2022年1月，哈佛大学刘河生教授与北京航空航天大学李阳教授团队、清华大学李路明教授团队以及首都医科大学天坛医院江涛教授团队合作论文“Personalized fMRI Delineates Functional Regions Preserved within Brain Tumors”发表在神经病学顶级期刊《神经病学年鉴》(Annals of Neurology, IF=10.422) 。本研究在刘河生教授团队前期的个体化脑功能剖分技术的基础上（Wang et al., Nat Neurosci, 2015），针对脑肿瘤患者，创新性开发了一种无创的个体化功能区剖分技术，精准定义出脑肿瘤患者的个体脑功能网络，并发现“瘤内功能区”（即脑肿瘤内具有脑功能活动的区域），对脑肿瘤切除手术的术前规划具有重要的临床指导意义，避免或最大化减少脑肿瘤切除对患者造成的术后功能损伤。与此同时，该技术对患者的个性化“术后康复”和“术前预康复（Prehabilitation-术前通过神经调控的方法对瘤内功能区进行抑制，让大脑在其他区域进行功能代偿，从而实现既可以最大化切除肿瘤又可以避免或减少术后功能缺失的目的）”具有重要指导意义。
本研究在前期开发的独创性技术个体化脑功能剖分技术(pBFS)剖分的18个体脑功能网络的基础上，通过对20名脑肿瘤患者进行静息态磁共振扫描，结合了脑肿瘤特点，通过迭代和半球优化策略，为每位脑肿瘤患者绘制出了个体化的脑网络，包括18个脑功能网络和1个肿瘤网络（tumor network）。结果发现患者肿瘤内存在平均33.2%的 “瘤内功能区(intratumoral functional regions)——即脑肿瘤内具有脑功能活动的区域”。
为了验证该技术绘制的脑肿瘤患者的个体脑网络的准确性，研究者选取了位于肿瘤网络和与其相邻的功能网络的种子点进行功能连接分析，结果发现尽管种子点位于相邻位置，但位于功能网络区域的种子点（腹侧注意网络vATN、默认网络DMN）具有全脑的分布式功能连接，并具有长距离连接的特性；相反，位于脑肿瘤网络的种子点的脑功能连接局限于肿瘤内部。该脑功能连接的显著性差异证明研究者开发的肿瘤脑功能网络剖分技术能够成功地区分肿瘤内具有脑功能活动的分区和不再具有脑功能活动的分区。
为了进一步验证该创新性剖分技术绘制的个体脑功能网络的准确性，研究者通过目前临床功能区定位的“金标准”皮层电刺激DCS技术（即在脑肿瘤患者开颅手术中，进行术中唤醒，电刺激皮层区域验证是否干扰对应的功能活动）进行感觉运动区的验证，通过将15位脑肿瘤患者进行DCS电刺激找到的手臂运动区与该创新技术剖分绘制的手部运动区域进行对比验证，结果表明100%重合。
为了进一步验证瘤内功能区的脑功能连接，研究者选取了患者14（PA14）的两个相邻种子点，种子点A位于手部运动功能区，种子点B位于该患者的肿瘤网络。计算这两个种子点的功能连接网络结果表明手部运动区种子点与其对侧大脑和小脑的感觉运动区都具有强功能连接，相反种子点B的大脑皮层-皮层功能连接及与大脑-小脑功能连接都较弱。而另一些患者（PA05）的肿瘤内部存在运动感觉瘤内功能区，研究者选取了位于肿瘤内部运动功能区的种子点进行脑功能连接分析，结果表明该种子点与对侧大脑及小脑的手部感觉运动区均有强功能连接。证明有些病人的脑肿瘤内部仍保存了其脑功能。
研究者进一步进行任务态功能核磁的验证（即患者在手部运动时的脑区激活），结果表明患者PA14手部运动时，肿瘤外的手部运动区有激活，而在肿瘤内并无激活；相反，患者PA05 手部运动时，其瘤内感觉运动功能区及肿瘤外的感觉运动功能区均有激活；通过任务态功能磁共振成像进一步地验证了通过该创新技术所剖分绘制的瘤内功能区具有脑功能活动。
最后，研究者分析了脑肿瘤对高级认知功能的影响，如患者（PA17、PA11）的脑瘤位于额叶，通过该技术将肿瘤区域剖分为肿瘤网络及高级认知功能网络，如额顶执行控制网络，默认网络、背侧注意网络，每位患者选取3个种子点进行脑功能网络分析结果发现瘤内功能区的高级认知功能也具有个体化分布式功能网路的特性，表明瘤内也能保存大脑的高级认知功能。
本研究通过创新性的无创瘤脑功能区剖分技术绘制脑肿瘤患者的个体化脑功能网络，发现平均33.2%的脑肿瘤为瘤内功能区，具有初级感知觉功能和高级认知功能，并通过金标准DCS、任务态功能核磁、种子点功能连接等进行严格验证，证明其准确性。该研究发现并绘制了脑肿瘤患者的个体化脑功能区，对医生的术前手术规划具有重要的临床指导意义，避免或减少切除肿瘤后对患者的脑功能影响，如手术后失语和偏瘫等。除此之外，该技术对临床的“术后康复”和“预康复”的创新性发展具有重要意义，为脑肿瘤患者安全护航！
参考文献：
Wang, D., Buckner, R. L., Fox, M. D., Holt, D. J., Holmes, A. J., Stoecklein, S., ... & Liu, H. (2015). Parcellating cortical functional networks in individuals. Nature neuroscience, 18(12), 1853-1860.
Cui, W., Wang, Y., Ren, J., Hubbard, C. S., Fu, X., Fang, S., ... & Liu, H. (2022). Personalized fMRI delineates functional regions preserved within brain tumors. Annals of neurology.
详情阅读Annals of Neurology期刊《Personalized fMRI Delineates Functional Regions Preserved within Brain Tumors》论文原文，期刊原文链接：https://doi.org/10.1002/ana.26303
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