《Progress in Neuro-Psychopharmacology and Biological Psychiatry》：Aberrant structural-functional connectivity coupling in migraineurs is associated with mental behavioral scores and neurotransmitter
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偏头痛患者存在结构-功能耦合（SC-FC）异常，本研究通过DTI和DKI方法比较72例偏头痛患者与54例健康对照的SC-FC耦合差异，发现区域层面右侧丘脑及运动皮层异常，网络层面躯体运动网络、前额顶控制网络和默认模式网络显著差异，并与焦虑评分及5-羟色胺2a受体水平相关。
李岩|黄梅|舒坤|陈凯昂|傅芳旺|曹永刚|刘坤|王和波|刘晓正
中国浙江省温州市温州医科大学第二附属医院及玉英儿童医院神经科，邮编325027
摘要
先前的研究已经发现偏头痛患者在结构和功能连接性方面存在大脑网络异常。然而，偏头痛患者结构和功能连接性（SC-FC）耦合的潜在机制仍不清楚。本研究首次利用静息态功能性磁共振成像和扩散峰度成像方法探讨了偏头痛患者的SC-FC耦合机制。我们收集了54名健康对照组和72名偏头痛患者的多模态磁共振成像数据，比较了两组在区域层面和网络层面的SC-FC耦合情况，并将差异化的SC-FC耦合信号与临床量表和神经递质谱进行了关联分析。与健康对照组相比，偏头痛患者在Right_ContB_IPL_2和Right_SomMotB_S2_2区域的区域扩散张量SC-FC耦合存在显著差异。在网络层面，偏头痛患者的体感运动网络、额顶叶控制网络和默认模式网络的扩散峰度SC-FC耦合也表现出显著差异。此外，偏头痛患者的扩散峰度SC-FC耦合与焦虑评分之间存在显著相关性。两组在扩散张量SC-FC耦合方面的差异与5-羟色胺2a有显著关联。我们的研究结果表明，偏头痛患者的SC-FC耦合模式存在异常，这种异常与精神行为和神经传递有关。扩散峰度SC-FC耦合和扩散张量SC-FC耦合为探索大脑网络的耦合机制提供了不同的视角。
引言
偏头痛是一种高发且致残的神经系统疾病，全球患病率超过10亿人，年龄标准化患病率为14.4%（Stovner等人，2018年）。头痛发作具有反复性，常伴有神经系统症状（Chou等人，2023年）。偏头痛常与肥胖、睡眠障碍、抑郁和焦虑等共病情况相关（Chou等人，2023年）。然而，偏头痛的成像机制仍不明确。
多模态功能性磁共振成像研究显示，偏头痛患者的结构和功能网络存在异常（Li等人，2024年；Cheng等人，2024年；Zhang等人，2017年）。偏头痛患者的额叶和下丘脑的有效连接性存在异常（Li等人，2024年）。前扣带回、中颞回和角回的功能连接性也存在异常（Cheng等人，2024年）。偏头痛患者的初级体感皮层和右侧前运动皮层的自发脑活动明显减弱（Zhang等人，2017年）。与健康对照组相比，偏头痛患者的白质结构连接性发生显著改变，涉及上额回等区域（Planchuelo-Gómez等人，2020年）。伴有抑郁/焦虑症状的偏头痛患者的胼胝体、内囊和上纵束的白质微结构发生显著变化（Rahimi等人，2022年）。
随着多模态功能性磁共振成像（fMRI）技术的发展，结构连接性（SC）和功能连接性（FC）在网络层面上表现出一定程度的一致性（Puxeddu等人，2022年）。在健康成人中，白质结构连接性与灰质功能连接性之间存在显著正相关（Puxeddu等人，2022年；Gu等人，2021年）。与健康对照组相比，抑郁患者的默认模式网络的区域SC-FC耦合增强，而额顶叶网络的区域SC-FC耦合减弱（Chu等人，2025年）。无先兆偏头痛患者的SC-FC耦合强度降低。然而，这项研究的样本量较小，未发现SC-FC耦合强度与临床变量之间的关联（Li等人，2017年）。目前，关于偏头痛患者SC-FC耦合的脑机制研究尚缺乏。
目前大多数关于SC-FC耦合的研究基于扩散张量成像（DTI）（Wu和Cheung，2010年）。由于DTI采用单张量模型，其在纤维交叉、重叠或扇形纤维区域存在局限性。球形反卷积方法可以通过利用连接不同脑区纤维的长度或表观纤维密度来解决纤维交叉问题并构建结构连接性矩阵（Gu等人，2021年）。扩散峰度成像采用高阶统计模型重建白质纤维结构，从而表征水分子的非高斯扩散特性。DKI已在临床研究中得到广泛应用，但基于DKI的纤维结构研究仍较少（Steven等人，2014年）。
神经递质异常被认为与偏头痛的病理生理机制有关（Noseda等人，2017年）。5-羟色胺2A（5HT2a）受体的激活会引起脑血管扩张，并使三叉神经系统中的血管周围痛觉感受器和中枢痛觉神经元敏感化，从而触发偏头痛发作（Srikiatkhachorn等人，2002年）。伴有多巴胺能症状的偏头痛发作持续时间更长，且致残性更强（Barbanti等人，2020年）。最近开发的JuSpace工具提供了位于标准空间的神经递质PET图谱，该工具为将神经影像学与潜在的神经递质信息联系起来提供了生物学上有意义的框架（国际头痛协会头痛分类委员会，2018年）。
在本研究中，我们使用静息态功能性磁共振成像（rfMRI）和扩散峰度成像（DKI）方法探讨了偏头痛患者的SC-FC耦合机制。我们研究了偏头痛患者的DT SC-FC耦合和DK SC-FC耦合的特征，并将SC-FC耦合的差异与神经递质谱进行了关联分析，以研究神经递质与SC-FC耦合变化之间的关系。
参与者
本研究在一家三级头痛中心进行，从2023年3月到2024年6月共招募了73名偏头痛患者和56名年龄和性别匹配的健康对照组。使用MATLAB脚本sampsizepwr计算的统计功效值为80%。两名专门研究头痛疾病的神经科医生评估了MRI和神经心理学结果，并根据《国际头痛疾病分类》第三版（ICHD3，2018年）对偏头痛进行了明确诊断。
神经心理学结果
研究共纳入72名偏头痛患者（9名男性；平均年龄34.7±10.0岁）和54名健康对照组（24名男性；平均年龄31.4±9.2岁）。偏头痛患者和健康对照组在年龄和性别方面没有显著差异（z = ?0.7490，P = 0.4533；平均帧位移z = ?0.0156，P = 0.7569）。人口统计数据和相关测试详见表1（见图1）。
异常的区域SC-FC耦合
偏头痛患者和健康对照组在SC-FC耦合方面表现出相似的特征
讨论
在本研究中，我们使用DKI和rfMRI研究了偏头痛患者的SC-FC耦合神经机制。与健康对照组相比，偏头痛患者的差异化脑网络位于SMN、FTP和DMN。偏头痛患者的SC-FC耦合信号与精神行为评分显著相关。
关于偏头痛的MRI研究和基于机器学习的诊断分类表明，SMN和DMN可能是可靠的标志物
结论
我们研究了偏头痛患者在区域和网络层面的DT SC-FC和DK SC-FC耦合机制。SC-FC耦合的异常脑区域位于SMN、FTP和DMN。DT SC-FC在区域层面具有更高的敏感性，而DK SC-FC在网络层面具有更高的敏感性。我们的结果表明，DT SC-FC耦合和DK SC-FC耦合可以作为研究大脑功能耦合的互补工具。
作者贡献
XZL和YL设计了研究。MH、KS、KYC和FWF进行了实验。YL、YGC、HBW和XZL解释了结果。KL、KS和MH验证了分析方法。XZL和YL分析了数据，并在撰写手稿中发挥了重要作用。所有作者均阅读并批准了最终手稿。
作者贡献声明
李岩：撰写 – 审稿与编辑、撰写 – 原初草稿、验证、监督、方法学、调查、正式分析、数据管理、概念化。黄梅：验证、资源获取、方法学、正式分析、数据管理。舒坤：软件开发、方法学、调查、正式分析、数据管理。陈凯昂：验证、资源获取、方法学、正式分析、数据管理、概念化。傅芳旺：验证、调查、正式分析、数据管理。
伦理批准和参与同意
本研究遵循了机构和/或国家研究委员会的伦理标准以及1964年赫尔辛基宣言。我们大学的伦理审查委员会批准了该项目（批准编号：2024-K-137-01）。所有参与者均签署了知情同意书。
