孤立的条件的重组级以下的人不完全脊髓损伤后神经性疼痛

文摘

目标。探讨重组的条件在个人患有神经性疼痛(NP)不完全脊髓损伤(ISCI)和进一步披露NP的底层机制。方法。三维高分辨率t1加权结构图像和静息状态功能磁共振成像(rs-fMRI)获得的所有个人都使用3.0特斯拉的磁共振成像系统。比较分析的结构和功能连接与孤立的分区(FC)种子在10 ISCI个人级以下NP (ISCI-P), 11 ISCI个人没有NP (ISCI-N),和25名健康对照组(高碳钢)。脑岛的结构和功能改变之间的关联条件和视觉模拟量表(血管)分数使用SPSS 20的皮尔森相关分析。结果。与ISCI-N患者相比,当左侧岛叶后作为种子,ISCI-P显示增加了FC对小脑VIIb小脑八世,Brodmann 37 (BA 37)。种子,当左腹侧前脑岛ISCI-P表示增强FC BA18 ISCI-N患者相比。这些增加了FCs与脉管分数呈正相关。相对于高碳钢,ISCI-P提出增加FC在左侧海马当左背侧前脑岛被确定为种子。没有统计学差异的脑岛三组之间的条件。结论。我们的研究表明,独特的脑岛的FC在每个子区域模式表明岛分区参与NP处理ISCI后通过不同的俱乐部。此外,脑岛条件可以作为治疗目标ISCI后NP。

1。介绍

脊髓损伤(SCI)患者通常都有不同程度的神经性疼痛(NP),严重影响生活质量和功能康复1,2]。目前没有有效的治疗NP二级SCI因为缺乏理解底层机制。一些研究表明,中部的敏感和周围神经系统和相关的皮质重构被认为是发展的主要原因后NP SCI (3- - - - - -5]。这些重组位于与痛觉有关的区域4,6,7),如初级感觉皮层(S1),次级躯体感觉皮层(S2)和丘脑。然而,其他研究NP SCI后没有发现任何变化在这些领域(8,9]。因此,NP管理可能参与与疼痛的关键节点相关联的复杂的关系网络而不是简单的结构性变化(10]。

最近,脑岛,作为大脑边缘系统的一部分,已经逐渐被认为是一个脆弱的地区NP的条件(11,12]。存在D1和D2多巴胺受体在脑岛(13,14),参与慢性伤害感受的调制(15,16]。另一个管理组件γ酸氨基丁酸(GABA)受体,它主要是为了调节疼痛的阈值(17]。形态学研究发现岛体积的变化与NP个体,如减少孤立的体积在SCI患者NP (5,18]。和腹侧前岛叶(v-AI)体积将归一化后患者有效的治疗三叉神经痛(TN) [19]。此外,增加的脑血流量(CBF)是高度相关的疼痛强度(20.,21]。因此,孤立的形态和功能的改变在SCI后不可避免地伴随着疼痛,而脑岛的前部和后部在细胞结构和功能不同22,23),脑岛的条件已经涉及不同的功能概要痛楚的感觉(11,24,25]。前脑岛(AI)主要接收传入从丘脑内侧核(26),是相互联系的腹外侧前额叶和前额皮质,认知-情感组件相关的疼痛的处理(11]。后部脑岛(PI)主要是大脑皮层的一部分网络参与疼痛的感觉监管通过连接S1, S2, midcingulate皮层(11,27]。π还参与维持持续性痛(28),是与慢性疼痛的过程29日]。然而,早期的研究对岛分区的作用在疼痛的规定主要集中在健康对照组(高碳钢)或啮齿类动物(10,11,30.),而很少有研究关注功能的脑岛次区域病理性疼痛。考虑到盛行的NP二级SCI和孤立的易感性和异质性NP状态,有必要揭示岛分区的重组不完整的SCI患者(ISCI) NP。在当前的研究中,我们检验和封闭条件的结构和功能如何改变ISCI之后,旨在系统地调查NP的潜在机制。

2。材料和方法

2.1。参与者

总共有46个人他们招募了三组,包括10个ISCI个人级以下NP (ISCI-P)(男7女3,平均年龄的 ),11 ISCI个人没有NP (ISCI-N)(男4女7日的平均年龄 ),和25高碳钢(14男性和11个女性,平均年龄的 )。所有受试者符合入选标准:你是右撇子,没有既存的精神疾病或认知障碍影响功能的结果,如果没有相关的常规MRI证实了脑部疾病的历史。排除标准是MRI禁忌症,图像质量差,创伤性脑损伤,出现系统性疾病,或中枢神经系统障碍。

研究伦理委员会批准的协议是首都医科大学宣武医院,北京,中国。书面知情同意依照赫尔辛基宣言从每个参与者获得本研究的。

2.2。临床评估

磁共振成像(MRI)之前,所有接受采访的人来决定使用欧洲多中心研究疼痛的存在对SCI疼痛问卷(V4.2,http://www.emsci.org/)。痛苦的疼痛问卷检查各个方面(例如,持续时间(年),最大,和平均疼痛强度)。分为级以下NP,持续的疼痛必须位于三段水平以下的病变(31日]。疼痛强度被评为使用11个数字评定量表(视觉模拟量表,血管)和“0”表示没有痛苦的“10”表示严重疼痛。所有SCI患者接受了全面的临床评估。短暂、运动、感觉和神经损伤水平确定允许感觉/运动功能的描述以及受伤的完整性的确定根据国际脊髓损伤的神经系统分类标准障碍量表(32]。患者提供了表的详细信息1。

2.3。成像数据采集

核磁共振数据收购西门子3.0特斯拉先生系统。常规大脑轴fluid-attenuated逆恢复(天赋)序列扫描第一次执行排除其他大脑异常。矢状三维t1影像以下扫描获得的参数: ; ; ; ; ; ; ,没有差距;和192矢状切片。静息状态功能数据获得使用gradient-echo-planer成像(EPI)序列使用以下参数: , , , , , , , 。对于这一部分,我们跟着陈的方法等。33]。

2.4。狭隘的定义条件

脑岛在每个半球分为三个亚区,它可以基于分割研究中,脑岛的细分根据整个大脑FC,通过数据驱动的集群技术(34]。聚类分析确定三岛在每个半球条件:后部脑岛(π,蓝色),背部前岛叶(戴,红色)和腹侧前岛叶(vAI、绿)(图1)。

2.5。结构数据预处理和分析

首先,综述了原始的DICOM图像并转换为神经影像信息学技术计划的格式,使用MRICRON软件。接下来,我们进行的预处理步骤使用CAT12工具箱使用默认设置。短暂,CAT12工具箱,所有3 d t1加权磁共振成像扫描规范化使用仿射非线性登记,纠正偏差场的异同,然后划分为灰质(GM),白质(WM)和脑脊液(CSF)组件。两个程序,我们使用了Diffeomorphic解剖注册通过取幂谎言(DARTEL)代数算法规范化分段扫描成标准MNI空间。接下来,标准化的通用和WM图像平滑使用高斯核的8毫米半宽度(应用)。CAT12工具箱,通用汽车总量(GMV), WM体积,和脑脊液体积得到分割图像的基础。颅内总额(TIV)计算的和通用、WM,分别为每个工具箱和CSF卷,。进一步确定形态异常,脑岛亚区被定义为种子点。接下来,每个脑岛的平均体积值每个主题提取的条件。然后我们比较GMV每个脑岛亚区差异ISCI-P, ISCI-N,高碳钢基于SPSS 20.0版(美国、IBM、纽约Armonk)。 Bonferroni correction was employed in multiple comparisons ( )。因果分析是用来确定GMV差异组对( ,Bonferroni调整)。

2.6。功能磁共振成像数据预处理和分析

的静息状态功能磁共振成像数据预处理和数据处理与分析静息状态脑成像(DPABI) (http://www.rfmri.org/dpabi)。第十册波动时间序列被丢弃的适应的诱导而纵向磁化变得稳定。图像slice-timing纠正,重新,维纠正头部运动平均体积。头卷之间运动是评估和纠正使用刚体登记。内,所有受试者的功能磁共振成像数据定义运动阈值(最大平移或旋转不到2.0毫米或2.0°)。然后,纠正功能磁共振成像图像空间上基于该标准的规范化MNI模板大脑立体定位坐标系统。接下来,每个立体像素是各向同性的重新取样 。26讨厌被退化反是把可能的差异从每个体素的时间进程,包括WM和脑脊液信号,以及Friston 24头运动参数。正常化后,所有数据集都与高斯平滑的内核 应用。至于fMRI数据预处理,我们跟着陈的方法等。33]。脑岛亚区被定义为以下FC的种子点分析。带通滤波后删除(0.01 -0.08赫兹)和线性趋势,每个种子的参考时间序列是由平均内压的时间序列中提取每个脑岛亚区。最后,相关分析进行种子区域和剩余的体素之间的整个大脑。为了提高常态,由此产生的值被费舍尔的转换 - - - - - --变换(35]。的漠视,随着年龄的增长,性不被用来分析FC ISCI-P差异,ISCI-N,高碳钢使用单向方差分析分析基于SPM12 (voxel-level未修正的 ,集群级别family-wise纠错 )。因果分析是用来确定FC组对的差异( ,FWE校正)。

2.7。统计分析

所有的数据分析了正常和方差的同质性。单向方差分析和因果分析被用于数据与正态分布。数据确认为不是正态分布是由非参数评估测试。偏相关分析探讨任何潜在的脑岛次区域的改变之间的联系和血管结构和功能分数在ISCI病人消除性别和年龄的影响基于SPSS 20.0版(美国、IBM、纽约Armonk)。

3所示。结果

3.1。临床数据

在最后的分析中,三个参与者(包括2高碳钢和1 ISCI-N)被排除在外的基础上超过2毫米的标准头运动在任何方向或角位移大于2°。在三个学科组比较显示,性别无显著差异(克鲁斯卡尔-沃利斯, )和年龄(单向方差分析, )。21 SCI个人都不完全损伤,以美国脊髓损伤学会(亚洲)量表(http://www.asiaspinalinjury.org/)。在这些人的,10个病人患有慢性级以下NP ( )(36]。的意思是疼痛强度 。其余11 SCI患者无痛的时间点测量。

3.2。形态变化的脑岛ISCI-P之间的条件,ISCI-N,高碳钢

没有结构脑岛在两组之间的差异。至于脑岛的形态变化亚区,与高碳钢相比,ISCI-P病人显示GMV下降,而ISCI-N显示GMV增加。然而,这些差异没有统计学意义。详细信息见表2。

3.3。改变函数连接ISCI-P之间的孤立的条件,ISCI-N,高碳钢

ISCI-N患者相比,ISCI-P显示功能连通性(FC)增加对小脑VIIb八世,Brodmann 37 (BA 37)当L-PI被选为种子点,和增强FC在BA18 L-vAI被选为ROI(集群级别FWE校正 )(图2)。

相对于高碳钢,ISCI-P提出增加FC L-dAI作为种子点时离开了海马体(集群级别,FWE校正 )(图3)。

发现ISCI-N和高碳钢之间没有区别哪个脑岛条件被选为种子点。此外,三组之间没有异常FC种子网站时选择正确的孤立的条件。

3.4。协会的脉管分数和FC变更ISCI-P和ISCI-N之间

在随后的相关分析,增加俱乐部,包括对小脑VIIb和八世( , ),BA37 ( , ),和BA18 ( , ),ISCI-P和ISCI-N之间呈正相关,脉管分数(图4)。

4所示。讨论

我们的研究表明,独特的脑岛的FC在每个子区域模式表明,在岛分区参与痛觉ISCI后通过不同的连接。具体地说,左π相互联系与右小脑VIIb八世和BA37,和左边的AI是大脑皮层的一部分网络主要参与疼痛的规定通过FC BA18和海马回。

4.1。形态变化ISCI-P之间的孤立的条件,ISCI-N,高碳钢

相比之下,高碳钢,ISCI-P病人表现为每一次区域GMV降低脑岛。病态,岛叶体积的改变是由于神经元死亡,突触修剪二次损失传入剥夺了中心区域(37]。临床上,脑岛属于内侧疼痛系统和编码affective-motivational方面具有关键作用的痛苦(38,39]。因此,脑岛可能与抑郁症有关的改变结构和不良的情绪19]。

而ISCI-N显示增加GMV与ISCI-P相比,通用汽车的变更可能造成的病理形态与小脑FC,证实了通过以下功能部分。除了,孤立的通用汽车的发展是一个动态的过程在SCI后NP (19],正如一些研究发现,脑岛结构的异常是可逆的通过与有效的治疗明显增加,这可能反映了情感的归一化组件或其他认知功能相关的多维体验痛苦(19]。在我们目前的研究中,虽然,这些差异没有统计学意义,这是最有可能由于小群体。未来的研究基于大样本的影响需要进一步的研究进展和预后上的孤立的通用的疼痛。

4.2。改变功能连通性的脑岛ISCI-P之间的条件,ISCI-N,高碳钢

先前的研究已经表明,有两个孤立的人类大脑疼痛调节系统,管理不同的功能责任(40,41]。一个系统是系统外侧疼痛,包括S1和S2,和外侧丘脑核被认为是主要的过程与感官歧视方面的痛苦。另一个系统是内侧疼痛系统,包括ACC,岛叶皮质,前额叶皮层(PFC)和内侧丘脑核。它被认为主要涉及affective-motivational方面的痛苦。因此,脑岛传统上被认为是内侧疼痛系统的一个重要组成部分,参与认知和情绪调节,如移情,抑郁,和厌恶42,43]。

然而,最近的神经影像学证据显示不同的功能归因于痛感的脑岛(25,44]。在我们目前的FC的分析中,我们发现无统计差异与正确的脑岛种子。可能的原因如下:本研究的对象都是右撇子。然而,是否对称的左右脑岛之间的信息传输发生仍然调查(18]。此外,没有发现差异FC ISCI-N和高碳钢之间哪个脑岛条件被选为种子点,这表明这些变化观察疼痛相关不损伤相关。

ISCI-P病人显示增加了FC小脑后叶,包括对小脑VIIb和八世而ISCI-N当种子网站位于离开π。积累临床证据表明,小脑在痛苦中起到了至关重要的作用在人类感知和调制(45,46]。小脑参与疼痛的调节主要通过三个方面:首先,小脑的财富与背外侧前额叶皮层(DLPFC) [47,48),脑干和周围49),而这些地区参与下行疼痛调节通路(50]。然而,动物研究表明,激活的前部和后部小脑可能anti-nociceptive pro-nociceptive,分别为(51,52]。在我们当前的研究,我们发现增加激活主要发生在小脑后叶,这可能会增加脊柱有害反应和减少延迟的退出疼痛的刺激(51]。第二,一些研究人员观察重叠在双边小脑小叶VI和VIIb激活,当疼痛和运动过程结合在同一个实验(53]。因此,他们提出,后小脑可能在痛苦至关重要的适应性在运动54]。在我们目前的结果,我们发现小脑VIIb激活的情况有所增加,这可能是有益的产生与疼痛相关运动行为。第三,足够的证据提示,一些无创性端脑刺激方法,如小脑经颅直流电和磁刺激,已成为有前途的、有效的技术调制疼痛体验(46,55),小脑参与sensory-discriminative和情感维度的痛苦(56,57]。我们的研究结果表明,增强激活主要在正确的小脑VIIb和八世可能会提供一个理论依据精确选择刺激目标。进一步,先前的研究已经证实了脑岛和小脑之间的通路的存在58,59]。此外,我们发现俱乐部之间的正相关变化和血管的分数。基于上面提到的所有方面,我们推测,左侧PI-cerebellum后叶通路参与疼痛知觉的调制和强度SCI后,预计将NP的探索潜在的神经机制,并提供了一个理论依据选择的目标刺激(52]。我们还发现BA 37和BA18增加的激活。增加活动BA37已报告在痛觉过敏(60]。观察和激活在英航18应对虚拟疼痛刺激通过功能磁共振成像(61年]。疼痛是一个多方面的经验涉及多个大脑区域的协同作用。然而,这些大脑区域的具体机制仍然需要披露。

ISCI-P提出增加FC在左海马左边d-AI作为种子点。人工智能,这是一个突出的核心枢纽网络(SN) [62年),发挥了重要作用的动态切换任务-网络(默认模式网络,静息和任务积极网络(执行控制网络、ECN和感觉运动网络,SMN) (63年- - - - - -65年]。基于这一点,AI的激活可能做出的积极应对外源性有害刺激通过激活ECN和抑制静63年]。另一方面,边缘系统,包括海马回,被激活在疼痛处理(66年]。海马体是可能参与痛苦记忆的形成和情绪反应67年,68年]。早期研究提出,疼痛的感觉和边缘网络是平行的和独立的25]。遵循一个疼痛的刺激,一个初始的处理在感官和边缘系统正迅速向人工智能的功能集成。多通道融合的传入AI有助于情感意识和多方面的建设但统一的主观知觉(69年]。此外,一些研究人员发现减少海马的激活和AI后镇痛管理(70年),影响情感组件的痛苦。我们目前的研究结果显示,增加左海马回和左d-AI FC,这可能对疼痛感知有积极的影响。

有两个主要的局限性。首先,只有右撇子”受试者招募。和研究结合左撇子可能导致狭隘的理解函数。第二,样本量相对较小。未来的研究需要基于大样本。

5。结论

我们的观察表明,脑岛的重组条件发生在NP ISCI后的状态。脑岛条件参与监管NP ISCI后通过不同的俱乐部。这些发现可能有助于NP神经机制的理解和为NP ISCI后提供一个准确的治疗目标。

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

作者的贡献

Xuejing李和灵王同样这项工作。

确认

这项研究得到了国家自然科学基金(81871339和81871339号),北京市政府特殊医院临床医学发展的资金支持(ZYLX201609),北京市自然科学基金(没有:7113155)和北京市教育委员会的科学基金会(没有。KM201210025013)。作者感谢温家宝秦和刘峰的援助在后处理图像。

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