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这篇综述系统梳理了利用正电子发射断层扫描（PET）和单光子发射计算机断层扫描（SPECT）等分子神经影像技术，研究脑血流（CBF）和葡萄糖代谢功能连接（即分子连通性）的现有文献。它总结了从健康状态到多种神经精神疾病（如痴呆、运动障碍、精神疾病、癫痫、意识障碍）中的主要方法学、关键发现和临床意义，并探讨了多模态整合（如PET/MRI）与功能性PET（fPET）等前沿方向对未来全面理解脑连接组（connectome）的推动作用。
脑，这个人体最精密的器官，其复杂的功能依赖于神经、代谢和血管系统间精密的相互作用。分子神经影像技术，特别是正电子发射断层扫描（PET），为我们打开了一扇窗，让我们能够通过追踪区域脑血流（CBF）和葡萄糖代谢的动态关联，来窥探大脑宏观尺度的功能连接网络，这被称为“分子连通性”。一篇最新的范围综述系统性地回顾了这一领域的研究进展，为我们勾勒出一幅从健康到疾病状态下大脑能量与信息流动的“地图”。
引言：绘制大脑的能量与血流图谱
大脑是耗能巨大的器官，其活动高度依赖葡萄糖代谢和氧化代谢产生的能量（ATP）。现代神经影像技术正是通过捕捉与神经活动紧密耦合的代谢和血流动力学响应（如CBF、耗氧量和葡萄糖代谢）来间接推断神经活动。其中，PET技术扮演着核心角色。
用于测量脑灌注的常用示踪剂是氧-15标记水（[15O]H2O），它能快速反映神经活动引发的即时血管响应。而用于测量葡萄糖代谢的示踪剂氟代脱氧葡萄糖（[18F]FDG）则在细胞内被磷酸化并滞留，提供了数分钟时间尺度上大脑能量需求的快照，反映了网络功能的持续需求。
自Horwitz等人在1984年的开创性工作以来，研究者们发现解剖和功能相连的脑区其葡萄糖代谢率是相关的，这为“分子连通性”研究奠定了基础。随着统计方法的发展，从种子点相关分析、数据驱动技术（如主成分分析PCA、独立成分分析ICA）到基于图论的方法等多种手段被应用于提取分子连通性模式。
方法：一项系统的范围综述
本综述严格遵循PRISMA-ScR指南进行。研究团队在多个文献数据库中系统检索了利用PET或SPECT研究脑灌注或代谢连通性的原始论文。经过筛选，最终纳入了384项专门探讨神经功能（灌注和代谢）连通性的研究。这些研究覆盖了健康人群以及痴呆、运动障碍、精神疾病、癫痫和意识障碍等多种临床人群。
结果概览：研究趋势与人群分布
分析显示，过去二十年，研究焦点从灌注研究明显转向了葡萄糖代谢研究，并且从任务态范式更多地转向了静息态分析。
纳入的研究涉及六类主要人群：健康对照、痴呆谱系疾病、运动障碍、精神疾病、癫痫和意识障碍。其中，关于痴呆和运动障碍的研究数量最多。
健康大脑的分子连通性
早期研究多采用任务态灌注PET来探索感觉、运动和认知功能背后的网络。例如，在语言、记忆、注意力、感觉、痛觉和学习等任务中，研究者们观察到大脑网络会根据任务需求进行动态重组和连接，验证了经典神经心理学的模块化和可塑性理论。静息态研究则揭示了大脑基线功能架构，例如初级感觉运动区和前额叶作为重要的整合枢纽，以及默认模式网络（DMN）等内在网络的存在。
研究还发现，年龄、性别、教育水平、遗传多态性（如载脂蛋白APOE ε4等位基因）等因素都会影响静息态下的脑功能连接。例如，衰老常伴随特定网络（如前额叶-顶叶网络、DMN）连接的减弱；而高等教育水平则与更优化的全局脑网络拓扑结构相关。
多模态视角下的脑连通性
近年来，多模态研究成为热点。结合[18F]FDG-PET与磁共振成像（MRI）的研究表明，大脑代谢活动与结构（如皮质厚度）之间存在耦合。比较静息态功能磁共振成像（fMRI）与PET代谢连通性的研究发现，两者提取的网络既有相似之处，也存在差异。例如，在默认模式网络中，PET显示的连接强度可能弱于fMRI。这意味着代谢协方差与fMRI测到的时间同步性所反映的功能连接模式可能不完全相同。
尤其值得关注的是功能性PET（fPET）技术的发展，它通过持续示踪剂输注，能够以更高的时间分辨率追踪动态葡萄糖代谢过程。研究表明，fPET获得的代谢连通性与血氧水平依赖（BOLD）-fMRI功能连接的相似度，高于传统静态PET，特别是在额顶叶区域。这凸显了不同成像模态提供互补信息的价值。
痴呆谱系疾病中的连通性改变
在阿尔茨海默病（AD）中，无论是灌注还是代谢研究都发现，在疾病早期甚至临床症状出现前，大脑功能网络就已经发生改变。静息态网络，特别是默认模式网络（涉及后扣带回、楔前叶等）的连接显著受损。代谢连通性分析能够揭示在整体代谢水平尚未明显降低时即已出现的网络紊乱，支持AD是一种“断开综合征”的假说。研究还利用代谢连通性模式来预测轻度认知障碍（MCI）向AD的转化，并区分早发性与晚发性AD。
在额颞叶痴呆（FTD）中，代谢连通性改变的模式与AD不同，更多地涉及前部默认模式网络和凸显网络。行为变异型FTD、语义变异型原发性进行性失语等不同亚型也表现出特异的网络重组模式。甚至在无症状的致病基因（如MAPT）携带者中，也能发现特定的脑连接改变。
路易体痴呆（DLB）则表现出另一类特征性的连接异常，特别是涉及视觉相关脑区（如枕叶）的网络改变，这与患者常见的视幻觉等症状相关。运动控制环路和涉及多巴胺能通路的网络也在DLB中受损。代谢连通性分析有助于区分DLB与AD，尽管两者存在部分重叠。
运动障碍及其他疾病
在帕金森病（PD）、亨廷顿病（HD）等运动障碍中，代谢连通性研究揭示了基底节-丘脑-皮质环路以及小脑-脑干网络的异常，这些异常与运动症状及非运动症状（如认知下降、抑郁）相关。在精神分裂症、抑郁症等精神疾病中，发现了前额叶-边缘系统等情绪和认知调节网络的连接紊乱。在癫痫和意识障碍患者中，分子连通性分析有助于定位致痫网络、评估意识水平并探索其神经基础。
结论与未来方向
这篇综述表明，分子连通性研究，特别是基于静息态[18F]FDG-PET的代谢连通性分析，已成为评估大脑功能完整性和追踪疾病进展的强大工具。它在神经退行性疾病中作为生物标志物的潜力尤为突出。多模态PET/MRI研究揭示了代谢连接与血流动力学连接之间存在部分重叠。未来，整合宏观分子脑组织研究与神经生理学技术，将深化我们对健康和疾病状态下大脑连通性的理解。此外，全身PET/MRI数据或许能进一步阐明脑-体相互作用，从而构建一个更全面的连接组框架。
