《Pediatric Neurology》：Multi-Echo Resting-State Functional Magnetic Resonance Imaging Analysis of Attention-Deficit/Hyperactivity Disorder Severity and Motor Dysfunction in a Pediatric Sample of Neurofibromatosis Type 1
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目的：神经纤维瘤病1型（Neurofibromatosis Type 1，NF1）是一种异质性神经发育障碍，其运动缺陷和注意缺陷多动障碍（Attention-Deficit/Hyperactivity Disorder，ADHD）的发生率高于典型人群。为表征与
目的：神经纤维瘤病1型（Neurofibromatosis Type 1，NF1）是一种异质性神经发育障碍，其运动缺陷和注意缺陷多动障碍（Attention-Deficit/Hyperactivity Disorder，ADHD）的发生率高于典型人群。为表征与这些损伤相关的网络水平变化，研究人员将NF1青少年的功能连接与典型发育（Typically Developing，TD）对照组进行了比较。在NF1队列中，研究人员分析了功能连接、运动损伤和ADHD严重程度之间的关系。方法：32名参与者（16名NF1，16名TD；8-16岁）接受了静息态功能磁共振成像（resting-state functional magnetic resonance imaging，rsfMRI）。对网络种子点（感觉运动、默认模式、突显网络和背侧注意网络）进行了种子点到体素的分析。研究人员测试了大脑体素间的组间差异，并通过将功能连接与细微体征身体和神经检查（Physical and Neurological Examination of Subtle Signs，PANESS）的运动评分和父母报告的ADHD评定量表的ADHD严重程度相关联，检查了NF1组内的脑-行为关联。结果：NF1青少年在感觉运动网络内表现出皮质-皮质超连接和皮质-皮质下低连接，并且在默认模式、背侧注意、额顶叶和视觉空间网络内部及之间存在超连接。在NF1青少年中，较差的运动表现与皮质-皮质感觉运动内部连接和感觉运动-视觉空间连接的减少有关。更严重的注意力不集中症状与默认模式-感觉运动连接的减少、默认模式-视觉空间连接的增加以及背侧注意-额顶叶连接的增加有关。默认模式-感觉运动/视觉空间超连接与更严重的ADHD总症状相关。解释：默认模式、感觉运动和视觉空间网络之间的无效整合可能与NF1的运动和注意力表型有关，并且可能作为一种候选生物标志物，有待在更大、更具异质性的样本中进行复制。研究人员还证明了伴有共病神经发育困难的NF1青少年中存在代偿性超连接的初步证据。
研究背景
神经纤维瘤病1型（Neurofibromatosis Type 1，NF1）是一种常染色体显性遗传的神经发育障碍，由NF1基因的功能缺失突变引起，影响约1:2500的个体。该疾病属于RASopathy家族，其病理机制涉及RAS-MAPK信号通路的改变，进而影响细胞增殖与分化。NF1患者常伴随中枢神经系统受累，其中注意缺陷多动障碍（Attention-Deficit/Hyperactivity Disorder，ADHD）的发生率高达50%，且多表现为视空间领域的执行功能缺陷。此外，NF1患者的运动功能普遍低于典型发育（Typically Developing，TD）人群，且运动发育较差与认知功能障碍密切相关。尽管NF1的基因机制已较为明确，但其认知和运动困难背后的神经生物学机制仍不清楚。既往多模态神经影像学研究提示，NF1的认知、行为和运动异常可能与兴奋-抑制失衡导致的广泛网络连接异常有关，包括任务态下前额叶、腹侧注意和运动区域的低激活，以及静息态下局部功能连接增加但长程连接减少和网络分离度下降。然而，大多数fMRI研究主要关注任务表现与脑活动的关系，而非与临床常用量表的相关性。因此，阐明NF1中经典网络连接与验证诊断量表的关系，对于理解其行为和运动困难、提供基于静息态功能磁共振成像（resting-state functional magnetic resonance imaging，rsfMRI）的临床试验终点以及实现更精确的诊断分层具有重要意义。本研究旨在比较NF1与TD青少年的种子点到体素的静息态功能连接，并探讨网络连接与临床量表评分（运动发育和ADHD严重程度）之间的关系。
研究方法
本研究是一项横断面的病例对照和维度（仅限NF1组内）队列研究。NF1组纳入标准为：年龄8至16岁364天，符合NIH NF1诊断标准，医疗记录显示存在行为/学习困难证据，总体健康状况良好，无重大精神疾病，考夫曼简明智力测验第二版（Kaufman Brief Intelligence Test, Second Edition）全量表智商>70，允许患有ADHD或轻度焦虑且精神类药物剂量稳定至少30天。TD对照组通过社区广告招募，年龄和性别与NF1组匹配，排除了严重躯体疾病、认知障碍、学习障碍和精神疾病诊断，其影像数据来源于其他已获许可用于未来研究的多回波（Multi-Echo，ME）-rsfMRI序列。所有参与者或其监护人均签署知情同意书，研究经辛辛那提儿童医院医疗中心机构审查委员会批准。
运动功能采用细微体征身体和神经检查（Physical and Neurological Examination of Subtle Signs，PANESS）评估，ADHD症状采用杜波依特ADHD评定量表（DuPaul ADHD-rating scale，ADHD-RS）的父母报告版本获取，注意力功能采用注意力变量测试（Test of Variables of Attention，TOVA）评估。所有MRI数据均在同一台飞利浦3T MR 7700系统上采集，包括多回波rsfMRI序列和高分辨率三维T1加权快速场回波（Fast Field Echo，FFE）结构像。
影像数据处理流程如下：首先使用SPM12对每个回波进行头动校正（以第一个回波的校正参数为基准），随后进行切片时间校正并输入Tedana工具箱。Tedana利用血氧水平依赖（Blood-Oxygenation-Level-Dependent，BOLD）信号与弛豫时间T2的直接关系，拟合单指数衰减得到T2，计算基于T2*的最优回声加权平均值，然后通过主成分分析和独立成分分析进行降维，去除基于TE依赖性代表非BOLD信号的成分，得到去噪后的fMRI时间序列。之后在SPM中继续进行组织分割和T1加权结构像到蒙特利尔神经学研究所（Montreal Neurological Institute，MNI）空间的标准化，并将MNI变换应用于去噪后的fMRI序列，最后使用8mm高斯核进行平滑。在CONN工具箱中，使用Artifact Detection Toolbox识别潜在的异常扫描（帧位移>2mm或全局BOLD信号变化>5个标准差），回归掉白质和脑脊液内的生理噪声信号、六个头动校正参数及其一阶导数，并进行0.008至0.09Hz的带通滤波。基于CONN中提供的经典网络图谱定义种子区域，采用加权一般线性模型估计种子点到体素的功能连接强度，表示为Fisher转换的双变量相关系数。
组间分析采用一般线性模型框架，以种子点到全脑体素的功能连接为因变量，组别（NF1 vs TD）为自变量，并控制年龄和性别。脑-行为相关性分析仅在NF1组内进行，将自变量替换为相应的临床量表评分。所有推断均基于高斯随机场理论的参数统计，采用体素水平p<0.001的聚类形成阈值和聚类水平家族wise错误校正（Family-Wise Error，FWE）p-FWE<0.05，并根据分析的种子点数进行Bonferroni校正。
研究结果
NF1 vs. TD
感觉运动网络连接：经过Bonferroni校正后，与TD同龄人相比，NF1参与者表现出感觉运动网络内的皮质-皮质超连接和皮质-皮质下低连接。具体而言，右侧中央前回（PreCG）和中央后回（PostCG）分别与双侧辅助运动区（Supplementary Motor Area，SMA）的连接显著增加；相反，右侧尾状核与重叠左侧初级感觉运动皮层（SM1）的体素连接显著减少。
背侧注意、突显和默认模式网络连接：经过Bonferroni校正后，研究人员观察到NF1相关的默认模式、感觉运动、额顶叶和背侧注意网络内部及之间的超连接。右侧顶内沟（Intraparietal Sulcus，IPS，属于背侧注意网络）与左侧SM1的连接更高；前扣带回皮层（Anterior Cingulate Cortex，ACC，属于突显网络）与重叠右侧额中回（Middle Frontal Gyrus，MFG）和额极（Frontal Pole，FP）的体素（属于额顶叶网络）显示出更高的连接；右侧外侧顶叶皮层（Lateral Parietal Cortex，LPC，属于默认模式网络）与左侧楔叶皮层的连接显著增加。
脑-行为分析
运动发育（PANESS）：经过Bonferroni校正后，在NF1组内，研究人员发现感觉运动网络内部以及感觉运动与视觉空间网络之间的连接降低与更差（更高）的PANESS评分相关。具体表现为：左侧PostCG与左侧上外侧枕叶皮层（Superiolateral Occipital Cortex，slOC）和角回（Angular Gyrus，AG）的连接降低，以及左侧SMA与右侧PreCG和PostCG的连接降低。
ADHD-RS注意力不集中：经过Bonferroni校正后，在NF1组内，背侧注意与额顶叶网络之间连接的增加，以及默认模式与感觉运动网络之间连接的减少，与较高水平的ADHD-RS注意力不集中显著相关。具体表现为：左侧额眼区（Frontal Eye Field，FEF）与右侧FP的连接增加，以及左侧LPC与左侧PreCG和PostCG的连接减少。
ADHD-RS多动：经过Bonferroni校正后，未发现与多动存在显著关系的区域。未校正结果显示，额顶叶、背侧注意、视觉和默认模式网络之间连接的增加和减少均与NF1组内更多的多动相关。
ADHD-RS总分：经过Bonferroni校正后，默认模式网络区域（左侧LPC）与左侧PostCG之间功能连接的降低与较高的ADHD-RS总分相关。未校正结果显示，默认模式网络区域（内侧前额叶皮层，Medial Prefrontal Cortex，MPFC）与右侧顶上小叶（Superior Parietal Lobule，SPL）之间连接的增加与较高的ADHD-RS总分相关。
TOVA总分：经过Bonferroni校正后，未发现显著相关的聚类。校正前有一个显著聚类，显示左侧LPC与左侧slOC之间连接降低与较差的TOVA总分相关。
讨论与结论
讨论部分指出，本研究定义了NF1青少年与TD青少年在预设网络中的体素级多回波静息态功能磁共振成像（ME-rsfMRI）功能连接差异，并在NF1组内将这些网络连接与验证的运动发育和ADHD症状严重程度的临床量表进行了关联。NF1参与者表现出相对于TD同龄人的皮质-皮质感觉运动网络连接增加和皮质-皮质下连接减少，以及感觉运动-视觉空间和感觉运动内部网络连接的降低，这与更高的PANESS运动发育评分显著相关。此外，在NF1样本中，研究人员观察到背侧注意、感觉运动、默认模式、视觉和突显网络内部及之间的连接更高。网络间和网络内连接的减少——尤其是默认模式-感觉运动/视觉空间连接——通常与更严重的ADHD症状相关。综上所述，这些发现表明，伴有ADHD和运动损伤的NF1青少年可能表现出整体的超连接网络结构，而与观察到的共病发育困难相关的无效网络整合有关。
研究结论为：运动损伤和ADHD症状学是NF1中发生率高于典型人群神经发育困难。研究表明，多个网络之间的异常视觉空间和感觉运动整合可能与受影响个体的运动损伤和ADHD严重程度有关，并为伴有神经发育合并症的NF1青少年中存在代偿性功能超连接提供了初步证据。这些连接模式作为潜在的定量临床试验终点值得进一步研究。此外，未来纳入更广泛的NF1样本和ADHD对照组的研究，对于理解NF1和ADHD之间多动/注意力不集中症状的重叠和区别至关重要。
