 量表评估
相关性分析显示，DHI评分/VAS评分与全脑平均FC强度呈正相关，较高的FC值对应较高的量表评分（DHI: rs= 0.626, p < 0.01；VAS: rs= 0.674, p < 0.01）。
为探究视觉眩晕的神经机制，进一步分析了VAS评分与涉及OC的FC强度在复位前后的相关性。Spearman相关分析显示，复位前VAS评分与PFC-OC（rs= 0.576, p < 0.01）、OC-MC（rs= 0.548, p < 0.01）和OC-SC（rs= 0.428, p < 0.01）通路的FC强度呈显著正相关。然而，成功复位后，这些相关性不再具有统计学意义（p > 0.05）。
同时，DHI和VAS评分与感兴趣区内MTG-MC和MTG-SC连接强度呈正相关，连接值增加与量表评分升高相关。
BPPV组在复位前后完成了量表评估。配对t检验显示，复位后DHI总分显著降低（复位前: 38.46 ± 19.15；复位后: 29.44 ± 14.70；t = 3.894, p < 0.01），平均降低9.02分（降幅23.4%）。VAS评分也显著降低（复位前: 4.56 ± 1.62；复位后: 3.40 ± 2.10；t = 3.732, p < 0.01）。
4 讨论
4.1 治疗前连接增强与代偿性重组
本研究结果表明，与对照组相比，BPPV患者复位前平均连接强度显著升高，复位后显著降低。研究发现，BPPV患者治疗前MTG与MC以及MTG与SC之间的FC增强，表明脑功能网络发生了代偿性重组。
BPPV的核心病理涉及耳石从椭圆囊/球囊斑脱落导致半规管嵴顶移位，进而引发异常的前庭-眼反射和姿势失衡。这种异常的前庭输入持续挑战负责空间定向、平衡感知和多感觉整合的脑网络。MTG（尤其是靠近颞顶叶交界处）是前庭处理和空间整合的关键皮层枢纽。MC计划和执行对姿势控制至关重要的运动指令，而SC处理对于维持静态/动态平衡至关重要的本体感觉和触觉反馈。
面对引发空间定向障碍和眩晕的异常前庭输入，大脑激活代偿机制以维持姿势平衡和运动协调。MTG-MC连接增强可能反映了协调的加强，即处理异常空间信号的MTG更强劲地指导MC执行平衡纠正动作。MTG-SC连接增强可能体现了这种对本体感觉依赖的增加，使MTG能更有效地整合来自SC的本体感觉信号以“校正”或“抵消”错误的前庭输入，从而维持准确的空间身体图谱。MTG-MC和MTG-SC FC的同时加强共同构成了一个前庭-感觉运动代偿网络。
4.2 复位后FC降低与神经可塑性
复位后全脑和区域FC强度的降低代表了前庭传入信号正常化后神经可塑性驱动的适应。成功的复位将脱位的耳石恢复至椭圆囊，消除了异常的内淋巴流动动力学。因此，前庭神经输入从病理性信号转变为生理性反馈。与卒中康复中运动皮层连接随着功能恢复而减少类似，本研究的发现表明，代偿需求减少允许BPPV患者冗余连接的向下调节。随着生理性前庭输入的恢复，中枢神经系统停止持续处理冲突的感觉信号，使得代偿性神经激活不再必要。这种调整依赖于动态神经可塑性：突触强度重塑最初在病理期间加强了冗余连接，但复位后，突触抑制减少了这些通路中的同步性，使神经回路回归精确协作模式——从而降低代谢成本和异常信号干扰，最终表现为FC的合理化降低。
研究观察到FC强度的降低特别涉及PFC和OC、MTG、MC等其他几个脑区。作为高阶认知控制、多感觉整合和注意调节的核心枢纽，PFC在BPPV病理状态下FC强度的增强及其复位后的正常化，突显了认知过程在大脑代偿和恢复机制中的关键作用。
在BPPV急性期，异常前庭输入与正常视觉、本体感觉信号之间的持续冲突导致空间定向障碍和眩晕。我们推测，为了对抗这种冲突并维持姿势稳定性，大脑不仅增强了感觉运动区域内的低层级整合，还招募了高阶认知资源来抑制不准确的感觉信号、重新分配注意力并执行更复杂的平衡控制策略。PFC与MC、OC、MTG之间连接强度的增强可能反映了这种“认知代偿”机制。成功的耳石复位消除了异常前庭输入的来源，从而恢复了前庭、视觉和本体感觉系统之间的协调。随着感觉冲突的解决，大脑不再需要耗能的、PFC依赖的认知代偿机制。因此，病理阶段增强的PFC与感觉运动/视觉区域之间的功能连接减弱，标志着从有意识的、努力驱动的控制模式回归到自动化和高效的姿势控制模式。这种PFC相关连接的下调，与整体连接强度的降低一致，代表了中枢神经系统解除不必要代偿过程的重要机制，从而优化功能效率并节约能量。
4.3 视觉依赖代偿与症状相关性
本研究观察到复位后OC与PFC、MC、SC等多个脑区之间的FC同步降低，表明成功治疗后视觉处理通路中的神经活动发生了显著改变。结合VAS评估的症状改善，推测此现象可能与BPPV常见的视觉依赖代偿机制及其随后的解除密切相关。
在BPPV急性期，异常的前庭输入破坏了多感觉整合的平衡。为了维持空间定向和姿势稳定性，患者越来越依赖视觉线索。这种增强的视觉依赖不仅是重要的中枢代偿策略，也可能构成视觉眩晕症状的神经基础。根据多感觉整合理论，当前庭功能受损时，大脑会重新分配感觉权重并增加对视觉信号的依赖。因此，本研究中观察到的PFC-OC、OC-MC和OC-SC连接增强可解释为跨模式代偿的神经表征：PFC可能参与视觉信息处理的认知调节，而视觉、运动和体感皮层之间增强的协调有助于在动态环境中基于视觉线索进行更精确的运动调整。
为直接验证视觉依赖与临床症状的关系，进一步分析了VAS评分与OC相关FC强度的相关性。复位前，VAS评分与PFC-OC、OC-MC和OC-SC连接强度呈显著正相关，为上述假设提供了直接证据：视觉眩晕越严重，视觉网络与其他脑区的协同活动越强。成功复位并消除异常前庭传入信号后，这些相关性不再显著。这表明一旦异常输入被移除，大脑对过度视觉代偿的需求减少，视觉网络的FC强度与眩晕主观体验之间的关联被解离。神经活动从而从代偿性的高负荷状态回归到高效、自动化的平衡多感觉整合状态。
总之，本研究首次通过fNIRS从FC强度变化的角度为BPPV中视觉依赖的存在及其可逆性提供了客观证据，并通过症状-神经相关性分析揭示了这种代偿与临床症状之间的量化关系。研究结果表明，复位治疗不仅纠正了外周前庭障碍，而且从根本上促进了中枢感觉权重分配的正常化。
4.4 临床症状改善与神经相关性
临床上，复位后DHI和VAS评分的显著降低与既有证据一致。DHI量化眩晕对日常生活的影响，VAS反映主观症状强度；它们的改善验证了复位的临床疗效。FC强度变化与临床症状改善之间的正相关表明，神经适应性重塑与症状缓解之间存在时空耦合，这使fNIRS成为具有临床相关性的工具，对解读前庭疾病中的神经功能网络动力学具有机制解释力。
4.5 研究意义与局限性
本研究首次系统应用fNIRS刻画了BPPV患者的神经代偿特征。通过利用fNIRS的高时间分辨率成功捕捉复位治疗后脑网络功能连接强度的改变，填补了该领域的研究空白，建立了一种新的神经影像学生物标志物。
在临床价值方面，研究发现了中颞回与运动/体感皮层功能连接的异常增强，为空间感知代偿机制提供了客观证据，并建立了FC强度与临床症状严重程度之间的量化关联。方法学上，研究利用了fNIRS对运动伪影固有的高耐受性，从而克服了传统功能磁共振成像（fMRI）研究眩晕的局限性，同时实施了标准化的实验方案以确保数据可靠性。
本研究也存在局限性：首先，虽然50例BPPV患者的样本量符合前庭疾病神经影像学研究的常见标准，但特定临床亚型（如双侧BPPV、同侧多管BPPV和轻嵴顶）在复位技术和神经代偿机制方面存在显著差异；因此，这些特定亚型被排除在外以确保神经可塑性观察的稳定性。未来研究应扩大样本量并采用分层入组，系统纳入所有临床亚型，以便比较不同病理变异下的前庭-皮层网络重组。
其次，fNIRS固有的空间分辨率和有限的穿透深度限制了对关键深部脑结构的定位精度；因此建议后续研究采用多模态整合方法，将fNIRS与电生理、fMRI等技术结合，此类多模态方法有望克服当前局限性，推动前庭康复精准医学的发展。为准确捕捉复位治疗后的即时神经调整，第二次fNIRS评估在术后30分钟进行。选择这个时间点是为了尽量减少短期不适的干扰，并阐明中枢代偿机制的快速启动；然而，它并未考虑可能持续数天或数周的较长时程神经可塑性。前庭系统的完全代偿和适应涉及一个多阶段过程，从短期调制到长期结构重组。本研究的结果主要反映了BPPV复位后脑网络活动的早期快速变化，这可能与认知负荷的释放有关。未来采用多个时间点（如24小时、7天和1个月）的纵向研究将有助于描绘从前庭恢复到中枢神经可塑性成熟的完整动态轨迹，从而提供更深入的机制见解。
